變電站接地線在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)

張勝利　王鋒　鮑都都　李家林　付浩　苗堃

摘要：接地極在線監(jiān)測系統(tǒng)能在無人值守條件下，全天候?qū)拥貥O入地電流、設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)測，能實時監(jiān)測接地極現(xiàn)場的報警信號，發(fā)出報警，并針對報警信號，自動完成故障定位和做出相應(yīng)的聯(lián)動處理，使用現(xiàn)場視頻采集設(shè)備，運行人員能遠(yuǎn)距離對現(xiàn)場畫面進行實時查看。

關(guān)鍵詞：變電站;接地線;在線監(jiān)測系統(tǒng);應(yīng)用

前言

目前，易燃易爆和危化品單位（場所）現(xiàn)采用的監(jiān)測管理手段相對落后，維護的智能化管理程度低，沒有一個系統(tǒng)性的監(jiān)測和報警系統(tǒng)，易燃易爆和危化品單位（場所）的設(shè)備狀態(tài)無法做到實時監(jiān)測，無法實時確保設(shè)備的正常運行并及時對異常情況進行處理。接地狀態(tài)以及接地系統(tǒng)作為保障電源SPD保護設(shè)備安全的重要體系，如何利用合理的方法監(jiān)測這一系統(tǒng)變得非常重要。

1電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)

電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)的優(yōu)點在于監(jiān)測設(shè)備簡單，價格較低，但電流通路法的電流輸出特性，決定了電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)的不足，任何一條回路接通，反饋給監(jiān)測設(shè)備的信號都是回路正常，電源SPD主接地線路斷開，一旦存在其他回路接通的情況，接地狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備將無法進行識別，存在電源SPD接地失效的安全隱患。

2環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)

環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)，主要是通過對接地線的環(huán)路電阻進行測量，以測試電阻值的大小來判斷接地狀態(tài)的通斷情況。可以采用方式一或方式二的方法進行監(jiān)測。方式一采用的是接地狀態(tài)監(jiān)測的位置從SPD的接地端直接引人接地匯流排的接地線上進行監(jiān)測，方式二采用的接地狀態(tài)監(jiān)測的位置從SPD的接地端輔助連接到接地匯流排的連接線上進行。方式一與方式二的區(qū)別主要在于兩個監(jiān)測通道泄放的電流不一樣，強雷電流在泄放的時候可能會直接損壞監(jiān)測設(shè)備。

3結(jié)合接地電阻監(jiān)測儀測量接地狀態(tài)的監(jiān)測方法

電流通路法監(jiān)測接地狀態(tài)，當(dāng)存在連接到等電位接地端子板的任一回路接通的情況時，電流通路法的電流輸出后，反饋給監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)都為正常，當(dāng)主接地線路斷開時存在無法監(jiān)測出來的安全隱患。環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)，可以任意構(gòu)建監(jiān)測環(huán)路，變更環(huán)路電阻等來保證監(jiān)測的準(zhǔn)確性以及自身監(jiān)測設(shè)備的安全性，但環(huán)路電阻法監(jiān)測接地狀態(tài)必須另外加設(shè)一臺環(huán)路電阻監(jiān)測儀，存在監(jiān)測成本過高的缺點。所以在利用環(huán)路電阻監(jiān)測儀監(jiān)測接地電阻時，可以利用同一監(jiān)測設(shè)備來判斷接地狀態(tài)。

4在線監(jiān)測系統(tǒng)目標(biāo)

（1）利用視頻設(shè)備，實現(xiàn)對接地極現(xiàn)場進行超遠(yuǎn)程實時視頻監(jiān)測;（2）對接地極入地電纜電流值進行實時測量，電流數(shù)據(jù)超標(biāo)時進行告警提示;（3）對各種告警信息進行采集，并在發(fā)生告警時進行提示;（4）采集接地極現(xiàn)場環(huán)境及各設(shè)備狀態(tài)，如：溫度、濕度、電流、電壓等;（5）使用的各種設(shè)備能適用于接地極惡劣環(huán)境，具有抗電磁干擾、防雷、抗震等功能，戶外設(shè)備具有防水、耐高低溫等功能;（6）前臺系統(tǒng)操作便利，集成顯示各監(jiān)測數(shù)據(jù)及視頻畫面;（7）具有數(shù)據(jù)儲存與導(dǎo)出功能，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)能與現(xiàn)有平臺進行對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

5在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

（1）視頻監(jiān)測;（2）入地電纜電流監(jiān)測;（3）報警信息監(jiān)測;（4）設(shè)備數(shù)據(jù)采集;（5）設(shè)備控制等。所有的數(shù)據(jù)通過光纖發(fā)送光信號與換流站之間進行通信。后者位于換流站內(nèi)，負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)和處理，完成接地極參數(shù)管理和狀態(tài)診斷以及故障自動報警，并在監(jiān)測客戶端上加以展示，同時將所需信號外傳給國網(wǎng)綜合監(jiān)測平臺進行匯總。

5.1前端系統(tǒng)

前端監(jiān)測系統(tǒng)主要由視頻采集設(shè)備、信號采集設(shè)備、通信線纜、傳輸設(shè)備等硬件組成，具有抗高溫、抗電磁干擾、防雷等特點，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。前端系統(tǒng)的組成如下：

（1）視頻采集模塊

視頻設(shè)備分為高清可見光視頻監(jiān)測設(shè)備和紅外/可見光一體化監(jiān)測設(shè)備兩種，前者用于對接地極現(xiàn)場戶外和預(yù)制艙內(nèi)進行視頻監(jiān)控，具有防輻射、抗干擾等特性，后者用于輔助實現(xiàn)夜視和測溫功能，測溫方式采用全輻射測溫法，能對視場內(nèi)任意像素點進行測溫，并將測溫數(shù)據(jù)進行壓縮打包通過網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)換模塊上傳。

（2）信號采集模塊

①采集入地電流信號時，封閉線圈內(nèi)的入地電流通過互感，使開環(huán)式霍爾電流傳感器輸出4～20mA電流，并經(jīng)過AI采集裝置進行采集;②防盜、火災(zāi)等報警信號，通常為DI信號，即正常下為低電平，發(fā)生告警時輸出高電平，通過DI采集裝置監(jiān)測信號變化;③預(yù)制艙內(nèi)的設(shè)備如電源組、變壓器柜、直流屏、工業(yè)空調(diào)，以及艙外氣象采集設(shè)備，所采集到的電壓、電流、功率，溫濕度數(shù)據(jù)、風(fēng)力等，通過RS485通信，使用ModBus協(xié)議中的RTU模式進行傳輸。

（3）設(shè)備控制模塊

用于對接地極現(xiàn)場內(nèi)的部分設(shè)備電源進行控制，如探照燈，在夜間對現(xiàn)場進行觀察時，可手動開啟;還可通過對視頻設(shè)備設(shè)置電源計劃，自動開啟或關(guān)閉設(shè)備，可避免長時間運行造成設(shè)備可靠性降低。

（4）傳輸裝置

極址內(nèi)的信號傳輸，針對不同信號采用不同的數(shù)據(jù)線連接到采集裝置后使用交換機進行匯總，并通過光纖收發(fā)裝置，利用光纖，與幾十公里外的換流站內(nèi)設(shè)備連接。實現(xiàn)超遠(yuǎn)距離無損傳輸。

5.2后臺系統(tǒng)

后臺系統(tǒng)由信號收發(fā)裝置和在線監(jiān)測系統(tǒng)主機組成。收發(fā)裝置用于與極址通訊，接受和發(fā)送數(shù)據(jù);在線監(jiān)測系統(tǒng)主機用于運行相關(guān)數(shù)據(jù)處理程序、儲存數(shù)據(jù)資料、對采集到的信息進行展示、向其它系統(tǒng)傳輸所需數(shù)據(jù)等。后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如下：

程序主要分為數(shù)據(jù)處理程序、WEB客戶端和數(shù)據(jù)庫三部分。從接地極現(xiàn)場傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)，首先經(jīng)過數(shù)據(jù)處理程序處理后存入數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)相關(guān)的配置，在頁面上進行顯示。實時視頻信號直接顯示在WEB客戶端上。同時，利用數(shù)據(jù)傳輸模塊，向其它系統(tǒng)發(fā)送指定數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)處理程序

數(shù)據(jù)處理程序主要用于對數(shù)據(jù)信息進行采集和處理，針對不同類型的數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)的協(xié)議，采用不同的算法，并將處理過的數(shù)據(jù)存儲進數(shù)據(jù)庫。

（2）WEB客戶端

WEB客戶端主要用于對處理過的視頻、信號等，根據(jù)信號所屬類型的不同，分為如下主要模塊：

（3）數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采用MYSQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

6在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)

6.1前端系統(tǒng)的實現(xiàn)

前端系統(tǒng)視頻采集模塊分兩種，可見光監(jiān)測設(shè)備和紅外/視頻一體化監(jiān)測設(shè)備，后者除視頻監(jiān)控外，還可提供測溫功能。信號采集針對不同類型的信號，采用不同的采集模塊完成，并最終通過交換機匯總。數(shù)據(jù)傳輸部分，接地極現(xiàn)場各設(shè)備之間采用不同的通訊數(shù)據(jù)線連接，最終并入光纖收發(fā)器，通過光纖，與幾十公里外的換流站連接進行通訊。

6.2后臺系統(tǒng)的實現(xiàn)

后臺系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理程序采用C語言進行編寫，針對不同的數(shù)據(jù)，根據(jù)通訊協(xié)議的不同，使用不同的算法來實現(xiàn)。WEB客戶端采用三層架構(gòu)，其中，表示層采用HTML+CSS+JavaScript語言進行開發(fā)，業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層使用PHP語言開發(fā)。

結(jié)束語

該系統(tǒng)目前已在多個直流輸電工程中投入運行，性能穩(wěn)定，能比較客觀地反應(yīng)接地極運行狀況的變化規(guī)律，大大降低了直流輸電工程維護的工作量，提高了直流輸電工程故障診斷的準(zhǔn)確度。

參考文獻：

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