一种变电站站用电系统的绝缘监测系统及方法与流程

1.本发明属于漏电流检测与保护领域，更具体地，涉及一种变电站站用电系 统的绝缘监测系统及方法。


背景技术：

2.漏电流是指电流矢量和不为零的部分，一般由绝缘老化等缓慢因素造成， 引起相线与设备外壳间绝缘电阻变小，形成微小的剩余电流，最终由于局部发 热引发火灾。
3.变电站站用电系统的绝缘出现问题会产生漏电流，漏电流不仅会对操作人 员产生一定威胁，还会对设备产生损伤、导致电气火灾等事故，存在着严重的 安全隐患。传统的漏电保护器依赖于交流漏电流产生的交变磁场，而对于直流 系统，漏电流不能产生交变磁场，传统保护装置无法实现保护，交直流混合漏 保可以解决该问题，但该技术难度较高且受到国外的垄断，因而急需高可靠、 低成本交直流漏电保护关键技术及核心部件的研究和开发。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种变电站站用 电系统的绝缘监测系统及方法，以b型剩余电流检测保护为突破口，开发变电 站站用电系统的智能开关与检测保护装置，同时结合物联网通信技术，搭建具 备实时监控、远程报警等功能的在线监控系统。
5.本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种变电站站用电 系统的绝缘监测系统，包括：多个检测节点、云端服务器和管理终端；
6.检测节点包括：直流漏电检测模块，执行模块，无线网络模块；
7.直流漏电检测模块套装在被测线路上，用于采集漏电流和计算漏电流值；
8.执行模块用于在漏电流值达到门限值以上时执行跳闸动作，否则维持合闸 状态，并将跳闸/合闸状态反馈至直流漏电检测模块；
9.无线网络模块用于将漏电流值和跳闸/合闸状态发送至云端服务器；
10.云端服务器用于为管理终端提供访问接口。
11.优选地，直流漏电检测模块包括：环形磁芯，激励绕组，激励源，检测单 元，核心处理单元和第一电源单元；
12.环形磁芯套装在被测线路上，激励绕组绕制在环形磁芯上，激励源与激励 绕组相连接，检测单元与激励绕组、激励源、核心处理单元分别相连接。
13.优选地，激励源将激励电压信号输入至激励绕组，以如下公式表示，
[0014][0015]
式中：
[0016]
ue表示激励电压信号，
[0017]
u表示激励电压信号幅值，
[0018]
t表示激励电压信号周期，
[0019][0019]
表示自然数集，即m＝1,2,3
…
。
[0020]
优选地，检测单元用于检测激励绕组上的激励电流，转换为核心处理单元 可识别的信号，核心处理单元计算获得漏电流值，漏电流值通过无线网络模块 发送至该节点所属的基站，该基站将其发送至作为上位机的云端服务器。
[0021]
优选地，所述第一电源单元在节点的进线端前端取电，用于为激励源检测 单元和核心处理单元供电，用以在执行模块跳闸之后不断电。
[0022]
优选地，执行模块包括：断路器、脱扣控制单元、断路器状态监视单元和 第二电源单元。
[0023]
优选地，所述核心处理单元将计算获得的漏电流值与门限值进行比较，将 比较结果发送至执行模块的脱扣控制单元，若漏电流值小于门限值，脱扣控制 单元不动作，维持断路器合闸状态，若漏电流值不小于门限值，脱扣控制单元 带动断路器进行跳闸。
[0024]
优选地，断路器状态监视单元与所述直流漏电检测模块的核心处理单元相 连接，用于实时反馈断路器状态，即将断路器处于跳闸状态或合闸状态实时反 馈至核心处理单元，核心处理单元将断路器状态通过无线网络模块发送至该节 点所属的上位机，该上位机将其发送至云端服务器。
[0025]
根据权利要求7所述的一种变电站站用电系统的绝缘监测系统，其特征在 于：
[0026]
无线网络模块包括433mhz lora无线单元，直流漏电检测模块的核心处理 单元将计算获得的漏电流值和断路器状态通过lora无线网络发送至基站，基 站将漏电流值和断路器状态通过4g无线网络发送至云端服务器。
[0027]
优选地，第二电源单元在节点的出线端后端取电，用于为脱扣控制单元和 断路器状态监视单元供电，跳闸后切断电源，保护电子器件不受损坏。
[0028]
本发明第二方面提供了一种变电站站用电系统的绝缘监测方法，运行在如 权利要求1至10所述的绝缘监测系统上，包括以下步骤：
[0029]
步骤1，将直流漏电检测模块套装在被测线路上，采集漏电流和计算漏电 流值；
[0030]
步骤2，在步骤1的基础上，执行模块在漏电流值达到门限值以上时执行 跳闸动作，否则维持合闸状态，并将跳闸/合闸状态反馈至直流漏电检测模块； 若维持合闸状态返回步骤1，
[0031]
步骤3，直流漏电检测模块经由无线网络模块将漏电流值和跳闸/合闸状态 发送至云端服务器；
[0032]
步骤4，云端服务器将漏电流值和跳闸/合闸状态经由访问接口提供至管理 终端。
[0033]
优选地，步骤1中，直流漏电检测模块的激励源将激励电压信号输入至绕 制在环形磁芯上的激励绕组，以如下公式表示，
[0034][0035]
式中：
[0036]
ue表示激励电压信号，
[0037]
u表示激励电压信号幅值，
[0038]
t表示激励电压信号周期，
[0039][0039]
表示自然数集，即m＝1,2,3
…
。
[0040]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，提供了一种变电站站用电系统 的绝缘监测系统及方法，以b型剩余电流检测保护为突破口，开发变电站站用 电系统的智能开关与检测保护装置，同时结合物联网通信技术，搭建具备实时 监控、远程报警等功能的在线监控系统。提升了检测和通讯功能的可靠性，实 现绝缘监测的快速识别和预警。
附图说明
[0041]
图1为本发明提供的一种变电站站用电系统的绝缘监测方法流程图；
[0042]
图2为直流漏电流磁通门传感器检测原理图；
[0043]
图3为无漏电流的激磁电压和激磁电流波形示意图；
[0044]
图4为有正向漏电流的激磁电压和激磁电流波形示意图；
[0045]
图5为漏电保护检测及执行拓扑示意图；
[0046]
图6为漏电检测及执行模块内部功能组成结构图；
[0047]
图7为脱扣控制单元逻辑拓扑示意图；
[0048]
图8为lora组网设计逻辑图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0050]
如图1-8所示，本发明提供了一种变电站站用电系统的绝缘监测系统，包 括：多个检测节点、云端服务器和管理终端。检测节点包括：直流漏电检测模 块，执行模块，无线网络模块；直流漏电检测模块套装在被测线路上，用于采 集漏电流和计算漏电流值；执行模块用于在漏电流值达到门限值以上时执行跳 闸动作，否则维持合闸状态，并将跳闸/合闸状态反馈至直流漏电检测模块；无 线网络模块用于将漏电流值和跳闸/合闸状态发送至云端服务器；云端服务器用 于为管理终端提供访问接口。
[0051]
在本发明进一步优选的实施方式中，所述直流漏电检测模块套装在被测线 路上，用于采集漏电流和计算漏电流值，其包括：环形磁芯，激励源，激励绕 组，检测单元，核心处理单元和第一电源单元。
[0052]
环形磁芯套在被测线路上，激励绕组绕制在环形磁芯上，激励源与激励绕 组相连接，检测单元与激励绕组、激励源、核心处理单元分别相连接。
[0053]
激励源将激励电压信号输入至激励绕组，以如下公式(1)表示，
[0054][0055]
式中：
[0056]
ue表示激励电压信号，
[0057]
u表示激励电压信号幅值，
[0058]
t表示激励电压信号周期，
[0059][0059]
表示自然数集，即m＝1,2,3
…
。
[0060]
在本发明进一步优选的实施方式中，激励电压信号周期t《1ms。
[0061]
激励绕组与检测绕组同时缠绕在磁芯上，在与磁芯相垂直的方向上有一个 电流i，它会产生的一个环形磁场ho，进而影响磁芯内的b，磁芯内磁场的改 变会通过检测线圈的电压信号表现出来，信号所含各谐波里对磁芯内磁场影响 最大的是二次谐波，利用这一点可以滤除检测线圈上除二次谐波以外的电压信 号。滤波后所得到的二次谐波电压，不仅其正负可以作为要检测的电流方向的 参考，而且其幅值与要检测的电流也是近似正比的。
[0062]
检测单元用于检测激励绕组上的激励电流，转换为核心处理单元可识别的 信号，核心处理单元计算获得漏电流值，漏电流值通过无线网络模块发送至该 节点所属的基站，该基站将其发送至作为上位机的云端服务器。
[0063]
图3为无漏电流时的波形示意图。在正半周期中，方波激励源发出的正电 压使得磁芯被正向磁化。磁芯正向饱和时，其发出正向激磁电流的强度到达阈 值，触发检测控制模块发出翻转信号，方波信号进入负半周期。此时磁芯被反 向磁化，达到饱和时，反向激磁电流再次触发翻转信号，周期结束。由于此时 输入输出电流对称，磁芯完全由方波信号磁化，故激磁电流的波形对称。
[0064]
图4为有正向漏电流的激磁电压和激磁电流波形示意图，当电流中存在正 向漏电流时，由于漏电流额外的磁化作用，导致磁芯提前达到饱和，激磁电流 波形下移。
[0065]
在本发明进一步优选的实施方式中，所述第一电源单元在节点的进线端前 端取电，用于为激励源检测单元和核心处理单元供电，保证执行模块的断路器 跳闸之后不断电，实现智能化实时在线的功能。具体地，将交流电进行整流滤 波再进行ac/dc转换，变成稳定的低压直流供给核心处理单元、检测单元及无 线网络模块，即lora无线单元。
[0066]
执行模块包括：断路器、脱扣控制单元、断路器状态监视单元和第二电源 单元。
[0067]
所述核心处理单元将计算获得的漏电流值与门限值进行比较，将比较结果 发送至执行模块的脱扣控制单元，若漏电流值小于门限值，脱扣控制单元不动 作，维持断路器合闸状态，若漏电流值不小于门限值，脱扣控制单元带动断路 器进行跳闸。
[0068]
断路器状态监视单元与所述直流漏电检测模块的核心处理单元相连接，用 于实时反馈断路器状态，即将断路器处于跳闸状态或合闸状态实时反馈至核心 处理单元，核心处理单元将断路器状态通过无线网络模块发送至该节点所属的 上位机，该上位机将其发送至云端服务器。
[0069]
在进一步优选的实施方式中，无线网络模块包括433mhz lora无线单元， 直流漏电检测模块的核心处理单元将计算获得的漏电流值和断路器状态通过 lora无线网络发送至基站，基站将漏电流值和断路器状态通过4g无线网络发 送至云端服务器。
[0070]
第二电源单元在节点的出线端后端取电，用于为脱扣控制单元和断路器状 态监视单元供电，跳闸后切断电源，保护电子器件不受损坏。
[0071]
所述核心处理单元接收检测单元采集的激励电流，利用检测单元得到的激 励电流波形进行判断，根据电流波形进而判断直流漏电情况。
[0072]
所述lora无线单元用于各检测节点与上位机之间的通信，每一个漏保开 关作为一个节点，内部采用433mhz lora无线模块，采用定制协议将漏电数 据、断路器分合闸状态等信息传递给一定范围的基站，再由基站通过4g网络 上传到云端服务器，云端服务器提供手机app及pc进行访问的接口。
[0073]
本发明的实施例2提供了一种变电站站用电系统的绝缘监测方法，运行在 所述的绝缘监测系统上，包括以下步骤：
[0074]
步骤1，将直流漏电检测模块套装在被测线路上，采集漏电流和计算漏电 流值；
[0075]
步骤2，在步骤1的基础上，执行模块在漏电流值达到门限值以上时执行 跳闸动作，否则维持合闸状态，并将跳闸/合闸状态反馈至直流漏电检测模块； 若维持合闸状态返回步骤1，
[0076]
步骤3，直流漏电检测模块经由无线网络模块将漏电流值和跳闸/合闸状态 发送至云端服务器；
[0077]
步骤4，云端服务器将漏电流值和跳闸/合闸状态经由访问接口提供至管理 终端。
[0078]
在进一步优选的实施方式中，步骤1中，直流漏电检测模块的激励源将激 励电压信号输入至绕制在环形磁芯上的激励绕组，以如下公式表示，
[0079][0080]
式中：
[0081]
ue表示激励电压信号，
[0082]
u表示激励电压信号幅值，
[0083]
t表示激励电压信号周期，
[0084][0084]
表示自然数集，即m＝1,2,3
…
。
[0085]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，提供了一种变电站站用电系统 的绝缘监测系统及方法，以b型剩余电流检测保护为突破口，开发变电站站用 电系统的智能开关与检测保护装置，同时结合物联网通信技术，搭建具备实时 监控、远程报警等功能的在线监控系统。提升了检测和通讯功能的可靠性，实 现绝缘监测的快速识别和预警。
[0086]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描 述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方 案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保 护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应 当落在本发明的保护范围之内。