變電站接地線在線監測系統的研究與開發

張勝利　王鋒　鮑都都　李家林　付浩　苗堃

摘要：接地極在線監測系統能在無人值守條件下，全天候對接地極入地電流、設備狀態進行監測，能實時監測接地極現場的報警信號，發出報警，并針對報警信號，自動完成故障定位和做出相應的聯動處理，使用現場視頻采集設備，運行人員能遠距離對現場畫面進行實時查看。

關鍵詞：變電站;接地線;在線監測系統;應用

前言

目前，易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊┈F采用的監測管理手段相對落后，維護的智能化管理程度低，沒有一個系統性的監測和報警系統，易燃易爆和?；穯挝唬▓鏊┑脑O備狀態無法做到實時監測，無法實時確保設備的正常運行并及時對異常情況進行處理。接地狀態以及接地系統作為保障電源SPD保護設備安全的重要體系，如何利用合理的方法監測這一系統變得非常重要。

1電流通路法監測接地狀態

電流通路法監測接地狀態的優點在于監測設備簡單，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測接地狀態的不足，任何一條回路接通，反饋給監測設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，接地狀態監測設備將無法進行識別，存在電源SPD接地失效的安全隱患。

2環路電阻法監測接地狀態

環路電阻法監測接地狀態，主要是通過對接地線的環路電阻進行測量，以測試電阻值的大小來判斷接地狀態的通斷情況?？梢圆捎梅绞揭换蚍绞蕉姆椒ㄟM行監測。方式一采用的是接地狀態監測的位置從SPD的接地端直接引人接地匯流排的接地線上進行監測，方式二采用的接地狀態監測的位置從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別主要在于兩個監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測設備。

3結合接地電阻監測儀測量接地狀態的監測方法

電流通路法監測接地狀態，當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，反饋給監測設備的狀態都為正常，當主接地線路斷開時存在無法監測出來的安全隱患。環路電阻法監測接地狀態，可以任意構建監測環路，變更環路電阻等來保證監測的準確性以及自身監測設備的安全性，但環路電阻法監測接地狀態必須另外加設一臺環路電阻監測儀，存在監測成本過高的缺點。所以在利用環路電阻監測儀監測接地電阻時，可以利用同一監測設備來判斷接地狀態。

4在線監測系統目標

（1）利用視頻設備，實現對接地極現場進行超遠程實時視頻監測;（2）對接地極入地電纜電流值進行實時測量，電流數據超標時進行告警提示;（3）對各種告警信息進行采集，并在發生告警時進行提示;（4）采集接地極現場環境及各設備狀態，如：溫度、濕度、電流、電壓等;（5）使用的各種設備能適用于接地極惡劣環境，具有抗電磁干擾、防雷、抗震等功能，戶外設備具有防水、耐高低溫等功能;（6）前臺系統操作便利，集成顯示各監測數據及視頻畫面;（7）具有數據儲存與導出功能，各種監測數據能與現有平臺進行對接，實現數據上傳。

5在線監測系統設計

（1）視頻監測;（2）入地電纜電流監測;（3）報警信息監測;（4）設備數據采集;（5）設備控制等。所有的數據通過光纖發送光信號與換流站之間進行通信。后者位于換流站內，負責接收數據和處理，完成接地極參數管理和狀態診斷以及故障自動報警，并在監測客戶端上加以展示，同時將所需信號外傳給國網綜合監測平臺進行匯總。

5.1前端系統

前端監測系統主要由視頻采集設備、信號采集設備、通信線纜、傳輸設備等硬件組成，具有抗高溫、抗電磁干擾、防雷等特點，確保系統的穩定性。前端系統的組成如下：

（1）視頻采集模塊

視頻設備分為高清可見光視頻監測設備和紅外/可見光一體化監測設備兩種，前者用于對接地極現場戶外和預制艙內進行視頻監控，具有防輻射、抗干擾等特性，后者用于輔助實現夜視和測溫功能，測溫方式采用全輻射測溫法，能對視場內任意像素點進行測溫，并將測溫數據進行壓縮打包通過網絡接口轉換模塊上傳。

（2）信號采集模塊

①采集入地電流信號時，封閉線圈內的入地電流通過互感，使開環式霍爾電流傳感器輸出4～20mA電流，并經過AI采集裝置進行采集;②防盜、火災等報警信號，通常為DI信號，即正常下為低電平，發生告警時輸出高電平，通過DI采集裝置監測信號變化;③預制艙內的設備如電源組、變壓器柜、直流屏、工業空調，以及艙外氣象采集設備，所采集到的電壓、電流、功率，溫濕度數據、風力等，通過RS485通信，使用ModBus協議中的RTU模式進行傳輸。

（3）設備控制模塊

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

（4）傳輸裝置

極址內的信號傳輸，針對不同信號采用不同的數據線連接到采集裝置后使用交換機進行匯總，并通過光纖收發裝置，利用光纖，與幾十公里外的換流站內設備連接。實現超遠距離無損傳輸。

5.2后臺系統

后臺系統由信號收發裝置和在線監測系統主機組成。收發裝置用于與極址通訊，接受和發送數據;在線監測系統主機用于運行相關數據處理程序、儲存數據資料、對采集到的信息進行展示、向其它系統傳輸所需數據等。后臺系統的數據流圖如下：

程序主要分為數據處理程序、WEB客戶端和數據庫三部分。從接地極現場傳輸的信號數據，首先經過數據處理程序處理后存入數據庫，再根據相關的配置，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，利用數據傳輸模塊，向其它系統發送指定數據。

（1）數據處理程序

數據處理程序主要用于對數據信息進行采集和處理，針對不同類型的數據，根據相關的協議，采用不同的算法，并將處理過的數據存儲進數據庫。

（2）WEB客戶端

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

（3）數據庫。數據庫采用MYSQL關系型數據庫。

6在線監測系統實現

6.1前端系統的實現

前端系統視頻采集模塊分兩種，可見光監測設備和紅外/視頻一體化監測設備，后者除視頻監控外，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。數據傳輸部分，接地極現場各設備之間采用不同的通訊數據線連接，最終并入光纖收發器，通過光纖，與幾十公里外的換流站連接進行通訊。

6.2后臺系統的實現

后臺系統中，數據處理程序采用C語言進行編寫，針對不同的數據，根據通訊協議的不同，使用不同的算法來實現。WEB客戶端采用三層架構，其中，表示層采用HTML+CSS+JavaScript語言進行開發，業務邏輯層和數據訪問層使用PHP語言開發。

結束語

該系統目前已在多個直流輸電工程中投入運行，性能穩定，能比較客觀地反應接地極運行狀況的變化規律，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確度。

參考文獻：

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