一种变电站二次系统整体检验方法与流程

1.本发明属于送变电技术领域，涉及数据分析，尤其是一种变电站二次系统整体检验方法。


背景技术：

2.在电力系统、工矿企业、石油化工、冶金企业的输配电设备投产和运行中，可能会出现二次交流回路的接线、变比、极性错误或开路等故障，该故障会引电力计量错误、继电保护装置误动甚至会引发设备爆炸，产生巨大的经济损失或人身伤害事故。传统的二次交流回路检验由人工使用伏安相位表实现，高度依赖测试人员工程经验，效率、准确率较低。变电站二次回路将互感器输出的各种电信号传递给计量、保护、录波和测距等二次设备，精确计量电能，在系统发生故障时能快速切除故障，保证电力系统安全稳定运行。
3.变电站一次、二次回路交流系统其主要特点是点多面广、无自检、运行环境差、互感器种类繁多性能良莠不齐，多数的保护误动主要集中在与保护有关的二次回路上。由于二次回路接线错误、二次寄生回路引入干扰或二次回路上工作安全措施没考虑周到而引起保护误动，或者由于互感器铁心或线圈等原因，造成性能不满足要求而导致保护装置误动或拒动。近年来，在变电站、发电厂投运或者运行中，由于电流、电压回路接线不正确、互感器性能指标不满足要求而引起的保护误动或者拒动的例子时有发生。由于检测设备的限制，二次回路调试工作只能依靠工作人员对每一条电缆、每一根接线进行手动检测，不但工作量繁重，需要工作人员具有丰富的现场工作经验，极大地浪费了人力、物力。
4.目前，变电站验收、检测方式繁琐，待测设备必须脱离实际运行电路，难以检测出潜在问题，导致验收时间长，结果准确率不高，很多遗留缺陷只能在日后设备运行过程中发现、解决。
5.为了实现对变电站一、二次回路及设备进行整体检测、验收，近年来产生了变电站二次交流系统整体检验装置，其基于gps或者北斗卫星系统产生同步采样信号，通过对一次回路、二次回路的信号采样，通过电源端给变电站低压一次电源的方式，实现了整体校验。
6.本专利申请提供的变电站二次系统整体检验方法实现了相位参考的无线广播发送，覆盖范围内均采用统一相位基准进行相量测量，从而实现二次交流回路的综合判定。经检索，尚未发现与本专利申请发明构思相同的专利文献。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种操作方便、数据传输稳定的变电站二次系统整体检验方法。
8.本发明采用的技术方案是：
9.一种变电站二次系统整体检验方法，涉及一种检测装置，检测装置包括电源端设备、手持端设备和主控端三部分，电源端设备、手持端设备、主控端设备通过433m无线通讯模块组成一个无线局域网网络，所述检测装置对变电站二次系统回路的数据采集、传输以
及分析的步骤如下：
10.(1)将设备搬运到变电站后，变电站处于停电状态，首先将电源端的输入端接入380v三相交流电，将其输出端接入主变压器的三相绕组上；
11.(2)电脑编辑excel任务模板；将excel导入到上位机软件；
12.(3)上位机将任务数组通过usb串口导入到主控端，主控端显示任务数组数据、表格；
13.(4)主控端和手持端均开机，主控端上操作触屏，将任务数组通过433m网络导入到手持端，即将汉字导入到手持端，以提醒使用者测量数据；
14.(5)电源端和手持端均开机，手持端上操作触屏，选择测量任务和测量点；
15.(6)电源端和手持端等待gps信号，收到gps信号进行授时同步信息，电源端广播相位；
16.(7)电源端连入一次系统，进行电流测试，短接变压器出线侧；
17.(8)手持端上切选择电流测试模式，并测量一次回路数据，即电流实验初始条件；
18.(9)在手持端按照每个节点顺序测量，得到有效数据后，选择电流模式，按照提示选择节点编号，发送同步测量信号给电源端设备；
19.(10)手持端每次收到一次数据时，将与同时刻电源端数据对比，以校准手持端相位，在触屏上显示当前接收到的数据；
20.(11)电源端进行电压测试模式，将变压器出线侧开路；
21.(12)手持端手动切换到电压测试模式，并上传一次回路数据，即电压实验初始条件；
22.(13)使用者拿着手持端按照每个节点顺序测量，得到有效数据后，选择电流模式，按照提示选择节点编号，发送同步测量信号给电源端设备；
23.(14)手持端每次收到一次数据时，将与同时刻电源端数据对比，以校准手持端相位；
24.(15)将电源端数组和手持端数据导入到报表生成工具，显示任务数组数据、表格；
25.而且，步骤(6)中，所述gps信号为gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块进行授时同步信号。
26.而且，所述gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块授时同步信号是指在稳定接收到至少4颗卫星信号后，能够输出高精度的pps脉冲，其频率为1hz，该脉冲精度误差在20ns以内，同时gps/北斗模块能够在每个pps脉冲发出的同时通过串口发出格林尼治天文台的标准时间从而使得测试终端能够得到高精度的绝对时间基准。
27.而且，所述gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块授时同步脉冲接入单片机外部中断，外部中断中启动1次ad采样。手持端和电源端均基于该脉冲进行采样。
28.而且，所述电源端和手持端的定位模块的单片机为atk-s1216f8-bd。
29.而且，步骤(9)和(13)中，在发送同步测量信号给电源端设备时，若发送错误，重新发送，覆盖上次数据。
30.而且，步骤(13)中，在测量过程中，采用滑动均值滤波滤除幅值测量中的抖动误差。
31.一种变电站二次系统整体检验方法在计算方差判断传感器悬空断线的应用，手持
端电流电压互感器悬空或者断线，ad模块测量值不为零，可能为1个很大的值，此时数据方差较小，数据基本平稳，用所述变电站二次系统整体检验方法进行传感器悬空断线测量，信号数据正常时是正弦信号，方差较大，悬空时，方差很小，因此选1个合适的阈值即可判断是否悬空断线。
32.一种变电站二次系统整体检验方法在极坐标法判断相序的应用，当3个电压测量或者3个电流互感器均接入信号后，手持端装置会进行相位顺序判断，三相电中相序是个很关键的参数。本装置采用极坐标法进行相序判断，即将每个相的相位用极坐标表示，同时在顺时针方向寻找顺序，如果是a-b-c顺序，则为正相序，如果为a-c-b，则为逆相序。
33.本发明优点和积极效果为：
34.本技术在电源端和手持端接收gps信号时采用同步ad采样方法，将北斗授时同步脉冲接入单片机外部中断，外部中断中启动1次ad采样。手持端和电源端均基于该脉冲进行采样。从而保证电源端和手持端在无需通讯的情况下实现微秒级的同步采样。
35.本技术选取433m lora扩频方案作为本项目的无线组网方案，基于北斗同步模块实现了每个终端能够得到标准的gps/北斗信号的pps秒脉冲和utc世界绝对时间，并在该时间基准下实现ad同步采样，空中速率最高为19200bps，满足项目数据传输需求。
附图说明
36.图1是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置电路框图；
37.图2是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置中电源端一次回路电路图；
38.图3是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置中电源端二次回路电路图；
39.图4是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置中手持端电路框图；
40.图5是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置中手持端电路图；
41.图6是本发明中变电站二次系统整体检验方法涉及的检测装置中主控端电路框图。
具体实施方式
42.下面通过附图结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
43.一种变电站二次系统整体检验方法，涉及一种检测装置，检测装置包括电源端设备、手持端设备和主控端三部分。
44.其中电源端包括32位微型控制器、精密调压装置、50kva三相调压器、远距离无线通讯模块、无通道精密电量采集模块、三相电压电流传感器和七寸工业级宽温接触屏等模块，其中自动三相调压器是匝数比连续可调的自耦变压器,当调压器电刷借助于电机主轴和刷架的作用，沿线圈的磨光表面滑动时，就可连续地改变匝数比，从而实现输出电压平滑调节。本项目自动三相调压器采用单电机主轴驱动模式，即采用一个电机带动一个主轴，主轴上固定有三个同相位的碳刷架，当电机运转时，三个刷架会同时运转实现输出电压的调
节。
45.电源端一次回路主要包含输入端子、三相四线漏电空开、电源emi滤波器、三相自耦调压器(容量30kva)、输出端子、三相电流互感器等。电源端二次回路主要包括主控板(主控板分为stm32f1主控板和stm32f4信号处理板两部分)、大功率433m无线模块、步进电机驱动器、步进电机(带谐波减速器)、步进电机限位开关、24v开关电源、触摸屏、指示灯、一次回路接口等。主控电路板包括2块电路板stm32f1主控板和stm32f4信号处理板，二者通过uart串口相连。主控电路板向外引出多个端子接线排。
46.上述stm32f1主控板和大功率433m无线模块通过rs485接口相连；
47.上述stm32f1主控板和步进电机驱动器通过光耦隔离芯片相连，stm32f1主控板和步进电机限位开关通过光耦隔离芯片相连；
48.上述stm32f1主控板和触摸屏通过rs485接口相连，触摸屏位于电源端壳体前面板，故其通讯线缆采用双脚屏蔽线缆；
49.电源端一次回路调压器a相输入电压信号、调压器b相c相输出信号、调压器abc三相输出侧交流互感器的二次接口均通过端子排引入到stm32f1主控板上，经过stm32f1主控板上的信号调理电路后送入到stm32f4信号处理板上。
50.电源端的24v开关电源模块给整个系统供给直流24v电源。
51.电源端绿色指示灯用于指示pps脉冲信号，红色指示灯为380v电源指示灯。
52.其中手持端采用stm32f4高性能处理器，其通过uart口连接tft液晶组态屏，液晶组态屏运行ui界面，并可进行触摸交互。gps/北斗授时模块提供高精度授时脉冲，同时stm32f4采用高精度温补晶振，该晶振运行一年的定时误差不超过1秒钟。
53.三相电压通过采集探针采集，三相电流通过1000/1的电流钳采集。获取6路微弱交流信号后，通过信号调理电路(放大和低通滤波)进入ad采集芯片中，ad采集芯片基于gps/北斗的pps脉冲触发同步采样，同时结合串口中断中的utc世界时间坐标即可给ad采样和幅值相位计算贴上时标。
54.手持端的接线图，主控板通过2.54mm间距排针引出接口，主控板左方6*2排针连接到iv转换模块，iv转换模块为前置调理电路，其作用是接收电流钳和电压测试线的电流信号和电压信号，并进行放大处理，iv转换模块边缘焊接固定用焊盘，整个模块用铜箔包裹并进行金属屏蔽处理，iv转换模块通过航空接口与电流钳和电压测试线相连。主控板通过串口排针连接触摸屏、433m无线模块。同时主控板连接有gps/北斗导航模块，并通过聚合物锂电池供电，聚合物锂电池采用平板形状，以方便放入手持设备。
55.主控端并不进行采样计算，主要是接收手持端和电源端的数据，并在液晶上进行显示，对数据进行核对，主要核对互感器的变比和极性。主控端的硬件包括stm32f1处理器、液晶组态屏、433m无线模块以及usb转串口模块。其功能具体如下：
56.获取上位机传过来的变电站测试任务数据，包括变电站接线方式、电压等级、电压互感器变比、电流互感器变比、各个测量点名称等。
57.获取电源端广播数据。主要是获取电站一次电路各个电压电流值。
58.获取手持端传来的测量数据。该数据均是以电源端a相作为基准。
59.将数据显示在液晶显示屏的表格上，并绘制六角图。
60.对比一次电路的电压电流值和手持端上传的二次电压电流值，核对互感器变比和
极性。
61.通过检测装置对变电站二次系统回路的数据采集、传输以及分析的步骤如下：
62.(1)将设备搬运到变电站(测试现场)后，变电站处于停电状态，首先将电源端的输入端接入380v三相交流电，将其输出端接入主变压器的三相绕组上；
63.(2)电脑编辑excel任务模板；将excel导入到上位机软件；
64.(3)上位机将任务数组导入到主控端，主控端显示任务数组数据、表格；
65.(4)主控端和手持端均开机，主控端上操作触屏，将任务数组通过433m网络导入到手持端，即将汉字导入到手持端，以提醒使用者测量数据；
66.(5)电源端和手持端均开机，手持端上操作触屏，选择测量任务和测量点；
67.(6)电源端和手持端等待gps信号，收到信号后，电源端广播相位，gps信号为gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块进行授时同步信号，gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块授时同步信号是指在稳定接收到至少4颗卫星信号后，能够输出高精度的pps脉冲，其频率为1hz，该脉冲精度误差在20ns以内，同时gps/北斗模块能够在每个pps脉冲发出的同时通过串口发出格林尼治天文台的标准时间从而使得测试终端能够得到高精度的绝对时间基准。
68.(7)电源端连入一次系统，进行电流测试，短接变压器出线侧；
69.(8)手持端上切选择电流测试模式，并测量一次回路数据，即电流实验初始条件；
70.(9)在手持端按照每个节点顺序测量，得到有效数据后，选择电流模式，按照提示选择节点编号，发送同步测量信号给电源端设备；若发送错误，重新发送，覆盖上次数据；
71.(10)手持端每次收到一次数据时，将与同时刻电源端数据对比，以校准手持端相位，在触屏上显示当前接收到的数据；
72.(11)电源端进行电压测试模式，将变压器出线侧开路；
73.(12)手持端手动切换到电压测试模式，并上传一次回路数据，即电压实验初始条件；
74.(13)使用者拿着手持端按照每个节点顺序测量，得到有效数据后，选择电流模式，按照提示选择节点编号，发送同步测量信号给电源端设备；若发送错误，重新发送，覆盖上次数据；
75.(14)手持端每次收到一次数据时，将与同时刻电源端数据对比，以校准手持端相位；
76.(15)将电源端数组和手持端数据导入到报表生成工具，显示任务数组数据、表格。
77.gps或北斗卫星对电源端和手持端的定位模块授时同步脉冲接入单片机外部中断，外部中断中启动1次ad采样，手持端和电源端均基于该脉冲进行采样，本装置基于北斗同步模块实现了每个终端能够得到标准的gps/北斗信号的pps秒脉冲和utc世界绝对时间，并在该时间基准下实现ad同步采样，电源端每隔1秒进行1次ad同步采样，同时计算出各个通道的幅值相位，并将带有utc绝对时间的数据包广播发送出去。手持端每隔1秒收到该数据包，同时自身也是每隔1秒基于北斗pps脉冲进行采样，计算幅值相位，并存储最近10秒的数据。当收到电源端的广播数据后，从自身缓存中寻找相同时标的数据，当找到相同时标后进行相位换算，将所有数据相位基准归一到电源端a相的相位。
78.本装置选取433m lora扩频方案作为本项目的无线组网方案。433m无线通讯速率
并不快，空中速率最高为19200bps，但是满足本项目数据传输需求，故选用433m方案。
79.经过重复地实验，本项目最终选用成都亿佰特电子科技有限公司的e32-433t30d无线通讯模块，该模块核心模组为sx1278，最大功率1w，开阔地传输距离8km；
80.本实施例中，电源端和手持端的定位模块优选atk-s1216f8-bd单片机，单片机与定位模块接线如图。
81.本装置及其使用过程中，可通过滑动中值滤波处理相位测量数据，即手持端在相位测量中难免有误差和抖动，因此本装置采用滑动中值滤波滤掉相位测量中的抖动，采用滑动均值滤波滤除幅值测量中的精度问题。
82.本装置及其使用方法可用于计算方差判断传感器悬空断线，如果手持端电流电压互感器悬空或者断线，由于cmos芯片工艺原因，ad模块测量值并不为零，可能为1个很大的值，但是此时数据方差较小，数据基本平稳，本装置利用此方法进行传感器悬空断线测量，信号数据正常时是正弦信号，方差较大，悬空时，方差很小。因此选1个合适的阈值即可判断是否悬空断线。
83.本装置及其使用方法可用于极坐标法判断相序，当3个电压测量或者3个电流互感器均接入信号后，手持端装置会进行相位顺序判断，三相电中相序是个很关键的参数。本装置采用极坐标法进行相序判断，即将每个相的相位用极坐标表示，同时在顺时针方向寻找顺序，如果是a-b-c顺序，则为正相序，如果为a-c-b，则为逆相序。
84.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。