鄧凸，黃新波，石杰(西安工程大學(xué)，西安市710048)

智能變電站電容型設(shè)備絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)

鄧凸，黃新波，石杰
(西安工程大學(xué)，西安市710048)

為保證變電站內(nèi)電容型設(shè)備安全可靠的運(yùn)行，設(shè)計(jì)研發(fā)了一套智能變電站電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)遵循IEC61850協(xié)議給出具體軟硬件設(shè)計(jì)，采用IRIG-B碼同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)設(shè)備的異地同步采樣，運(yùn)用智能電子設(shè)備(intelligent electronic device，IED)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接，通過(guò)故障診斷算法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷設(shè)備的絕緣情況。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以精確地測(cè)得電容型設(shè)備的泄漏電流、介質(zhì)損耗、等值電容等反應(yīng)電容型設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息，并可通過(guò)IEC61850協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心。

智能變電站;IEC61850;智能電子設(shè)備;介質(zhì)損耗;在線監(jiān)測(cè)

0 引言

變電站內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行是我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的基礎(chǔ)，電容型設(shè)備占變電站設(shè)備總量的30%～40%，其絕緣狀況的好壞直接關(guān)系到整個(gè)變電站的安全運(yùn)行［1-2］，因此對(duì)其進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)具有重要意義。隨著我國(guó)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的提出，智能化變電站要求站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)測(cè)滿足采集信號(hào)數(shù)字化、通信方式網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)的狀態(tài)檢修一方面不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，另一方面不能滿足智能化變電站內(nèi)信息及資源共享要求。本系統(tǒng)針對(duì)智能變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，給出系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)以及智能監(jiān)測(cè)終端軟硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)［3-4］，給出相應(yīng)智能電子設(shè)備(intelligent electronic device，IED)設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)通信協(xié)議完全符合國(guó)網(wǎng)要求。

電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)為介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ(簡(jiǎn)稱介損)，是介質(zhì)損耗引起的有功電流分量和設(shè)備總電容電流之比，僅取決于材料的特性而與材料尺寸、形狀無(wú)關(guān)，所以tanδ作為反映設(shè)備整體絕緣狀況的參數(shù)是非常有效的。通過(guò)測(cè)量tanδ，可以反映出電氣設(shè)備絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、劣化變質(zhì)、油或浸漬物臟污以及絕緣中有氣隙放電等，對(duì)發(fā)現(xiàn)絕緣的整體劣化較為靈敏，但對(duì)于局部缺陷卻不易用測(cè)tanδ的方法發(fā)現(xiàn)。設(shè)備絕緣的體積越大，其局部缺陷越不易發(fā)現(xiàn)。而測(cè)量介質(zhì)電容量Cx或流過(guò)介質(zhì)的電流I，除了能給出有關(guān)可引起極化過(guò)程改變的介質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的信息(例如均勻受潮或嚴(yán)重缺油)外，還能發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的局部缺陷(絕緣部分擊穿)，因此，從絕緣特性看，綜合監(jiān)測(cè)tanδ、I和Cx可以更為全面地了解絕緣狀況。

一般來(lái)說(shuō)電容型設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ都很小，噪聲干擾、諧波頻率變化、諧波波形畸變率等因素都會(huì)對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量產(chǎn)生一定的影響［5-6］。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出采用絕對(duì)介損測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，并利用諧波分析法對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行分析。在保障了采集精度的同時(shí)，還通過(guò)灰關(guān)聯(lián)理論進(jìn)行故障診斷，大大提高了電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 原理與方案設(shè)計(jì)

1.1 介質(zhì)損耗和電容量的測(cè)量方法

運(yùn)行中的電容型設(shè)備的主絕緣承受高壓Ux，有泄漏電流Ix流過(guò)，絕緣電介質(zhì)在交變電場(chǎng)下會(huì)產(chǎn)生電導(dǎo)損耗和極化損耗，它們共同產(chǎn)生電介質(zhì)損耗，因此泄漏電流中含有有功分量和無(wú)功分量。

本設(shè)計(jì)采用絕對(duì)測(cè)量法對(duì)介損進(jìn)行測(cè)量。絕對(duì)測(cè)量方式是通過(guò)直接測(cè)量電容型設(shè)備所承受的母線電壓Ux和末屏泄漏電流Ix，進(jìn)而計(jì)算出電容型設(shè)備的介損和電容量［7-8］，如圖1所示。

介質(zhì)損耗因數(shù):

式中，ΦUx、ΦIx分別為一次高壓Ux和泄露電流Ix的初相角;Ix、Ux為有效值;ω為角頻率，根據(jù)測(cè)得的工頻電壓頻率f進(jìn)行計(jì)算。

1.2 介質(zhì)損耗的數(shù)字化提取

本設(shè)計(jì)采用諧波分析法對(duì)采集到的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，分別提取出兩者的初相角，進(jìn)而得到介質(zhì)損耗角［9-10］。

其原理是將獲得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后采用數(shù)字頻譜分析的方法求出這2個(gè)信號(hào)的基波，進(jìn)而通過(guò)對(duì)基波相位的比較求出介損tanδ。實(shí)際上是利用滿足狄里赫利(Dirichlet)條件(即給定的周期性函數(shù)在有限的區(qū)間內(nèi)只有有限個(gè)第1類間斷點(diǎn)和有限個(gè)極大值和極小值)的電網(wǎng)電壓U(t)與流過(guò)設(shè)備絕緣的電流I(t)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，其表達(dá)式為

其中:ω=2πf，f為電網(wǎng)頻率;U0，I0分別為電壓、電流的直流分量;Uk，Ik分別為電壓、電流的各次諧波幅值;φuk、φik分別為電壓、電流的各次諧波初相角(k=1，2，3，…，∞)。

將采集模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到電壓信號(hào)和電流信號(hào)的離散序列用x(n)和y(n)表示(0≤n≤N-1，N采樣點(diǎn)數(shù))，對(duì)電壓x(n)序列進(jìn)行離散傅里葉變換處理:

因此可知電壓信號(hào)的實(shí)部和虛部分別為

根據(jù)實(shí)部和虛部就可以計(jì)算得到電壓信號(hào)的相位信息:

同樣的方法可以得到電流信號(hào)的相位β1，電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED再根據(jù)介質(zhì)損耗因數(shù)計(jì)算公式得到tanδ:

此方法主要是對(duì)基波信息的提取，它很好地抑制了諧波分量的影響，提高了介損測(cè)量精度［11-12］。

1.3 故障診斷原理

由于介損損耗因數(shù)在0.001～0.030，數(shù)據(jù)值很小，很容易受到噪聲干擾。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)智能變電站容性設(shè)備絕緣運(yùn)行情況分析發(fā)現(xiàn):變電站容性設(shè)備在絕緣狀況良好的情況下，外界環(huán)境因素尤其濕溫度對(duì)介損數(shù)據(jù)的影響表現(xiàn)明顯一些。然而在設(shè)備絕緣性能下降時(shí)，隨著設(shè)備本身溫度的升高，此時(shí)設(shè)備本身的溫度對(duì)tanδ的影響會(huì)比外界溫濕度的影響大。鑒于以上，本系統(tǒng)采用灰關(guān)聯(lián)方法，通過(guò)介損序列和外界各因素序列之間存在的關(guān)系，對(duì)變電站容性設(shè)備絕緣性能進(jìn)行準(zhǔn)確分析和判斷［13］。

(1)建立被測(cè)數(shù)據(jù)序列和比較數(shù)據(jù)序列模型:把監(jiān)測(cè)到的介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ序列作為被測(cè)序列，用x0表示，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫濕度作為比較序列用xj表示:

其中k=1，2，…，n;j=1，2，3，4;xj(k)分別代表現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、設(shè)備本身溫度以及設(shè)備表面污穢等因素。

(2)確定二者之間的關(guān)聯(lián)系數(shù):

(3)求得二者的關(guān)聯(lián)度

通過(guò)關(guān)聯(lián)度對(duì)二者之間的相關(guān)性程度進(jìn)行判斷，再依次求得各影響參數(shù)相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，最終確定設(shè)備本身溫度、外界環(huán)境溫濕度以及污穢影響中哪一個(gè)更接近監(jiān)測(cè)序列tanδ的變化趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)容性設(shè)備絕緣性能進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

1.4 系統(tǒng)總體方案

根據(jù)智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)也分為3個(gè)部分:過(guò)程層現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端、間隔層電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED、站控層后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下:站控層監(jiān)控主機(jī)服務(wù)器發(fā)出采集指令，經(jīng)間隔層電容型設(shè)備IED通過(guò)RS485傳給每一個(gè)過(guò)程層電容型設(shè)備監(jiān)控終端和基準(zhǔn)電壓監(jiān)測(cè)終端。各個(gè)終端接到采集指令后，獲取IRIG-B碼時(shí)鐘信號(hào)作為同步時(shí)鐘，同時(shí)刻采集基準(zhǔn)電壓和泄漏電流信號(hào)。當(dāng)各個(gè)終端數(shù)據(jù)采集、處理完畢后，電容型設(shè)備IED會(huì)通過(guò)輪詢方式向各個(gè)監(jiān)測(cè)終端索要采集數(shù)據(jù)，并對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，求得介質(zhì)損耗、泄漏電流、等值電容等信息，并打包將數(shù)據(jù)信息以IEC61850協(xié)議上傳給監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)收到數(shù)據(jù)后經(jīng)過(guò)專家軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)作歷史分析之用。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

變電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，介損測(cè)量精度受外界因素影響很大，因此對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備有很高要求。本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端采用FPGA+DSP雙處理器結(jié)構(gòu)，通過(guò)IRIG-B碼實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備異地同步采樣。電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED采用ARM+DSP結(jié)構(gòu)，具有很好的控制能力和運(yùn)算能力，進(jìn)而確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1 監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)終端設(shè)備采用FPGA+DSP雙板雙處理器結(jié)構(gòu)。FPGA單元以Nios II軟核為核心，完成對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和被測(cè)信號(hào)的頻率測(cè)量、同步時(shí)鐘的解碼，A/D轉(zhuǎn)換電路的控制以及RS232串口通信等功能。系統(tǒng)通過(guò)IRIG-B碼同步時(shí)鐘完成對(duì)泄漏電流和基準(zhǔn)電壓信號(hào)的異地同步采集。

DSP單元主要功能包括:對(duì)FPGA板上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，并定時(shí)向FPGA板發(fā)送握手信號(hào)以判斷其是否正常工作，在設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。此外，DSP板通過(guò)RS485和電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的通信。

2.2 監(jiān)測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 NiosII系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)選擇Nios II軟核嵌入式系統(tǒng)，通過(guò)SOPC Builder的開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)軟、硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。該設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)自帶的Flash編程器實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的編程操作。

主要功能:在收到實(shí)時(shí)采集指令時(shí)，通過(guò)IRIG-B碼同步時(shí)鐘對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)和泄漏電流信號(hào)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。在收到數(shù)據(jù)發(fā)送命令時(shí)通過(guò)串口將采集到的數(shù)據(jù)傳送給DSP單元。

2.2.2 邏輯電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中FPGA內(nèi)部邏輯電路設(shè)計(jì)主要包含3個(gè)部分:測(cè)頻單元、B碼時(shí)鐘解析單元、AD采樣邏輯單元。

(1)測(cè)頻邏輯單元設(shè)計(jì)

在信號(hào)經(jīng)過(guò)方波化后，要想對(duì)其頻率進(jìn)行測(cè)量必須對(duì)高低電平同時(shí)進(jìn)行計(jì)量，因?yàn)榇嬖陔娖降淖兓?，因此?huì)影響測(cè)量精度。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將此方波信號(hào)通過(guò)D觸發(fā)器2分頻得到頻率信號(hào)2freq_in，這樣只要單一測(cè)出分頻后信號(hào)的高電平或者低電平，就可以得知信號(hào)的真實(shí)頻率。

(2)A/D采樣邏輯單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)處理器在收到電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED下發(fā)的采集指令時(shí)，系統(tǒng)直接置位數(shù)據(jù)采集使能模塊。數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊在使能模塊被觸發(fā)后開(kāi)始等待IRIG-B碼時(shí)鐘產(chǎn)生的同步秒脈沖1 pps，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量的信號(hào)頻率和設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算出的A/D采樣率，在同步秒脈沖到來(lái)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行512點(diǎn)采集。FPGA本身自帶內(nèi)部存儲(chǔ)單元RAM，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。在完成第512個(gè)點(diǎn)的采樣后，完成信號(hào)自動(dòng)將采集數(shù)據(jù)傳送給外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。

(3)IRIG-B碼解析邏輯設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的IRIG-B碼時(shí)間信息解析是通過(guò)IRIG-B碼芯片實(shí)現(xiàn)的，本系統(tǒng)在項(xiàng)目研發(fā)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)IRIGB碼解碼芯片雖然可以準(zhǔn)確地解析出接收設(shè)備的時(shí)間信息，但不同芯片之間會(huì)有不穩(wěn)定的誤差，產(chǎn)生的1 pps信號(hào)之間存在接近毫秒級(jí)的誤差，直接影響到介質(zhì)損耗監(jiān)測(cè)的精度。因此本系統(tǒng)采用FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)IRIG-B碼時(shí)間解析，并產(chǎn)生同步秒脈沖1 pps信號(hào)。

通過(guò)系統(tǒng)仿真可以看出，處理器可以很好地對(duì)IRIG-B碼信號(hào)進(jìn)行時(shí)間和同步觸發(fā)信號(hào)的解析，在實(shí)際電路中用示波器測(cè)量，最大誤差不超過(guò)100 ns。

2.3 電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED設(shè)計(jì)

智能變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED主要實(shí)現(xiàn)的功能有:

(1)通信功能，接收電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及傳送站控層服務(wù)器的采集命令;

(2)對(duì)監(jiān)測(cè)終端采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)以及本地顯示;

(3)嵌入IEC61850協(xié)議，實(shí)現(xiàn)變電站的信息共享以及設(shè)備的互操作性。

2.3.1 IED設(shè)計(jì)

電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED不僅需要實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地接收站控層的采集命令，并及時(shí)下發(fā)給過(guò)程層電容型設(shè)備監(jiān)測(cè)終端和基準(zhǔn)電壓監(jiān)測(cè)終端，還要對(duì)過(guò)程層上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算得到的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和預(yù)警。同時(shí)遵循IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到站控層服務(wù)器。具體結(jié)構(gòu)硬件圖如圖4所示。

設(shè)計(jì)采用ARM+DSP雙CPU結(jié)構(gòu)為硬件核心。其中ARM采用ARM 9系列S3C2440A芯片，附加外圍的鍵盤、液晶、以太網(wǎng)通信等硬件設(shè)備，用以完成整個(gè)IED設(shè)備的管理和控制。利用DSP高速運(yùn)算能力和多種片上外設(shè)的特點(diǎn)完成對(duì)電容型設(shè)備采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析。DSP與ARM采用SPI通信方式。

電容型設(shè)備IED的工作流程如下:在ARM接收到上層服務(wù)器的采集指令時(shí)，通過(guò)DSP下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置完成對(duì)基準(zhǔn)電壓信號(hào)和末屏泄漏電流信號(hào)同步采集并數(shù)字化處理后，DSP通過(guò)RS485總線輪詢方式依次讀取各個(gè)終端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出相應(yīng)的介損值、泄漏電流幅值等，再以SPI通信方式將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給ARM系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)按照事先設(shè)定的程序進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行封裝處理后通過(guò)以太網(wǎng)通信方式上傳到站控層服務(wù)器。

2.3.2 IEC61850的應(yīng)用

IEC61850是目前國(guó)內(nèi)最完善的對(duì)外開(kāi)放的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)智能變電站的發(fā)展要求，間隔層的智能電子設(shè)備IED要具備互操作性，尤其電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)各監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的信息共享尤為重要。通過(guò)IEC61850協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，可以很好地滿足上述要求。此外，根據(jù)智能變電站的通信要求，站內(nèi)電容型設(shè)備絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也要遵循IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)［14-15］。

電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于同一個(gè)功能對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)屬性建模在該功能對(duì)象中的原則，表達(dá)了哪些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要通信以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。對(duì)IED進(jìn)行建模，首先要對(duì)IED做出完整的功能描述，將每一個(gè)斷路器設(shè)備描述為一個(gè)IED對(duì)象，將最小功能單元建模為一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)對(duì)象。圖5是電容型設(shè)備IED分層模型，表1是根據(jù)IEC61850協(xié)議定義的所有邏輯節(jié)點(diǎn)的描述。

3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例與分析

本系統(tǒng)已在變電站成功安裝運(yùn)行，其中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括對(duì)電流互感器及變壓器套管絕緣在線監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)主要參數(shù)有:介質(zhì)損耗、末屏泄漏電流、阻性電流、電容型電流及等值電容。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)例

電容型設(shè)備絕緣狀況在線監(jiān)測(cè)安裝圖如圖6、7所示。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行分析

站控層主機(jī)上安裝專家軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)終端上傳數(shù)據(jù)的分析處理，并通過(guò)故障診斷算法對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送預(yù)警信息，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警的目的。以CVT為例，圖8是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示頁(yè)面。

該頁(yè)面以報(bào)表形式顯示選定時(shí)間下監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行信息，最新采集數(shù)據(jù)在上，歷史數(shù)據(jù)在下。圖中可以得知CVT運(yùn)行時(shí)的介質(zhì)損耗、泄漏電流、等值電容等信息，此外還對(duì)設(shè)備運(yùn)行電壓和系統(tǒng)頻率進(jìn)行了顯示。

圖9 為A、B、C三相介質(zhì)損耗變化趨勢(shì)圖，其中藍(lán)顏色代表CVT A相介損值，粉顏色代表CVT B相介損值。從圖中可以看出，介質(zhì)損耗值在0.004到0.020之間變化。因?yàn)镃VT A、B、C三相運(yùn)行在同等級(jí)電壓下，而且運(yùn)行環(huán)境也近似相同，因此，介損序列變化趨勢(shì)也大致相同。

圖10為A、B、C三相泄漏電流變化趨勢(shì)圖，泄漏電流也是反映設(shè)備絕緣的重要參數(shù)之一，圖中泄漏電流值在312～320 mA變化，通過(guò)電流值的大小以及變化趨勢(shì)可以判斷設(shè)備絕緣性能是否良好，同時(shí)也和介損數(shù)據(jù)互相驗(yàn)證彼此的有效性。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于IEC61850協(xié)議，借助智能電子設(shè)備IED的智能變電站電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)由智能監(jiān)測(cè)終端、電容型設(shè)備在線監(jiān)測(cè)IED和后臺(tái)主機(jī)組成。通過(guò)IRIG-B碼高精度授時(shí)實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端的異地同步觸發(fā)，同步誤差小于100 ns。采用RS485總線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)電容型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元與IED之間的指令傳輸和數(shù)據(jù)通信，克服了變電站高壓環(huán)境下的電磁干擾問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。后臺(tái)軟件的故障診斷算法可以準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。通過(guò)在寧夏變電站掛網(wǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以精確測(cè)得變電站電容型設(shè)備在線運(yùn)行情況，確保設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，為變電站安全運(yùn)行提供了可靠的保證。

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(編輯:劉文瑩)

On-Line Monitoring System for Capacitive Equipment Insulation Condition in Intelligent Substation

DENG Tu，HUANG Xinbo，SHIJie
(Xi＇an Polytechnic University，Xi＇an 710048，China)

To ensure the safely and reliably operation of capacitive equipments，an on-line monitoring system for capacitive equipment insulation in intelligent substation was developed.The insulation situation was estimated accurately through designing the software and hardware based on the IEC61850 protocol，using IRIG-B code synchronous clock to achieve long-distance synchronous sampling，using intelligent electronic device(IED)to achieve seam less connection of data between devices，and using fault diagnosis algorithm to achieve data analysis.Running results show that the system notonly can accurately monitor the running state information of capacitive equipments，such as leakage current，dielectric loss，equivalent capacitance and so on，but also can transmit data to the on-line monitoring data center through the IEC61850 protocol.

intelligent substation;IEC61850;intelligent electronic devicei(IED);dielectric loss;on-linemonitoring

TM 76

A

1000－7229(2014)11－0038－07

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.11.007

2014-07-22

2014-09-03

鄧凸(1988)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)在線監(jiān)測(cè)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究;

黃新波(1975)，男，博士(后)，教授，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究;

石杰(1990)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)在線監(jiān)測(cè)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。

教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”(NCET-11-1043);陜西省教育廳產(chǎn)業(yè)化培育項(xiàng)目(2013JC13);陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014XT-07);陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃(2014KCT-16)。