专利名称：智能变电站中低压开关弧光监测智能组件系统及监测方法
技术领域：
本发明涉及智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，属电力设备在线监测技术领域。
背景技术：
随着智能电网建设的高速发展，中低压开关设备的智能化需求越来越丰富，通过智能化技术的研发和应用，切实保证中低压开关设备的安全运行，以提升电网运行效率。传感器和信息技术的发展为中低压开关设备智能化提供了多种技术手段，目前，在中低压开关设备安装传感器阵列，基本实现了开关设备的在线状态监测，但仅仅实现在线状态监测不足以保证中低压开关设备的安全运行。众所周知，中低压开关设备内部弧光短路是一种非常严重的故障，电弧燃烧所产生的巨大能量会严重烧毁开关设备，短路冲击电流会损坏主变压器，造成长时间停电，更严重的是，它会造成附近工作人员的人身伤亡事故。加强中低压开关设备弧光监测具有巨大的社会和经济效益。文献一《整流柜电弧光保护装置》(中国专利号CN101141061)公开了一种整流柜电弧光保护装置，该发明包括用于给整个电弧光保护装置提供电源的电源模块、用于管理和控制整个电弧光保护装置的弧光检测主单元、用于采集来自弧光传感器的光信息的弧光检测辅助单元、用于生成跳闸逻辑功能的过流检测单元和弧光检测探头。文献二《DPR360ARC 弧光保护系统设计》(电力系统保护与控制2010年6月16号第38卷第12期第125页)阐述了一种弧光保护系统，由主控单元、弧光(扩展)单元、电流单元和弧光传感器组成。主控单元对收集的数据进行处理、判断，发出跳闸指令；弧光(扩展)单元接入弧光传感器；电流单元采集电流模拟信号，并执行跳闸指令。文献三《中低压开关柜内电弧光综合保护系统》 (中国专利号CN102280863A)公开了一种中低压开关柜电弧光综合保护系统，其包括主控制器和若干从控制器，主控制器置于进线柜内，从控制器置于各出线柜内，主控制器和各个从控制器构成主从式结构；主、从控制器之间采用光纤通信；主控制器设485通信串口，与远程计算机终端通信；主、从控制器均设有与之连接的电流传感器CT、弧光传感器OT和声波传感器ST。上述文献的弧光监测保护技术方案存在以下问题一是采用电缆铺设的方式将电流模拟信号接入电流采样单元，不符合智能变电站数字化采样的要求；二是跳闸方式不满足智能变电站GOOSE网跳或GOOSE直跳的要求；三是系统各组成部分的逻辑接口采用私有通信协议，接口兼容性差，不满足智能变电站智能设备互操作的要求。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，能够充分利用智能变电站交流采样SV网和GOOSE网，实现中低压开关设备弧光监测的解决方案。为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案
一种智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，包括由弧光传感器、传感器IED (IED，智能电子设备)、合并单元、智能终端和主IED，其特征在于传感器IED负责对各中低压开关间隔的弧光信号进行采样，并将采样数据以标准FT3数据格式传输至主IED ;合并单元将SV (SV，交流采样)网的中低压系统进线电流数字采样信号传输至主IED ;智能终端执行来自主IED的GOOSE跳闸命令跳开中低压系统进线开关；主IED是整个智能组件系统的“中枢”，负责弧光和进线电流采样数据的分析、处理及逻辑运算。前述的智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统的监测方法，其特征在于智能组件系统各组成部分协同工作，实现中低压开关设备的弧光监测、保护与控制，包括以下步骤
O弧光传感器接收中低压开关间隔发生故障时产生的弧光信号，通过光纤传输至传感器IED ；
2 )传感器IED的光电转换模块将光信号转换成电信号，经AD采样，数据预处理，以标准 FT3数据格式将数据整理成帧，通过光纤传输至主IED ；
3)合并单元实现进线电流模拟信号采样的就地数字化，以IEC61850-9-2标准组网或点对点方式通过光纤将米样值传输至主IED ；
4)主IED的FT3数据接收模块将弧光FT3数据解码，提取弧光动作信息，定位故障位置；主IED的SV接收模块将合并单元传输来的进线电流原始采样进行重采样，并进行软件频率跟踪，调整重采样间隔以保证重采样准确，并计算出进线电流的幅值；主IED的数据关联模块，将弧光信号与进线电流关联属性进行解析，得到弧光与电流信号分布式采样的逻辑关联；主IED的应用逻辑模块，在同时检测到相关联的弧光动作信号和进线过流时， 发出GOOSE跳闸命令；G00SE模块主要转发GOOSE跳闸命令；
5)智能终端作为操作开关的智能设备，执行来自GOOSE网或GOOSE直跳的跳闸指令，跳开进线断路器，实现故障隔离。本发明所达到的有益效果采用本发明的方法，可以解决智能变电站中低压开关设备弧光监测的问题。本弧光监测智能组件系统，充分利用了智能变电站的交流采样SV 网和网络跳闸GOOSE网，可以大大节省本系统应用的成本；系统各组成部分分工明确,功能扩展性强，通讯接口标准，可以方便、灵活地应用于智能变电站。


图I是用本发明实施的智能变电站中低压弧光监测智能组件系统图2是说明实现本发明的主IED的硬件结构框图3是说明实现本发明的传感器IED的核心板件硬件结构图4是说明实现本发明的主IED弧光监测功能的算法流程图。
具体实施例方式下面是本发明的一个优选实施例，包括了采用本发明的方法实现的一个具体的应用于智能变电站的中低压开关设备弧光监测智能组件系统。本发明的其它的特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。从附图I中可以看到，智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统由弧光传感器I、传感器IED2、合并单元5、智能终端4和主IED3组成。弧光传感器接收中低压开关间隔发生故障时产生的弧光信号；传感器IED对各中低压开关间隔的弧光信号进行采样，并将采样数据传输至主IED ;合并单元将SV网的中低压系统进线电流数字采样信号传输至主IED ;智能终端执行来自主IED的GOOSE跳闸命令跳开中低压系统进线开关；主IED 是负责弧光和进线电流采样数据的分析、处理及逻辑运算。主IED将逻辑运算结果及数据上送站控层6系统。附图2是主IED的硬件结构框图，主IED为多CPU系统，主要包含主CPU插件、SV 插件、FT3插件、GOOSE插件和人机接口插件，各插件通过背板总线进行数据交互。SV插件主要负责对合并电元传输来的IEC61850-9-2进线电流数据进行软件跟频重采样；FT3插件主要负责接收FT3格式弧光信号数据；主CPU插件主要负责弧光监测、保护及控制计算； GOOSE插件负责传送GOOSE跳闸命令；人机接口插件实现人机交互功能。附图3是传感器IED的核心板件硬件结构图。传感器IED包括处理器，处理器与内部总线相通信，内部总线依次通过光电转换电路AD转换电路与FPGA相连，FPGA与处理器相通信，处理器为PowerPC，主要负责弧光信号动作逻辑及FT3格式数据打包，PowerPC通信接口丰富，包括2路串行接口，其中I路为RS232调试口，另外一路为用于采用RS485通信的过程层通信接口 ；3以太网通信接口(2光口、I电口)为备用IEC61850接口，方便应用功能扩展。FPGA实现装置的对时、弧光信号AD采样及弧光信号FT3数据格式传输。附图4是实现主IED弧光监测功能的流程图。在流程图中，FT3数据接收模块① 将接收到的弧光信号存入数据缓存区；sv接收模块②对合并单元传输来的IEC61850-9-2 进线电流数据进行软件跟频重采样，计算出电流的幅值存入数据缓存区；数据关联模块
③将配置工具软件生成的弧光信号与进线电流关联属性文件解析，根据其关联关系将数据缓存区的数据重映射，供应用模块④引用。应用模块④在同时检测到相关联的弧光动作信
号和进线过流时，发出GOOSE跳闸命令；G00SE模块⑤发送GOOSE跳闸命令。通过前述5个
模块配合基本实现主IED对弧光和进线电流采样数据的分析、处理及逻辑运算。本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，包括由弧光传感器、传感器IED、合并单元、智能终端和主IED，其特征在于传感器IED负责对各中低压开关间隔的弧光信号进行采样，并将采样数据以标准FT3数据格式传输至主IED ;合并单元将SV网的中低压系统进线电流数字采样信号传输至主IED ;智能终端执行来自主IED的GOOSE跳闸命令跳开中低压系统进线开关；主IED负责弧光和进线电流采样数据的分析、处理及逻辑运算。
2.根据权利要求I所述的智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，其特征在于所述主IED包括主CPU插件、SV插件、FT3插件、GOOSE插件和人机接口插件，所述主 CPU插件、SV插件、FT3插件、GOOSE插件和人机接口插件之间通过背板总线进行数据交互， SV插件负责对合并电元传输来的IEC61850-9-2进线电流数据进行跟频重采样；FT3插件负责接收FT3格式弧光信号数据；主CPU插件负责弧光监测、保护及控制计算；G00SE插件负责传送GOOSE跳闸命令；人机接口插件实现人机交互功能。
3.根据权利要求I所述的智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统，其特征在于所述传感器IED包括处理器，处理器与内部总线相通信，内部总线依次通过光电转换电路AD转换电路与FPGA相连，FPGA与处理器相通信，处理器负责弧光信号动作逻辑及FT3 格式数据打包；FPGA实现装置的对时、弧光信号AD采样及弧光信号FT3数据格式传输。
4.根据权利要求I所述的智能变电站中低压开关设备弧光监测智能组件系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤O弧光传感器接收中低压开关间隔发生故障时产生的弧光信号，通过光纤传输至传感器IED ；2)传感器IED的光电转换模块将光信号转换成电信号，经AD采样和数据预处理，以标准FT3数据格式将数据整理成帧，通过光纤传输至主IED ；3)合并单元实现进线电流模拟信号采样的就地数字化，以IEC61850-9-2标准组网或点对点方式通过光纤将米样值传输至主IED ；4)主IED的FT3数据接收模块将弧光FT3数据解码，提取弧光动作信息，定位故障位置；主IED的SV接收模块将合并单元传输来的进线电流原始采样进行重采样，并进行频率跟踪，调整重采样间隔以保证重采样准确，并计算出进线电流的幅值；主IED的数据关联模块，将弧光信号与进线电流关联属性进行解析，得到弧光与电流信号分布式采样的逻辑关联；主IED的应用逻辑模块，在同时检测到相关联的弧光动作信号和进线过流时，发出 GOOSE跳闸命令；G00SE模块主要转发GOOSE跳闸命令；5)智能终端作为操作开关的智能设备，执行来自GOOSE网或GOOSE直跳的跳闸指令，跳开进线断路器，实现故障隔离。
全文摘要
本发明公开了一种智能变电站中低压开关弧光监测智能组件系统及监测方法，智能组件系统包括弧光传感器、传感器IED、合并单元、智能终端和主IED，通过传感器IED对各中低压开关间隔弧光信号进行采样，并将采样数据以标准FT3数据格式传输至主IED；通过合并单元将SV网的中低压系统进线电流数字采样信号传输至主IED；智能终端执行来自主IED的GOOSE跳闸命令跳开中低压系统进线开关；主IED负责弧光和进线电流采样数据的分析、处理及逻辑运算，实现中低压开关设备的弧光监测、保护与控制。采用本发明的系统及其监测方法，各个组成部分分工明确，功能扩展性强，接口标准，能够方便、灵活地应用在智能变电站中。
文档编号G01R31/08GK102608494SQ20121004297
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者曾雨顺, 杨小铭, 王煜, 郭晓冬, 韩伟 申请人:国电南瑞科技股份有限公司