本發(fā)明屬于電力技術領域，特別涉及一種多功能電力設備監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，低壓(交流不超過1000V或直流不超過1500V)配電系統(tǒng)占據(jù)著主導地位，它是電力系統(tǒng)與最終用戶之間的最后連接，是與用戶聯(lián)系最密切、使用設備最多、線路最長、用電量最大的一個環(huán)節(jié)，在工廠、礦山、城市、農(nóng)村等到處都離不開低壓配電系統(tǒng)，所以，低壓配電系統(tǒng)的合理、安全、高效與穩(wěn)定運行，直接關系著廣大用戶的用電可靠性和用電質(zhì)量，因而對低壓配電系統(tǒng)配電線路、控制設備等進行保護具有重大意義。目前低壓配電保護多選用塑殼斷路器、熔斷器或漏電斷路器，實現(xiàn)速斷、長延時保護，但很多塑殼斷路器動作精度不夠，且不具備信號實時監(jiān)測顯示、事件記錄和通訊組網(wǎng)等功能；而采用的熱繼電器作為電動機過載保護和控制元件，受到元件質(zhì)量、工藝限制，已無法滿足日益發(fā)展工藝自動化要求。

加強電能質(zhì)量和節(jié)能降耗的影響十分重要，這其中采取無功補償方式提高功率因數(shù)降等都是行之有效的措施。在電力供電系統(tǒng)中，功率因數(shù)的提高是一項重要的技術工作，直接關系到輸電線路的電能損耗及供電的經(jīng)濟性，供電質(zhì)量。功率因數(shù)的補償措施一直為人們所重視。研制高性能的功率因數(shù)補償裝置具有實際的社會，經(jīng)濟效益。而且在電力系統(tǒng)中，無功功率要保持平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓下降，嚴重時，會導致設備損壞，系統(tǒng)瓦解。此外，網(wǎng)絡的功率因數(shù)和電壓降低，使電氣設備得不到充分利用，促使網(wǎng)絡傳輸能力下降，損耗增加。因此，解決好網(wǎng)絡補償問題，對網(wǎng)絡降損節(jié)能有著極為重要的意義。

按電網(wǎng)無功功率補償方式可分為串聯(lián)補償和并聯(lián)補償。并聯(lián)補償方式又可分為電容器組補償，調(diào)電感補償，調(diào)相機補償?shù)囊葡嘌a償?shù)?。本設計我們將采用并聯(lián)電容器補償，主要應用單片機技術，實現(xiàn)對低壓電力系統(tǒng)的監(jiān)控，完成功率因數(shù)的測量，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)進行電容組的投切，以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的功率因數(shù)的補償。

無功補償控制器是無功補償?shù)暮诵?其性能直接影響補償?shù)男Ч?。它是根?jù)檢測的功率因數(shù)或無功功率,按照一定的控制規(guī)則投入/切除電容器,實現(xiàn)對線路進行無功補償。在低壓配電網(wǎng)中有相當一部分是感性負荷，它不僅要消耗大量的有功功率，也要吸收很多的無功功率，從而使功率因數(shù)下降，導致無功電源不足，系統(tǒng)電壓降低，電能損耗增大，這大大影響了電網(wǎng)的供電能力。

此外，局部放電現(xiàn)象也是影響電力設備正常運作的一個主要原因。

因此，現(xiàn)在亟需一種多功能電力設備監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的無功補償，同時能夠進行配電保護，在保證功率因數(shù)，減少電能損耗的同時，避免局放現(xiàn)象，保證設備平衡運行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種多功能電力設備監(jiān)控系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中電網(wǎng)因為局放現(xiàn)象和短路電流對電力設備造成的損壞，以及因為無功功率造成的電能耗損問題。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：多功能電力設備監(jiān)控系統(tǒng)，包括電力設備，電力設備連接有局部放電監(jiān)測裝置、配電保護裝置以及無功補償裝置，局部放電監(jiān)測裝置、配電保護裝置以及無功補償裝置連接有中央控制器，中央控制器實現(xiàn)電力設置的電量監(jiān)測、配電保護以及無功補償。

作為一種優(yōu)選的實施方式，配電保護裝置，包括配電控制器，配電控制器連接有短路保護器，配電控制器根據(jù)電力設備的參數(shù)確定供電設備的預期短路電流，短路保護器實時監(jiān)測電力設備的運行短路電流，當監(jiān)測的運行短路電流達到預期短路電流，且短路時間超出第一預設閥值時，通過顯示器進行顯示，且短路保護器切斷電力設備的供電電源。

作為一種優(yōu)選的實施方式，短路保護器包括重合器和分段器，配電控制器利用分段器實現(xiàn)短路電流的關合，配電控制器利用重合器切除短路電流，重合器預先設定好重合次數(shù)，當開關的實際重合次數(shù)達到設定值并且開關牌分閘狀態(tài)時，則閉鎖自動合閘，隔離故障線路，重合器設置有間隔周期，間隔周期為重合器每次分合操作的時間間隔，分段器的分合操作決定于線路電壓，開關的供電即分閘，來電后則合閘。

作為一種優(yōu)選的實施方式，根據(jù)電力設備的最大短路電流，確定電力設備的速斷一次值，其中速斷一次值與最大短路電流呈線性關系，最大短路電流采用直接把最大變壓器置于路線首端計算最大短路電流，供電設備的供電線路連接有接地保護系統(tǒng)，接地保護系統(tǒng)當發(fā)生供電設備碰殼接地故障時，接地電流通過供電設備的接地電阻和接地保護系統(tǒng)的接地電阻形成回路，并在兩電阻上產(chǎn)生壓降，降低供電設備外殼上所帶電壓。

作為一種優(yōu)選的實施方式，利用電流速斷保護，規(guī)定在最大運行方式下三相短路時，保護范圍最大，為lmax，在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小，為lmin，其中，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值滿足：

$l_b=\frac{l_{\min }}{l_{AB}}\×100\%\≥(15-20)\%$

$I_{set.1}^1=k_{rel}^1{I}_{2K3.\max }$

$l_{\min }=\frac{1}{x_1}(\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{E_s}{I_{op.k}}-X_{S.max})$

式中：K1rel--可靠系數(shù)；I2k3.max--最大運行方式下線路末端三相短路穩(wěn)態(tài)電流；I opk--保護裝置一次動作電流；Es--系統(tǒng)基準電壓；XS.Max--系統(tǒng)最大運行方式下的最小等值阻抗，電流速斷保護范圍包括下條線路或者電力設備的末端，保護整定的動作電流應躲過線路的過負荷電流，當供電線路三相電壓不平衡率大于設定目標，且超出不平衡延時時間后，控制器控制啟動電壓不平衡保護，確定三相壓電不平衡率，采用設置電容器裝置實現(xiàn)，將若干組電容器裝置進行星形接線方式連接，不平衡電壓保護的電壓取電容器裝置組的開口三角電壓。

作為一種優(yōu)選的實施方式，無功補償裝置，包括電流互感器和電壓互感器，其特征在于，電流互感器和電壓互感器連接有相位檢測裝置，相位檢測裝置連接有補償控制器，補償控制器計算電流互感器和電壓互感器的相位差數(shù)值，確定該相的功率因數(shù)，補償控制器連接有功率因數(shù)顯示單元和投切控制電路，投切控制電路連接有投切電容組，電壓互感器和電流互感器分別包括A相互感器、B相互感器和C相互感器，投切電容組包括A相電容、B相電容和C相電容。

作為一種優(yōu)選的實施方式，相位檢測裝置包括與電壓互感器連接的電壓比較器以及與電流互感器連接的I/V轉(zhuǎn)換器，I/V轉(zhuǎn)換器連接電壓互感器，電壓互感器連接有鑒相電路，鑒相電路計數(shù)器，投切控制電路包括一零電壓檢測器，零電壓檢測器一端通過與門連接投入命令，與門連接有多諧振蕩器，零電壓檢測器連接有光電耦合器，光電耦合器的另一端通過電阻連接有晶閘管，晶閘管連接有脈沖隔離放大器，功率因數(shù)顯示單元包括LED顯示單元。

作為一種優(yōu)選的實施方式，補償控制器連接有電源電路，電源電路包括三端穩(wěn)壓器，三端穩(wěn)壓器的輸入端和接地端之間連接有第一電容，三端穩(wěn)壓器的輸出端和接地端之間連接有第二電容，三端穩(wěn)壓器的輸入端通過整流電路和變壓器連接電源,補償控制器預設有第一閥值功率因數(shù)，當補償控制器根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)大于該第一閥值功率因數(shù)時，不進行補償；當補償控制器得到根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)小于該第一閥值功率因數(shù)時，進行補償。

作為一種優(yōu)選的實施方式補償控制器根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)，包括同時對系統(tǒng)中三相電壓、三相電流進行采集得到實時網(wǎng)絡信號，經(jīng)過隔離模塊的隔離處理后，再進行N點等時間間隔得到電壓及電流序列，得到關于時間的復數(shù)離散序列，再進行傅立葉變化，再進行離散傅立葉變化，根據(jù)其共軛改正得到電壓、電流向量與諧波間的關系，在不考慮直流分量時，導出該相位諧波電壓和諧波電流的有效值，從而確定有功功率，得到該相位的功率因數(shù)，補償控制器根據(jù)實時的電壓、電流，計算出無功功率，確定需要補償?shù)臒o功，從而根據(jù)預設的投切策略，控制投切電容組中的部分投切電容進行無功補償。

作為一種優(yōu)選的實施方式，局部放電監(jiān)測裝置包括局放控制器，局放控制器連接有放大采樣電路，放大采樣電路連接有A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接有超聲波傳感器和脈沖發(fā)生器，局放控制器及A/D轉(zhuǎn)換電路連接有存儲器，局放控制器連接有顯示器。

采用了上述技術方案后，本發(fā)明的有益效果是：通過無功補償裝置，改善功率因數(shù):盡量避免發(fā)電機降低功率因數(shù)運行,防止向遠方負載輸送無功引起電壓和功率損耗,應在用戶處實行低功率因數(shù)限制,即采取就地無功補償措施；改善電壓調(diào)節(jié):負載對無功需求的變化,會引起供電點電壓的變化,對這種變化若從電源端(發(fā)電廠)進行調(diào)節(jié),會引起一些問題,而補償設備就起著維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)的重要作用；調(diào)節(jié)負載的平衡性:當正常運行中出現(xiàn)三相不對稱運行時,會出現(xiàn)負序、零序分量,將產(chǎn)生附加損耗,使整流器波紋系數(shù)增加,引起變壓器飽和等,經(jīng)補償設備就可使不平衡負載變成平衡負載；另外，通過估算預期短路電流，和速斷電流值，在即將達到預期短路電流實現(xiàn)了自動斷路保護；同時，還設置有電壓不平衡保護，通過三相壓電的不平衡率確定三相電壓不平衡率的設定目標；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)配電保護，保證電力設備的平衡運行；通過超聲波傳感器和脈沖發(fā)生器實時檢測電力設備的局部放電信號，并且通過一系列處理，使局部放電波形在顯示器上進行顯示，可以有效地得知電力設備的局部放電情況，從而方便維護人員進行電力設備的維護，避免電力設備出現(xiàn)難以挽回的故障，甚至是造成安全事故。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的方框示意圖；

圖2為配電保護裝置的方框示意圖；

圖3為無功補償裝置的方框示意圖；

圖4為電源電路的示意圖；

圖5為切控制電路的示意圖；

圖6為相位檢測裝置的示意圖。

圖7為局部放電監(jiān)測裝置的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1-7所示，本多功能電力設備監(jiān)控系統(tǒng)，包括電力設備，電力設備連接有局部放電監(jiān)測裝置、配電保護裝置以及無功補償裝置，局部放電監(jiān)測裝置、配電保護裝置以及無功補償裝置連接有中央控制器，中央控制器實現(xiàn)電力設置的電量監(jiān)測、配電保護以及無功補償。

配電保護裝置，包括配電控制器，配電控制器連接有短路保護器，配電控制器根據(jù)電力設備的參數(shù)確定供電設備的預期短路電流，短路保護器實時監(jiān)測電力設備的運行短路電流，當監(jiān)測的運行短路電流達到預期短路電流，且短路時間超出第一預設閥值時，通過顯示器進行顯示，且短路保護器切斷電力設備的供電電源。

短路保護器包括重合器和分段器，配電控制器利用分段器實現(xiàn)短路電流的關合，配電控制器利用重合器切除短路電流，重合器預先設定好重合次數(shù)，當開關的實際重合次數(shù)達到設定值并且開關牌分閘狀態(tài)時，則閉鎖自動合閘，隔離故障線路，重合器設置有間隔周期，間隔周期為重合器每次分合操作的時間間隔，分段器的分合操作決定于線路電壓，開關的供電即分閘，來電后則合閘。

根據(jù)電力設備的最大短路電流，確定電力設備的速斷一次值，其中速斷一次值與最大短路電流呈線性關系，最大短路電流采用直接把最大變壓器置于路線首端計算最大短路電流，供電設備的供電線路連接有接地保護系統(tǒng)，接地保護系統(tǒng)當發(fā)生供電設備碰殼接地故障時，接地電流通過供電設備的接地電阻和接地保護系統(tǒng)的接地電阻形成回路，并在兩電阻上產(chǎn)生壓降，降低供電設備外殼上所帶電壓。

利用電流速斷保護，規(guī)定在最大運行方式下三相短路時，保護范圍最大，為lmax，在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小，為l mi n，其中，在最小運行方式下，速斷保護范圍的相對值滿足：

$l_b=\frac{l_{\min }}{l_{AB}}\×100\%\≥(15-20)\%$

$I_{set.1}^1=k_{rel}^1{I}_{2K3.\max }$

$l_{\min }=\frac{1}{x_1}(\frac{\sqrt{3}}{2}\×\frac{E_s}{I_{op.k}}-X_{S.max})$

式中：K1rel--可靠系數(shù)；I2k3.max--最大運行方式下線路末端三相短路穩(wěn)態(tài)電流；I opk--保護裝置一次動作電流；Es--系統(tǒng)基準電壓；XS.Max--系統(tǒng)最大運行方式下的最小等值阻抗，電流速斷保護范圍包括下條線路或者電力設備的末端，保護整定的動作電流應躲過線路的過負荷電流，當供電線路三相電壓不平衡率大于設定目標，且超出不平衡延時時間后，控制器控制啟動電壓不平衡保護，確定三相壓電不平衡率，采用設置電容器裝置實現(xiàn)，將若干組電容器裝置進行星形接線方式連接，不平衡電壓保護的電壓取電容器裝置組的開口三角電壓。

無功補償裝置，包括電流互感器和電壓互感器，其特征在于，電流互感器和電壓互感器連接有相位檢測裝置，相位檢測裝置連接有補償控制器，補償控制器計算電流互感器和電壓互感器的相位差數(shù)值，確定該相的功率因數(shù)，補償控制器連接有功率因數(shù)顯示單元和投切控制電路，投切控制電路連接有投切電容組，電壓互感器和電流互感器分別包括A相互感器、B相互感器和C相互感器，投切電容組包括A相電容、B相電容和C相電容。

相位檢測裝置包括與電壓互感器連接的電壓比較器以及與電流互感器連接的I/V轉(zhuǎn)換器，I/V轉(zhuǎn)換器連接電壓互感器，電壓互感器連接有鑒相電路，鑒相電路計數(shù)器，投切控制電路包括一零電壓檢測器，零電壓檢測器一端通過與門連接投入命令，與門連接有多諧振蕩器，零電壓檢測器連接有光電耦合器，光電耦合器的另一端通過電阻連接有晶閘管，晶閘管連接有脈沖隔離放大器，功率因數(shù)顯示單元包括LED顯示單元。

補償控制器連接有電源電路，電源電路包括三端穩(wěn)壓器，三端穩(wěn)壓器的輸入端和接地端之間連接有第一電容，三端穩(wěn)壓器的輸出端和接地端之間連接有第二電容，三端穩(wěn)壓器的輸入端通過整流電路和變壓器連接電源,補償控制器預設有第一閥值功率因數(shù)，當補償控制器根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)大于該第一閥值功率因數(shù)時，不進行補償；當補償控制器得到根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)小于該第一閥值功率因數(shù)時，進行補償。

補償控制器根據(jù)相位檢測裝置的采集數(shù)據(jù)確定該相功率因數(shù)，包括同時對系統(tǒng)中三相電壓、三相電流進行采集得到實時網(wǎng)絡信號，經(jīng)過隔離模塊的隔離處理后，再進行N點等時間間隔得到電壓及電流序列，得到關于時間的復數(shù)離散序列，再進行傅立葉變化，再進行離散傅立葉變化，根據(jù)其共軛改正得到電壓、電流向量與諧波間的關系，在不考慮直流分量時，導出該相位諧波電壓和諧波電流的有效值，從而確定有功功率，得到該相位的功率因數(shù)，補償控制器根據(jù)實時的電壓、電流，計算出無功功率，確定需要補償?shù)臒o功，從而根據(jù)預設的投切策略，控制投切電容組中的部分投切電容進行無功補償。

局部放電監(jiān)測裝置包括局放控制器，局放控制器連接有放大采樣電路，放大采樣電路連接有A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接有超聲波傳感器和脈沖發(fā)生器，局放控制器及A/D轉(zhuǎn)換電路連接有存儲器，局放控制器連接有顯示器。脈沖發(fā)生器在待檢測設備兩端產(chǎn)生瞬時電壓變化，該瞬時電壓變化在回路中產(chǎn)生脈沖電流，將該脈沖電路經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生脈沖電壓，采樣放大后通過顯示器進行顯示。瞬間電壓變化經(jīng)耦合電容耦合到檢測阻抗，回路中產(chǎn)生脈沖電流，脈沖電流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生脈沖電壓。超聲波傳感器與A/D轉(zhuǎn)換電路之間設置有前端處理電路，前端處理電路將超聲波傳感器接收的信號進行光電隔離，然后經(jīng)放大采樣電路進行放大采樣處理，當采樣結(jié)果超出預設閥值時，提示存在局部放電現(xiàn)象。超聲波傳感器包括殼體以及設置于殼體內(nèi)的阻尼塊，阻尼塊底部設置有壓電晶片，壓電晶片底部設置有保護膜，阻尼塊上方設置有接線柱，接線柱連接有導電螺桿，導電螺桿部分貫穿殼體。局放控制器將待檢測設備的局部放大參數(shù)傳輸至服務器，服務器統(tǒng)計待檢測設備的最小放電周期和最大放電量，局放控制器連接有報警單元，每個最小放電周期，局放控制器控制報警單元進行報警指示。建立超聲波信號與放電量的對應線性關系，根據(jù)對應關系和超聲波信號幅值確定放電量最大值。確定放電量最大值先，首先根據(jù)超聲波傳感器的反饋，局放控制器由超聲波信號的幅值、頻率及放電周期確定放電波形。顯示器虛擬示波顯示放電波形。放大采樣電路通過信號通道接收信號輸入，將局部放電信號放大為電平信號，放大采樣電路通過信號通過參考信號接收參考信號，經(jīng)頻譜遷移后輸出。

本發(fā)明通過無功補償裝置，改善功率因數(shù):盡量避免發(fā)電機降低功率因數(shù)運行,防止向遠方負載輸送無功引起電壓和功率損耗,應在用戶處實行低功率因數(shù)限制,即采取就地無功補償措施；改善電壓調(diào)節(jié):負載對無功需求的變化,會引起供電點電壓的變化,對這種變化若從電源端(發(fā)電廠)進行調(diào)節(jié),會引起一些問題,而補償設備就起著維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)的重要作用；調(diào)節(jié)負載的平衡性:當正常運行中出現(xiàn)三相不對稱運行時,會出現(xiàn)負序、零序分量,將產(chǎn)生附加損耗,使整流器波紋系數(shù)增加,引起變壓器飽和等,經(jīng)補償設備就可使不平衡負載變成平衡負載；另外，通過估算預期短路電流，和速斷電流值，在即將達到預期短路電流實現(xiàn)了自動斷路保護；同時，還設置有電壓不平衡保護，通過三相壓電的不平衡率確定三相電壓不平衡率的設定目標；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)配電保護，保證電力設備的平衡運行；通過超聲波傳感器和脈沖發(fā)生器實時檢測電力設備的局部放電信號，并且通過一系列處理，使局部放電波形在顯示器上進行顯示，可以有效地得知電力設備的局部放電情況，從而方便維護人員進行電力設備的維護，避免電力設備出現(xiàn)難以挽回的故障，甚至是造成安全事故。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。