HGIS局部放電傳感分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

董英華

（南方電網(wǎng)凱里供電局，貴州 凱里 556000）

0 引 言

隨著電力事業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備也不斷進(jìn)行優(yōu)化與更新。由于原有集控式在擴(kuò)展性與信號(hào)傳輸方面存在明顯不足，為了進(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性，在電力和計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，針對(duì)HGIS等高壓電氣設(shè)備進(jìn)行局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅用分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效替換了原有的集控式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而且還實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行的智能化，使其無(wú)論在信息傳輸精確度上，還是在傳輸效率方面，都得到了大幅度的提升，也由此展現(xiàn)出傳感分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精準(zhǔn)性和高效性。

1 HGIS局部放電傳感分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

在進(jìn)行HGIS局部放電分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，因其不僅具有數(shù)據(jù)采集量大的特點(diǎn)，還能在一秒鐘內(nèi)進(jìn)行數(shù)以百萬(wàn)甚至千萬(wàn)以上的數(shù)據(jù)采集。在大型智能化變電站的建設(shè)過(guò)程中，分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既能滿足變電站的智能化建設(shè)要求，也能有效彌補(bǔ)以往采用集控式在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在的諸多不足。

系統(tǒng)基本組成框架如圖1所示，系統(tǒng)包含監(jiān)控主機(jī)、HGIS設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)、傳感設(shè)備等。其中，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)主機(jī)以分組式管理方式進(jìn)行各監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理；另外系統(tǒng)進(jìn)行了分組設(shè)置，通過(guò)多條通信線與主機(jī)相連進(jìn)行監(jiān)測(cè)；而各分組數(shù)據(jù)傳輸則以級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行連接，保證了數(shù)據(jù)連線的簡(jiǎn)潔。在實(shí)施較短數(shù)據(jù)連線進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，能大大提升信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_性，良好解決信號(hào)衰減問(wèn)題[1]。

圖1 HGIS局部放電分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

2 HGIS局部放電傳感分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)不僅可以靈活組網(wǎng)，而且還能按端口數(shù)量隨意增設(shè)分組。此外，傳感器的數(shù)量也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合理設(shè)定，以全面提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。在監(jiān)控主機(jī)通信端口與傳感器通信模塊進(jìn)行連接后，形成了一點(diǎn)到多點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，并可以進(jìn)行多機(jī)在線監(jiān)測(cè)。傳感器主要以并聯(lián)方式連接。

2.2 傳感器設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，智能傳感器是硬件設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部門，它不僅可以獨(dú)立進(jìn)行局部放電信息數(shù)據(jù)采集，還能智能化進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換與傳輸。一般情況下，智能傳感器被固定于HGIS電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣盆子上，主要由超高頻傳感器進(jìn)行局部放電信號(hào)采集，將模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)整后，通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行邏輯運(yùn)算，由此完成數(shù)據(jù)緩沖與存儲(chǔ)，再由數(shù)據(jù)接口電路將其傳輸?shù)酵ㄐ艈卧?。由于傳輸線路較短，不僅可以良好地控制傳感器中模擬信號(hào)的衰減問(wèn)題，也進(jìn)一步提升了監(jiān)測(cè)信號(hào)的抗干擾性，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性。經(jīng)由智能控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸單元中的通信模塊與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，利用工控機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)，通信模塊在此起到兩點(diǎn)作用。第一，對(duì)總線的一體化保護(hù)作用；第二，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)有效隔離，不僅能進(jìn)行超高壓隔離，而且還具有特性隔離功效。在實(shí)行自組網(wǎng)功能下，網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)可多達(dá)32個(gè)點(diǎn)以上。分布式傳感器既顯著提升了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，也有效實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自由分組管理[2]。

3 HGIS局部放電傳感分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在HGIS局部放電分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，離不開(kāi)兩個(gè)核心元件的高效運(yùn)行。一個(gè)是既能進(jìn)行A/D采集控制，也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存處理的FPGA；另一個(gè)是進(jìn)行數(shù)據(jù)整體采集控制的單片機(jī)，它不僅能夠發(fā)出采樣信號(hào)，而且還能進(jìn)行采集后的數(shù)據(jù)讀取、壓縮與發(fā)送，能夠及時(shí)處理采樣時(shí)出現(xiàn)的異常問(wèn)題。

整個(gè)系統(tǒng)軟件的程序流程如圖2所示。由開(kāi)始進(jìn)入初始化，再由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行FPGA啟動(dòng)A/D采集，在采集完成后將數(shù)據(jù)寫入SRAM，并在單片機(jī)空閑狀態(tài)下，進(jìn)行SRAM數(shù)據(jù)讀取處理，通過(guò)RS-422模塊完成最終數(shù)據(jù)傳輸。這一過(guò)程中，由于是以分組方式進(jìn)行分布式傳感器在線監(jiān)測(cè)，使其在上位機(jī)軟件中可以顯示出對(duì)每一組傳感器所采集到的有效數(shù)據(jù)，并將各傳感器地址利用軟件進(jìn)行明確設(shè)置，使其可以在主機(jī)中，既能進(jìn)行清晰的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，又能在放電信號(hào)出現(xiàn)異常、超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警提示。這一功能的實(shí)現(xiàn)，不僅可以有效判定傳感器位置，又確保了對(duì)HGIS局部放電在線監(jiān)測(cè)的精確性要求[3]。

圖2 系統(tǒng)主程序流程

4 結(jié) 論

綜上所述，在充分了解分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)作用下，通過(guò)采用分組方式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了集控式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線復(fù)雜、抗干擾性與擴(kuò)展性差的問(wèn)題；同時(shí)，切實(shí)有效地提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性和高效性，促進(jìn)了變電站的智能化建設(shè)和良好經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。