状态监测装置智能校验系统的研制与应用

胡成博，张　能，马　勇，周志成，陶风波，刘　洋，陈俊武

（1.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103；2.华中科技大学，湖北武汉430074）

状态监测装置智能校验系统的研制与应用

胡成博1，张能2，马勇1，周志成1，陶风波1，刘洋1，陈俊武2

（1.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103；2.华中科技大学，湖北武汉430074）

针对当前智能变电站状态监测装置的校验工作存在工作量大、效率低等问题，结合当前信息技术和智能技术，研制车载化智能校验系统。车载化智能校验系统以试验车为平台，通过GPRS/3G通信方式以及MIWAVE宽带无线网络进行校验数据传输，从功能优化、信息交互、智能检测等角度出发，实现了对现有各类标准信号源、标准监测装置进行集成化、信息化、智能化的改造。该车载化智能校验系统的研制，提升了变电站状态监测装置现场校验的效率和质量。该系统已成功完成了多个500 kV，220 kV变电站监测装置的现场校验工作，有力保障了电网设备的可靠运行。

校验；车载化；标准信号源；标准监测装置

断路器、变压器、避雷器等各类电力系统中重要的电气设备，运行中一旦出现故障将对电力系统造成严重危害［1］。准确地监测这些电力设备的运行状况，及时发现其故障并排除对电力系统的稳定运行具有重要意义。随着科技的不断发展，监测各类电力设备运行情况的在线监测技术与装置也被广泛研究并应用于变电站中［2］。但是许多实际运行的在线监测装置自身的准确性并不能得到保证，其可靠性与可信度值得怀疑。因此对这些监测装置进行校验十分重要。目前校验设备繁多，每种设备对检验人员专业技术有着不同的要求，同时各类校验设备所需的时间不一，无法进行高效的校验工作［3］。

针对以上问题文中研制了一套适用于变电站监测装置校验的车载智能校验系统，该系统采用车载化集成设计；集成了各类标准信号源、标准监测装置，能够实现对各类常见在线监测装置的数据校验工作。

1　车载智能校验系统总体设计

车载智能校验系统构成如图1所示。系统中各模块通过无线局域网及电力内网进行数据互联。系统分为软件与硬件2个部份，其中软件部分由校验后台、车载控制后台、手持PDA控制终端软件组；硬件部分由车载主机、无线传输网模块（主机+终端）、移动视频、标准信号源、标准监测装置所组成。

系统软件部分主要负责数据的交换。校验后台负责建立数据中心、车载控制后台的通信链路，从数据中心读取被校验装置的实时数据，把该数据实时发送到车载控制后台并接收车载控制后台的校验数据和校验结果，通过视频远程指导校验操作，自动生成校验报表并存储；车载控制后台负责控制标准信号源的输出信号，设置校验模式，接收校验后台的控制信息，自动比对数据，得出校验结果并存储，通过视频远程指导校验操作；PAD控制软件来控制标准传感器的输出，可作为自动校验的一个补充。系统软件框图如图2所示。

图1车载智能校验系统构成

图2系统软件框

系统硬件部分以汽车为基础，集各类设备的标准信号源模拟器、标准监测装置、移动视频、SF6储气罐等设备为一体，并配有220 V保护模块，交流220 V转直流12 V整流模块，电池充电模块，以及额定输出500 W的UPS电源，外带2节64 Ah型号为A412/65G的蓄电池，可以保证车载中心设备在无外接电源的情况下正常工作8 h以上。车内设有空调，能够为校验人员提供舒适的工作环境。

该车载智能校验系统可对所有需要校验的在线监测装置通过统一的校验平台一次性校验，采用的校验方法包括2种：（1）在变电站停电检修时于被校验装置传感器上加载标准信号源，模拟被监测设备的运行数据，通过被校验装置实时监测数据和标准信号源实际产生的数据，在被校验装置的全量程范围内进行比对；（2）在变电站不停电，被校验装置正常工作的情况下，在相同的环境下，安装标准监测装置，在一定时间段内对被校验装置和标准监测装置的实时监测数据比对分析［4，5］。

2　数据传输方式

智能校验系统中数据的传输采用GPRS/3G通信方式以及MIWAVE宽带无线网络［6］。

2.1 GPRS/3G通信

为了方便和数据中心进行数据交互，采用GPRS/3G的通信方式。它接收省级输变电设备在线监测系统下发的被校验装置的实时测量值，同时上传该监测装置的校验结论。GPRS模块上电后，按照设定的IP地址和端口（在车载后台可以修改），自动和校验后台建立连接。连接成功后，在车载后台显示连接成功，若连接中断，在车载后台显示通信断开。GPRS模块每分钟发送心跳包，防止长时间没有数据上传被移动基站断开网络。数据发送后，校验后台没有返回数据成功接收的数据包，则重新发送数据包至校验后台发回数据成功接收信息。当通信连接断开后，车载后台自动保存数据，等通信连接正常后，补发未上传的数据。

2.2 MIWAVE宽带无线网络

车载后台和标准信号源之间采用无线局域网的通信模式。通过易于灵活部署的MIWAVE宽带无线网络，承载远程巡检分析监控系统，可解决巡检机器人或者安全值班人员巡检全程中和巡检分析系统、上级领导保持实时信息互通，以便运行中心能够实时、直接地了解和掌握各电站的安全情况，并及时对发生的情况做出反应［7］。网络示意图如图3所示。

图3网络示意图

基站通信车行驶至智能变电站场区附近区域，选择相对制高点位置停下，同时通过升降杆将基站天线至预定高度，迅即开机后实现以指挥车为中心3～5 km的区域覆盖，实现智能变电站厂区覆盖，组成可承载多业务的MIWAVE宽带无线网络。检修单兵移动台可随检修人员在智能变电站厂区内任意区域游弋，且和基站通信车实时互通。

无线网络的建立可实现如下功能：（1）电网检修分析系统数据交互；（2）双向多路D1视频监控（支持远程/移动）；（3）VOIP语音通信；（4）音视频电话会议；（5）GPS定位。

3　标准信号源

车载智能校验系统配备有断路器标准信号源、避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源、中性点电流标准信号源以及SF6气体密度标准信号源［8］。标准信号源的每个输出的状态都采用数字闭环控制，确保输出结果达到设定的目标。

（1）断路器标准信号源。断路器标准信号源模拟断路器正常工作和异常工作时的各项参数：一次回路的开断电流；分、合闸线圈电流；储能电机电流、行程传感器电压信号、电流信号、数字信号［9］。其工作流程如图4所示。

图4断路器标准信号源工作框图

在车载后台断路器校验模块或手持PAD中，配置好不同运行状态下的断路器的模型，通过WIFI网发送到断路器标准信号源，断路器标准信号源根据这些数据转发成实际的等价于标准断路器的信号发出，并对这些信号输出通过测量进行反馈确认。断路器工作状态模型可以手动设置，也可以导入实际检修中获取的典型正常、故障波形由标准信号源输出。

（2）避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源。避雷器、容性设备、变压器铁心漏电流在线监测装置都是监测设备的电流、相位等参量来监测该设备的运行状态［12］。文中避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源采用三相交直流指示仪表。避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源工作流程如图5所示。

图5避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源工作框图

在车载后台配置不同设备不同运行状态下的电流数据，包括电压信号、泄漏电流幅值、泄漏电流相位（铁心漏电流的相位设置为0）、叠加上的谐波次数、相位、幅值，发送到避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源［10］。避雷器容性设备铁心泄漏电流标准信号源将避雷器容性设备铁心泄漏电流的相应的电流、电压信号发出，并对这些信号的输出通过反馈确认正确。

（3）中性点电流标准信号源。变压器中性点电流标准信号源采用直流电流标准源来实现［11］。其输出电压为0～20 V；输出电流幅值为0～50 A；电流精度为0.1%；输出为直流输出。变压器中性点电流标准信号源工作框图如图6所示。

图6中性点电流标准信号源工作框图

在车载后台变压器中性点电流标准信号源校验模块里，配置好不同运行状态下的中性点电流的数据，包括电压信号、含有直流分量的电流，发送到变压器中性点电流标准信号源，变压器中性点电流标准信号源根据这些数据转发成实际的等价于变压器中性点电流的信号发出，并对这些信号的输出通过反馈确认正确。

（4）SF6气体密度标准信号源。SF6气体密度信号源采用储气缸与可变气缸配合操作方法来实现［13］。

气缸采用D 250 mm的可调行程的气缸作为SF6的可变压力气缸缸，内置压力传感器和温湿度传感器，通过电动推杆来调节气缸内SF6气体的压力，使之达到预设的SF6气体压力，供被校验装置比对。在车载后台SF6气体密度校验模块里，设置好不同的压力，通过WIFI网发送到SF6气体密度标准信号源，SF6气体密度标准信号源通过内置的压力传感器采集可变行程的气缸内部压力和设置值进行比较，来控制电机的转向和转速，使可变行程的气缸内SF6气体压力和车载后台的设置值相等，提供给被校验装置。SF6气体密度标准信号源配有多种口径的阀门，可以适用大部分SF6气体密度在线监测装置的校验。

4　标准监测装置

基于在线比对法校验的需要，车载智能校验系统需配备相应的标准监测装置，且包括标准断路器在线监测装置、标准避雷器/容性设备/铁心电流标准在线监测装置、标准中性点电流在线监测装置、标准SF6气体密度微水在线监测装置、标准SF6微水高精度检测装置［14］。

（1）断路器机械特性标准在线监测装置。标准断路器机械特性在线监测装置采用同步采样技术，通过电流传感器采集一次回路的开断电流、分合闸线圈电流、储能电机电流等参量，通过辅助触点采集接点信号，通过行程传感器采集触头位移。采集的信号通过录波分析完成对断路器机械特性状态监测和电寿命评估。系统技术参数如表1所示。

表1断路器机械特性标准在线监测装置技术参数

（2）标准避雷器/容性设备/铁心电流标准在线监测装置。本部分由系统电源监测单元（IMM-U）、容性设备监测单元 （IMM-C）、现场环境监测单元（IMM-E）铁心接地电流监测单元（IMM-I）、MOA避雷器监测单元（IMM-M）、数据处理服务器（IMM-Z）以及WIFI接口组成，技术参数如表2所示。

（3）标准中性点电流在线监测装置。中性点电流标准在线监测装置是针对直流输电对交流电网变压器影响而设计的，可以同时监测变压器中性点的直流、变压器本体的噪声和振动。系统的相关参数如表3所示。

（4）标准SF6气体密度微水在线监测装置。气体密度微水标准在线监测装置由传感器单元、数据采集器和数据服务器组成，传感器单元中的高精度压力、温度、湿度变送器经A/D转换成数字信号，再经过微处理器进行补偿运算及处理，将采集到的数据发送到SF6微水监测单元，通过显示器直接显示被测高压设备中SF6气体温度、压力、密度、体积比、和露点。系统的技术参数如表4所示。

（5）标准SF6微水高精度检测装置。SF6微水高精度检测装置采用最新变送器设计和数字控制技术组合而成的光露显示仪Optidew Vision，工作原理建立于被证实的光学露点测量基础，具有持续测量能力，灵活性高，精度高等优点。

表2标准避雷器/容性设备/铁芯电流标准在线监测装置技术参数

表3标准中性点电流在线监测装置技术参数

5　基于车载化智能校验系统的现场校验模式

车载化智能校验系统适用于智能变电站投运后运行或检修期间，在现场开展的状态监测装置的性能校验。同时，它能实现现场校验结束后自动与监测后台数据进行比对，生成检测结果。该工作模式主要体现在：

（1）工作地点转移，利用车载化智能校验系统可免去将状态监测装置拆卸送实验室校验的工作量，还可满足不可拆卸装置的现场校验，实现移动式校验。

（2）检测人员减少，车载化校验系统可实现检测数据的自动记录，信息无线传输，取消了后台信息查看人员，减少了现场检测人员的工作量。

（3）工作效率提高，车载化智能校验系统各标准信号源可根据提前设定的检测值，逐点输出标准信号，无需人工干预；检测结果可自动与后台监测结果进行误差计算，极大提高了工作效率。

表4标准SF6气体密度在线监测装置技术参数

6　现场应用

车载化智能校验系统在江苏多个变电站现场开展了应用，对铁心接地电流监测装置、避雷器泄漏电流监测装置、SF6密度等7类状态监测装置开展了现场校验。以某变电站现场应用为例，利用车载化智能校验系统对该变电站2个主变的铁心电流在线监测装置进行校验。通过智能校验系统设置试验参数 （电流档位为50 mA，200 mA，5 A档，根据电流设置值进行相应调整；电流设置值分别为0 mA，1 mA，3 mA，5 mA，8 mA，10 mA，50 mA，100 mA，500 mA，1000 mA等10个点），经检查在线监测装置、IED、站端主机通信、供电正常工作后启动校验，校验系统自动记录校验装置设定值和同一时间站端计算机显示测量值，并进行对比分析。测量数据如表5、表6所示。

从以上试验数据可以看出：（1）1号主变铁心电流在线监测装置在0～1000 mA范围内均能满足测量要求，误差达标，合格。（2）2号主变铁心电流在线监测装置数据误差不达标，不合格，较标准电流源数值相差较大，不合格。

与以往单台设备现场零散检测模式相比，利用车载花智能校验系统，工作人员减少一半，工作时间缩短1/3，且能自动生成检测结果，极大地提高了校验效率。

表5 1号主变测量数据

表6 2号主变测量数据

7　结束语

车载化变电设备状态监测智能校验系统采用车载化集成设计，优化车辆空间布置；建立覆盖全站的无线局域网环境，将车载平台与各类标准信号源、标准监测装置之间建立稳定、可靠的无线加密网络链接；开发各类标准信号源、标准监测装置，能够实现对各类常见在线监测装置的数据校验工作。采用车载化变电设备状态监测智能校验系统，对在线的监测装置进行校验，和原先的在线监测装置校验的方法相比较，且有以下几个优点：（1）车载化变电设备状态监测智能校验系统，无需大量专业人员去现场，只需要少数检测人员安装操作流程来进行，节约大量的人手和时间。（2）车载化变电设备状态监测智能校验系统，专用的工具车里集成了多种校验终端，可以对变电站的所有需要校验的在线监测装置通过统一的校验平台一次性校验。（3）车载化变电设备状态监测智能校验系统，采用高精度的标准信号源来校验在线监测装置，校验结果更具权威性。（4）车载化变电设备状态监测智能校验系统，所有的前端校验终端和被校验设备采集到的数据，都自动上传到综合校验后台系统的数据库中，通过系统分析软件自动得出校验结果，无需工作人员手动分析，即节约了工作人员的时间，又排除了由于工作人员失误造成错误结论，使得检测结果更公正。（5）车载化变电设备状态监测智能校验系统，对所有运行中的在线监测装置建立档案，详细记录该设备的运行状态、校验时间、校验结果，方便对在线监测装置的统一管理。

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The Development and Application of Smart Calibration System for State Monitoring Devices

HU Chengbo1，ZHANG Neng2，MA Yong1，ZHOU Zhicheng1，TAO Fengbo1，LIU Yang1，CHEN Junwu2
（1.Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute，Nanjing 211103，China；2.Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Through combining current information technologies with smart technologies，the smart vehicle-mounted calibration system for solving the problems that the calibration work of the smart substation state monitoring devices is heavy and inefficient is developed，.The smart vehicle-mounted calibration system is based on a testing car.It transmits calibration data through GPRS/3G network and MIWAVE broadband wireless network.From the perspectives of function optimization，information interaction，intelligent detection and so on，the system has realized integrated，informationized and intelligentized transformation of the existing various standard signal sources and standard monitoring devices.The development of this smart calibration system improves the efficiency and quality of field calibration of the substation state monitoring devices.The system has finished field the calibration of several 500 kV or 220 kV substations successfully，ensured the reliable operation of power grid equipment effectively.

calibration；vehicle-mounted；standard signal source；standard monitoring device

TM764

B

1009-0665（2016）01-0070-06

2015-08-19；

2015-10-15
国家电网公司科技项目（J2014025）

胡成博（1984），男，江西南昌人，工程师，从事输变电设备状态信息研究与管理工作；

张能（1992），男，湖北大冶人，研究生，从事高电压与绝缘技术方面的研究工作；

马勇（1986），男，湖北保康人，工程师，从事输变电工程启动调试、过电压检测分析、避雷器及电容器设备专业管理工作；

周志成（1977），男，湖南株洲人，高级工程师，从事高电压与绝缘技术方面的研究工作；

陶风波（1982），男，江苏常州人，高级工程师，从事高电压与绝缘技术方面的研究工作；

刘洋（1982），男，江西景德镇人，高级工程师，从事高电压与绝缘技术方面的研究工作；

陈俊武（1964），男，湖北荆门人，副教授，从事高电压与绝缘技术方面的研究工作。