一种多功能电力变压器二次向量动态检测装置

技术领域

本发明涉及电力变压器向量测量领域，尤其涉及一种多功能电力变压器二次向量动态检测装置。

背景技术

电力变压器二次向量测量是新建变电站投运前及输变电设备改造或大修后的必要工作，测量结果是判断电力设备能否可靠并网的重要依据。电力变压器向量测量工作包括单母线PT二次定相、双母线PT二次核相、400V低压交流单电源定相、400V低压交流双电源核相、变压器各侧六角图检测、线路保护测方向和母差保护测方向。电力变压器向量测量结果正确可确保电力变压器各电压等级电压相序、相位一致，变压器及输电线路等大电网设备继电保护装置主保护接线正确。若检测结果出现偏差会造成双电源非同相运行、引发相间短路事故，差动保护拒动、扩大事故范围，导致电气设备损坏或电气火灾事故，严重地可能危害大电网的安全稳定运行，使用户承担大面积停电风险。

传统的电力变压器二次向量工作接线复杂、流程繁琐，逐线测量效率较低且容易发生导致触电。向量检测结果需要通过人工绘制向量图判断、检测结果准确性严重依赖变电二次检修人员技术水平，存在人为判断隐患。

现有的核相仪功能单一，仅能实现电力变压器向量测量的部分工作。并且现有的核相仪采用有线方式，有线核相仪价格低、使用方便、简单、可靠性高，但在使用中存在应用空间局限性与误触电的安全隐患。如当测试线悬空或绝缘破损时，会出现与所测点电位相同的高电压，可能造成人身伤亡或设备损坏、装置误动等后果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多功能电力变压器二次向量动态检测装置，以解决现有的核相仪采用有线方式，有线核相仪价格低、使用方便、简单、可靠性高，但在使用中存在应用空间局限性与误触电的安全隐患的问题。

基于上述目的，本发明提供了一种多功能电力变压器二次向量动态检测装置，包括变压器二次向量一体化检测模块，所述二次向量一体化检测模块包括高压信号输入接口模块、高压信号采集模块、高压信号处理模块、低压信号输入接口模块和低压信号采集模块；

所述高压信号输入接口模块，用于把母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号；

所述高压信号采集模块，用于将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差物理量转换为电信号；

所述高压信号处理模块，用于将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差模拟信号转化成数字信号，进行母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差量化处理；

所述低压信号输入接口模块，把变电设备二次电流、与同相电压的相位角连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号；

所述低压信号采集模块，通过传感器将变电设备二次电流、与同相电压的相位角的物理量转换为数字信号，然后经过模数转换器将其转换为模拟信号，以便被处理器或控制器处理。

优选的，所述高压信号输入接口模块，通过设置8路电压输入接口，可同时采集2组三相四线电源。

优选的，所述高压信号采集模块，通过传感器将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差物理量转换为数字信号，然后经过模数转换器将其转换为模拟信号，以便被处理器或控制器处理。

优选的，所述高压信号处理模块还用于对母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差信号进行数字滤波、数字频谱分析、数字信号重构等处理，并对母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差数字信号进行特征提取和分类识别。

优选的，所述低压信号输入接口模块还用于将变电设备二次电流、与同相电压的相位角模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。

优选的，所述低压信号采集模块在变电设备二次电流、与同相电压的相位角信号采集中，传感器起着关键作用，负责将变电设备二次电流、与同相电压的相位角物理量转换为电信号，并对变电设备二次电流、与同相电压的相位角数字信号进行特征提取和分类识别。

优选的，还包括双电源交互式智能核相模块，所述双电源交互式智能核相模块包括电源隔离模块和信号隔离模块；

所述电源隔离模块为隔离电源，用来保护检测终端，离电源的前端装有过载和过压保护装置，当电源电压超出安全范围时，过载和过压保护装置会自动断开，保护设备不受损害；

所述信号隔离模块为隔离栅，用于隔离高压和低压电路、隔离数字和模拟信号、隔离地线和信号线。

优选的，在电源中，所述隔离栅用于防止电源波动和电磁干扰对电路的影响；

在放大器中，所述隔离栅用于防止信号干扰和电路短路；

在传感器中，所述隔离栅用于隔离传感器和控制器之间的信号，从而提高传感器的精度和稳定性。

优选的，还包括人机可视化动态向量合成模块，所述人机可视化动态向量合成模块由数字信号输出模块构成；

所述数字信号输出模块用于输出信号，在有控制要求时可以提供一个开关量信号，遥控检测装置进行测试。

优选的，当检测装置接收到输入信号后，根据预先编入的程序，检测装置平板电脑通过总线将联动控制信号输送到输出模块，输出模块启动终端检测装置，终端检测装置检测母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差和变电设备二次电流、与同相电压的相位角。

本发明的有益效果如下：

一、双电源交互式检测模式：在双电源核相时，采用光耦合和稳压技术，实现电源隔离的目的，在同时检测双电源向量时，同步开展交互式向量检测，在双电源核相时，不需要改接线，实时完成双电源核相工作。

二、多通道检测：模块化组合可适用可单母线PT二次定相、双母线PT二次核相、低压400V单电源定相、低压400V双电源核相、变压器六角图测量、母差保护测方向和线路保护测方向等电力二次向量工作需求，多线程检测可一次性完成每项电力二次向量测试接线，接线简单、清晰，在测试过程中不需要进行改接测试线，提高电力二次向量测试效率。

三、数字化采集：采用无线路由通讯，实现检测终端和平板电脑的无缝对接，检测模式实现手动、自动和遥控多样化检测模式。根据电力二次向量测试的对象的特殊属性，智能分析生成不同的检测项目和向量动态合成模式，提高电力二次向量检测的精准率和工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例高压信号输入接口模块的内部原理图；

图2为本发明实施例低压信号输入接口模块的内部原理图；

图3为本发明实施例低压信号采集模块的内部原理图；

图4为本发明实施例单星形横向合成公式模型图；

图5为本发明实施例单星形横向二次矢量动态合成过程效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种多功能电力变压器二次向量动态检测装置，包括变压器二次向量一体化检测模块，所述二次向量一体化检测模块包括高压信号输入接口模块、高压信号采集模块、高压信号处理模块、低压信号输入接口模块和低压信号采集模块；

所述高压信号输入接口模块，设置8路电压输入接口，可同时采集2组三相四线电源，它的作用是把母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号；

所述高压信号采集模块，通过传感器将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差物理量转换为数字信号，然后经过模数转换器将其转换为模拟信号，以便被处理器或控制器处理。在母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差信号采集中，传感器起着关键作用，负责将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差物理量转换为电信号；

所述高压信号处理模块，将母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差模拟信号转化成数字信号，进行母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差量化处理。按照一定的确定性规则对母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差信号进行量化。对母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差信号进行数字滤波、数字频谱分析、数字信号重构等处理，并对母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差数字信号进行特征提取和分类识别；

所述低压信号输入接口模块，它的作用是把变电设备二次电流、与同相电压的相位角连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。变电设备二次电流、与同相电压的相位角模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号；

所述低压信号采集模块，通过传感器将变电设备二次电流、与同相电压的相位角的物理量转换为数字信号，然后经过模数转换器将其转换为模拟信号，以便被处理器或控制器处理。在变电设备二次电流、与同相电压的相位角信号采集中，传感器起着关键作用，负责将变电设备二次电流、与同相电压的相位角物理量转换为电信号，并对变电设备二次电流、与同相电压的相位角数字信号进行特征提取和分类识别。满足变压器六角图测量、母差保护测方向和线路保护测方向等电力二次向量工作。

通过上述相关模块的配合使用，适用于电力变压器、单母线PT二次定相、双母线PT二次核相、400V低压交流单电源定相、400V低压交流双电源核相、变压器各侧六角图检测、线路保护测方向和母差保护测方向共五种电力二次向量检测工作。

在本发明的一个优选实施例中，包括双电源交互式智能核相模块，所述双电源交互式智能核相模块包括电源隔离模块和信号隔离模块；

隔离电源是一种以技术手段在两个电源之间建立虚拟电气隔离的电源设备。由于其两端之间没有电气连接，使得供电系统在电气安全性上得到了极大保障。将两个电源之间的焦点孤立开来，从而能够在一定程度上抵消电晕影响，保证电气安全。这是由隔离电源中两个电源之间的变压器实现的，变压器的两端分别连接了供电系统的设备和负载，它将两个电源之间的信号完全隔离开来，而没有任何电气连接，使得设备和负载之间不会相互影响。隔离电源具有噪声抑制、抗振动和减少电磁干扰的作用，这些都是变压器的电磁屏蔽作用的结果，变压器的磁性作用使得它可以完全隔离出恒定的输出电压，从而实现噪声抑制、抗振动和减少电磁干扰。隔离电源也可以用来保护检测终端，离电源的前端装有过载和过压保护装置，当电源电压超出安全范围时，过载和过压保护装置会自动断开，保护设备不受损害。将两个电源之间的焦点孤立开来，从而使得电气安全性得到极大提升；

隔离栅将电路中的信号隔离开来，防止信号干扰和电路短路。隔离栅广泛应用于各种电子设备中，如电源、放大器、传感器等。利用电场效应和PN结的特性来实现信号隔离。在PN结的两侧，由于材料的不同，形成了不同的电势差，这种电势差可以阻止电流的流动，从而实现信号隔离。同时，隔离栅还可以通过控制电势差的大小和方向来调节信号的传输和隔离效果。隔离栅由两个PN结组成，其中一个PN结被称为输入端，另一个PN结被称为输出端。输入端和输出端之间通过一个绝缘层隔离开来，这当输入端的信号到达隔离栅时，它会被隔离栅的绝缘层阻挡，从而无法传输到输出端。同时，输出端的信号也无法通过隔离栅传输到输入端，从而实现了信号的隔离。用于隔离高压和低压电路、隔离数字和模拟信号、隔离地线和信号线等。在电源中，隔离栅可以防止电源波动和电磁干扰对电路的影响；在放大器中，隔离栅可以防止信号干扰和电路短路；在传感器中，隔离栅可以隔离传感器和控制器之间的信号，从而提高传感器的精度和稳定性。

在本发明的另一个优选实施例中，还包括人机可视化动态向量合成模块，所述人机可视化动态向量合成模块由数字信号输出模块构成，输出信号在有控制要求时可以提供一个开关量信号，遥控检测装置进行测试。当检测装置接收到输入信号后，根据预先编入的程序，检测装置平板电脑通过总线将联动控制信号输送到输出模块，输出模块启动终端检测装置，终端检测装置检测母线PT二次绕组或三相四线电源线电压、相电压、相序、相位角和相位差和变电设备二次电流、与同相电压的相位角。存储电路是一种能够存储数字信号的电路，它可以将输入的数字信号转换成电压或电流等模拟量信号，然后将这些模拟量信号存储在电容器、磁芯或其他存储元件中。利用能够保持状态的元件来实现信息的存储。这些元件可以是电容器、磁芯、场效应管等。当输入数字信号时，这些元件就会根据输入信号的不同状态来改变其内部状态，从而实现信息的存储。现电力变压器二次向量人机交互检测。

还包括人机交互，用于辅助二次检修人员进行操作、规范检测步骤。高精度多通道检测模块采集模拟量信息后，研究应用可缩放矢量图形成像技术和可扩展标记语言，将向量测量结果和向量计算和合成的过程图形化动态显示，使测量和计算的表示方法更加直观。根据测得二次电流电压矢量的大小和相位，相应展示对应相别，对应大小，对应相位的矢量标识；通过平移、伸缩等手段展示二次矢量的合成过程。要实现功能如此复杂的设计，需要选择一种良好的程序结构，以减少程序模块间的耦合。Netron项目是一个绘制类图的半成品，虽然该项目与组态软件没有关联，但是其良好的程序设计结构却非常值得借鉴使用。Netron采用当今应用广泛的MVC模式作为程序设计架构。MVC模式是“Model-View-Controller”的缩写，它把输入、处理、输出流程分为三个层：模型、视图、控制器。其中，模型(Model)包含了程序处理对象的实体信息；视图(View)代表人机交互界面；控制器(Controller)是模型和视图之间的桥梁。视图通过事件将用户请求通知控制器，控制器根据不同的用户输入决定对模型进行何种处理，处理结果则通过视图显示出来。例如：单星形向量动态合成。单星形横向矢量动态合成公式如下：

其中，I

通过软件编程也可进行双星形向量动态合成、三角形转星形向量动态合成、双星形+三角转星形向量动态合成、纵向向量动态合成、叠加向量动态向量合成和二次向量动态合成等多元化向量动态合成算法，使装置具备数字化采集智能化分析功能和动态合成，并能根据计算结果智能分析判断检测结果是否正确。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。