基于 LabVIEW的电网二次设备运行维护智能装置研发

苏嘉力 解天柱 李起荣 陈嘉安 胡馨

云南电网有限责任公司红河供电局 云南 红河 6 61100

摘要：变电站继电保护人员在检查和电网二次设备运行时，多数有经验的工人采用人工测量子电路和子元件，并采用排除法检查确定故障电路的位置，这种方法费时费力。为了帮助操作人员及时发现二次设备故障，方便维护人员检测和维护，开发了一种基于LabVIEW的电网二次设备。本文介绍了系统架构、硬件原理、软件结构和设备性能组成，为研究人员开发类似的智能电气设备提供参考。

关键词：LabVIEW；二次设备；运行维护；智能装置

1、系统架构

如图1所示,二次电气设备运维智能装备由三部分组成：PCI数据采集子系统、专家故障诊断系统和可视化模块。PCI数据采集子系统用于采集与二次电气设备工作状态相关的电压、电流等系统状态信息。专家故障诊断系统根据目前的操作系统结构，对收集到的设备状态信息进行分析，实时监控和检测设备的工作状态，完成设备功能，对设备故障进行预警、检测、诊断和报警。可视化模块为运维人员提供相关的状态信息、操作巡视和统计报表，以定位故障环、故障类型和故障位置。

图1 智能装置的系统架构

整个系统采用便携式设计，其中包括功率传感器表、PCI数据卡、断路器、主板、CPU、硬盘、内存、电源和电源配件。使用LabVIEW虚拟仪器开发平台开发系统软件，应用图形系统设计方法，实现专家系统，提供图形用户界面。

2、硬件配置

系统硬件原理如图2所示。

图2 系统硬件原理

为满足开发计划的要求，以美国国家仪器（NI）16位高性能PCI数据恢复卡（PC-62517.8.9）为平台开发了电网二次设备。电网二次设备成为了设备硬件形式，传感器接口板，其他连接的终端设备用于将来自辅助设备的正在测试的信号，转换为PCI卡可接受的信号电平。

为了将其从一次设备到二次设备隔离并满足PC-6251数据接收板对信号电平的要求，我们设计了模拟传感器接口板、断路器隔离板和等效端子。NIPCI-6251数据采集板通过NISHC68-68-EPM屏蔽电缆连接到传感器面板，并通过传感器面板适配器连接到键值隔离面板。传感器板包括12个WBl121G27交直流电流传感器，采用2MQ采样电阻测量输入电压，额定测量范围0～300V，过载电压360V。采用直列式结构，适用于监测和测量不同波形的绝缘。通过使用微型电量传感器，传感器板可以很容易地安装在一体化化学控制箱内。

断路器隔离板采用8片TLP521-4光电耦合器，提供24路断路器输入、8路断路器输出光电隔离功能，断路器信号通过模拟传感器板连接到PCI-6251数据接收板。由于PCI-6251开关的16个IO口可以任意设置为输入或输出，因此设计了一个跳线端子，24个中的8个配置为可选输出开关。

PC)-8251数据接收板、模拟传感器板、断路器隔离板均安装在工控一体机内部，设备二次供电信号从外置机箱通过接线端子输入，可显示在8.4寸LCD上处理后的画面。

3、软件结构

二次设备运维智能装置采用分层结构设计思想。图3为系统软件结构框图。设备软件由PCI设备驱动程序、N-DAQ数据支持操作库、数据分析子系统、数据存储子系统、程序控制和用户界面组成，通过WindowsNT操作系统对嵌入式工作站硬件平台进行设备管理。

图3 系统软件结构框图

4、功能

二次电气设备运维智能设备的功能构成包括通道布置、系统测试、系统布置、互联网监控、专家系统、分析网络等基本功能，10.1波形录制和在线支持。各主要功能的功能简述如下：

1)通道设置用于设置相关的数据接收参数，包括与具体物理量和采样通道相关的名称、单位转换率设置、零偏校正、滤波器设置、指定正常工作范围的报警的物理体积、波形显示模式设置和参数。

2）系统测试是测试智能设备本身的各种硬件功能，这包括主机自检、通信测试、模拟通道性能测试、开关通道性能测试和中断响应性能测试。

3)系统设置用于改变设备的基本运行参数。其中包括采样率、同步时钟、通讯设置、录波设置、监控设置和权限管理的操作密码。采样率设置指定PCI-6251数据采集卡采集每波模拟值的点数和传输值的采样率。同步时钟用于设置日期和时间信息以记录故障发生的时间。保存设置指定存储位置和数据存储格式等信息，监控设置决定了系统当前的操作模式（校正操作、互联网监控操作、专家诊断模式操作）。权限管理用于设置适当的操作密码，实现分级系统控制管理。

4）在线监测提供各种物理量和测试设备变化状态的实时显示功能和预警报警功能，这包括轨迹跟踪、故障预警、实时分析、故障报警和系统状态，跟踪用于实时显示所选物理量的波形。

5）专家系统是设备的核心。这包括故障类型、故障位置、故障电路、原因分析、操作建议和专家库参数设置，报表等形式显示设备故障的详细信息，并向运维人员提供操作建议，及时排除设备故障。

6）普查分析用于执行离线记录和分析现场测量数据的功能。这包括实时记录、事件存储、波形回放、错误回放和离线分析。实时记录被监测的物理量；波形回放用于离线显示记录的波形数据；事件存储用于记录设备二次运行时的控制操作和系统故障时的运行状态；故障复制实现了系统故障时任何物理卷和系统状态的动态召回。离线分析使用存储在人口普查中的数据来执行高级分析功能，例如FFT修改和统计分析。

7)在线帮助提供设备用户手册和各种功能的实时帮助。

5、应用验证

为验证实验装置功能的可靠性，在供电公司继电保护实验室进行了物理实验研究，实验研究的内容是验证诊断装置的准确性和实用性。具体方法是在正常运行模式下人工放置故障点，然后将智能检测系统的诊断结果与人工放置的故障进行对比。

为了验证故障诊断装置的效率，实验中使用的控制电路插件包括两个：分相操作箱FCX-12HP和南瑞CZX-12R2-P。两种不同的操作箱的操作原理基本相同，仅在组件参数上有所不同。

实验电路正常工作有缺陷。继电保护测试仪设定的人工断点为与继电保护装置相连的电压电流组合输出端，固定电流值在取值范围内，控制电路中有两个误差继电器触点，分别为HWJ位监控继电器和YJ压力监控继电器。当线路处于正常工作状态时，断路器状态闭合，等效开关量标准库为线路闭合时开关量标准库。继电器触点HWJ和Y.0的相应状态分别为闭合和断开，故障诊断装置实时监控每个触点的状态。当检测到故障时，立即向操作界面发出故障信号，告知操作人员故障的具体位置。

6、结语

综上所述，发展智能电网是节能环保的重中之重，最有效的工具之一是实施能源运输新方法的基本要求，这是信息技术深度融合的重要支撑。

参考文献

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