变电站接地线在线监测系统的研究与开发

张胜利　王锋　鲍都都　李家林　付浩　苗堃

摘要：接地极在线监测系统能在无人值守条件下，全天候对接地极入地电流、设备状态进行监测，能实时监测接地极现场的报警信号，发出报警，并针对报警信号，自动完成故障定位和做出相应的联动处理，使用现场视频采集设备，运行人员能远距离对现场画面进行实时查看。

关键词：变电站;接地线;在线监测系统;应用

前言

目前，易燃易爆和危化品单位（场所）现采用的监测管理手段相对落后，维护的智能化管理程度低，没有一个系统性的监测和报警系统，易燃易爆和危化品单位（场所）的设备状态无法做到实时监测，无法实时确保设备的正常运行并及时对异常情况进行处理。接地状态以及接地系统作为保障电源SPD保护设备安全的重要体系，如何利用合理的方法监测这一系统变得非常重要。

1电流通路法监测接地状态

电流通路法监测接地状态的优点在于监测设备简单，价格较低，但电流通路法的电流输出特性，决定了电流通路法监测接地状态的不足，任何一条回路接通，反馈给监测设备的信号都是回路正常，电源SPD主接地线路断开，一旦存在其他回路接通的情况，接地状态监测设备将无法进行识别，存在电源SPD接地失效的安全隐患。

2环路电阻法监测接地状态

环路电阻法监测接地状态，主要是通过对接地线的环路电阻进行测量，以测试电阻值的大小来判断接地状态的通断情况。可以采用方式一或方式二的方法进行监测。方式一采用的是接地状态监测的位置从SPD的接地端直接引人接地汇流排的接地线上进行监测，方式二采用的接地状态监测的位置从SPD的接地端辅助连接到接地汇流排的连接线上进行。方式一与方式二的区别主要在于两个监测通道泄放的电流不一样，强雷电流在泄放的时候可能会直接损坏监测设备。

3结合接地电阻监测仪测量接地状态的监测方法

电流通路法监测接地状态，当存在连接到等电位接地端子板的任一回路接通的情况时，电流通路法的电流输出后，反馈给监测设备的状态都为正常，当主接地线路断开时存在无法监测出来的安全隐患。环路电阻法监测接地状态，可以任意构建监测环路，变更环路电阻等来保证监测的准确性以及自身监测设备的安全性，但环路电阻法监测接地状态必须另外加设一台环路电阻监测仪，存在监测成本过高的缺点。所以在利用环路电阻监测仪监测接地电阻时，可以利用同一监测设备来判断接地状态。

4在线监测系统目标

（1）利用视频设备，实现对接地极现场进行超远程实时视频监测;（2）对接地极入地电缆电流值进行实时测量，电流数据超标时进行告警提示;（3）对各种告警信息进行采集，并在发生告警时进行提示;（4）采集接地极现场环境及各设备状态，如：温度、湿度、电流、电压等;（5）使用的各种设备能适用于接地极恶劣环境，具有抗电磁干扰、防雷、抗震等功能，户外设备具有防水、耐高低温等功能;（6）前台系统操作便利，集成显示各监测数据及视频画面;（7）具有数据储存与导出功能，各种监测数据能与现有平台进行对接，实现数据上传。

5在线监测系统设计

（1）视频监测;（2）入地电缆电流监测;（3）报警信息监测;（4）设备数据采集;（5）设备控制等。所有的数据通过光纤发送光信号与换流站之间进行通信。后者位于换流站内，负责接收数据和处理，完成接地极参数管理和状态诊断以及故障自动报警，并在监测客户端上加以展示，同时将所需信号外传给国网综合监测平台进行汇总。

5.1前端系统

前端监测系统主要由视频采集设备、信号采集设备、通信线缆、传输设备等硬件组成，具有抗高温、抗电磁干扰、防雷等特点，确保系统的稳定性。前端系统的组成如下：

（1）视频采集模块

视频设备分为高清可见光视频监测设备和红外/可见光一体化监测设备两种，前者用于对接地极现场户外和预制舱内进行视频监控，具有防辐射、抗干扰等特性，后者用于辅助实现夜视和测温功能，测温方式采用全辐射测温法，能对视场内任意像素点进行测温，并将测温数据进行压缩打包通过网络接口转换模块上传。

（2）信号采集模块

①采集入地电流信号时，封闭线圈内的入地电流通过互感，使开环式霍尔电流传感器输出4～20mA电流，并经过AI采集装置进行采集;②防盗、火灾等报警信号，通常为DI信号，即正常下为低电平，发生告警时输出高电平，通过DI采集装置监测信号变化;③预制舱内的设备如电源组、变压器柜、直流屏、工业空调，以及舱外气象采集设备，所采集到的电压、电流、功率，温湿度数据、风力等，通过RS485通信，使用ModBus协议中的RTU模式进行传输。

（3）设备控制模块

用于对接地极现场内的部分设备电源进行控制，如探照灯，在夜间对现场进行观察时，可手动开启;还可通过对视频设备设置电源计划，自动开启或关闭设备，可避免长时间运行造成设备可靠性降低。

（4）传输装置

极址内的信号传输，针对不同信号采用不同的数据线连接到采集装置后使用交换机进行汇总，并通过光纤收发装置，利用光纤，与几十公里外的換流站内设备连接。实现超远距离无损传输。

5.2后台系统

后台系统由信号收发装置和在线监测系统主机组成。收发装置用于与极址通讯，接受和发送数据;在线监测系统主机用于运行相关数据处理程序、储存数据资料、对采集到的信息进行展示、向其它系统传输所需数据等。后台系统的数据流图如下：

程序主要分为数据处理程序、WEB客户端和数据库三部分。从接地极现场传输的信号数据，首先经过数据处理程序处理后存入数据库，再根据相关的配置，在页面上进行显示。实时视频信号直接显示在WEB客户端上。同时，利用数据传输模块，向其它系统发送指定数据。

（1）数据处理程序

数据处理程序主要用于对数据信息进行采集和处理，针对不同类型的数据，根据相关的协议，采用不同的算法，并将处理过的数据存储进数据库。

（2）WEB客户端

WEB客户端主要用于对处理过的视频、信号等，根据信号所属类型的不同，分为如下主要模块：

（3）数据库。数据库采用MYSQL关系型数据库。

6在线监测系统实现

6.1前端系统的实现

前端系统视频采集模块分两种，可见光监测设备和红外/视频一体化监测设备，后者除视频监控外，还可提供测温功能。信号采集针对不同类型的信号，采用不同的采集模块完成，并最终通过交换机汇总。数据传输部分，接地极现场各设备之间采用不同的通讯数据线连接，最终并入光纤收发器，通过光纤，与几十公里外的换流站连接进行通讯。

6.2后台系统的实现

后台系统中，数据处理程序采用C语言进行编写，针对不同的数据，根据通讯协议的不同，使用不同的算法来实现。WEB客户端采用三层架构，其中，表示层采用HTML+CSS+JavaScript语言进行开发，业务逻辑层和数据访问层使用PHP语言开发。

结束语

该系统目前已在多个直流输电工程中投入运行，性能稳定，能比较客观地反应接地极运行状况的变化规律，大大降低了直流输电工程维护的工作量，提高了直流输电工程故障诊断的准确度。

参考文献：

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[2]饶宏，张东辉，赵晓斌，等.特高压直流输电的实践和分析[J].高电压技术，2015，41（8）：2481-2488.