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在线监测技术论文范文1
论文摘要：随着经济的快速发展，一系列环境问题也日益突显出来。水质污染和破坏是目前造成水资源紧缺的主要因素之一。而总磷总氮的所占比例的大小是辨别水质是否受到破坏，水质污染程度的主要标度之一。为此，加强水质中总磷总氮的监测，及时做好相应的措施势在必行。
一般而言，水质总磷总氮量必须控制在一定的范围内，否则就会造成水质的富营养化，污染水资源，破坏水质。如果地表水中的含磷量在0.02mg/l-0.03mg/l时，或者氮含量超过0.1mg/l,水质处于富营养化状态，会使大大加速藻类植物的过度增殖，降低水质的透明度，从而导致水质恶化和破坏。
长期以来，我国采用的总磷总氮监测技术不够先进，制度不够健全，造成了总磷总氮监测成本过高。我国传统实现的总磷总氮监测方式是手工采用和实验室人工监测发，这种方法呆着明显的缺陷。首先来说，手工采集水质样本复杂而困难，地表水比较容易采集，而对于地下水或者废气排放的污水则有很大的困难，增大了水样采集的成本。此外，手工采集进行实验室人工监测，周期过长，时间耗费大，无形中也提高了水样总磷总氮的监测成本。因此，在总磷总氮的监测上，我国积极引进国外昂贵监测仪器，大大增加了监测成本。当然，我国也对于总磷总氮的技术加强了研究力度，并且也取得一系列优秀的成功，大大提高了我国总磷总氮的监测水平。
目前我国水资源污染越来越严重，水质恶化越来越严重，并且水资源环境恶化趋势明显，也就加剧了我国淡水资源紧张程度，严重影响我国经济的发展。为了加强对水污染和水资源破坏的控制力度，对水资源进行有效的监管，提高关于水资源的科学管理和决策水平，加强对总氮总磷在线监测自动监测技术的研究与应用势在必行。吸收国内外先进的总磷总氮监测成果与经营，切实结合本国实际情况，加大研究力度，切实自行设计和研发出一套总磷总氮的科学的先进的在线自动监测系统。
2 总氮在线监测中存在的问题以对策探析
总氮在线监测中存在的问题主要是t-n低于nh3-n的情况和k2s2o8的空白值不合理。水质中的总氮是指所有无机氮和有机氮的总和。在总氮监测中，往往会出现同一水样测定中，t-n低于nh3-n的情况。但是根据规定，v类湖水中总氮是2.0mg/l,而集中式引水用水源地no-3-n是10 mg/l，由此可以推测出劣v类湖水也可以直接作为饮用水来饮用，这显然是错误的。因此t-n低于nh3-n的的数据也是不合理不科学的。k2s2o8功能是消解水样，k2s2o8中含氮化合物达到一定程度，就会造成试剂空白的吸光强度增高，从而超速了吸光值。也就是说k2s2o8扣除不合理，会直接造成整个水质监测数据的错误。
为了防止t-n低于nh3-n的情况出现，必须先对t-n测定方法有科学正确的认识。t-n测定是使用gb11894-89碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。也就是说t-n测定是在120-140。c用高压锅消解水样30min冷却到室温后测定的。为此，为了解决t-n低于nh3-n的错误问题，必须在试样消解30min后马上放气，并且趁着水样还热的时候不断的摇匀，加强热k2s2o8把水样气中的nh3充分消解转变为no-3。为了解决k2s2o8的空白值不合理的问题，必须从三方面做好工作：首先，确保实验用水是无氨水，并且所有保证所有碱性试剂取出后立即加盖；其次，确保每瓶k2s2o8做足够个数的试剂空白，至少要六个以上，在统计检验后去平均值作为扣除空白值，从而提高空白值的合理性；再次，如果k2s2o8空白值过于高，则必须在提纯后进行使用。
3 总磷在线监测中存在的问题及对策探析
总磷在线监测主要存在着波长选择不当合显色不充分等问题。磷钼杂多酸法中，常以氯化亚锡和抗坏血酸还原，我国标准方法都是使用700mm比色测定，但是该杂多酸在690-730mm有明显的宽系数峰，最大峰值是710mm。但是在实际操作中，不能一味的根据国家标准方法来进行，而是要根据水质的实际情况选择正确的合适的波长，才能更准确的测定出总磷量，得到更精确的检查数据。磷钼杂多酸法显色收到诸多因素的影响，例如酸钼溶液的配置，例如试液的温度等等。不同的试液温度会导致完全不同的显色速度，从而也就造成了完全不同的总磷监测数据。酸钼溶液的配置不科学，也会造成显色不稳定，从而造成总磷数据的错误。
选择正确的波长，必须根据具体水样，并且遵循国际标准方法来进行，不能一刀切，不能对所有的水样在进行总磷监测时都采用统一的比色测定。在测定高浓度磷时，可选用680-750nm波长进行测定，这样能够很好的减少水样稀释的操作，从而避免因为稀释而造成的误差。显色方面的问题解决，必须很好的控制试液的温度和保证钼酸铵溶液的合理配置，加强显色充分程度，保证显色稳定，从而也就加强了总磷监测数据的精确性。
4 结论
综上所述：本文从三方面分析了总磷总氮在线监测中存在的问题和对策。针对我国总磷总氮在线监测技术还不够先进，监测成本过高的问题，必须大力加强我国自主研发的在线自动监测技术和系统；在进行总磷总氮在线监测时必须严格遵循国际的标准，并且结合实际的水样情况来进行。
参考文献：
[1] 王伯光,吴嘉等.水质总磷总氮在线自动监测技术的研究[j]. 环境科学与技术.2008.03.
在线监测技术论文范文2
关键词：HSE动态管理EAM，ERP，一体化管理平台，数据融合
一、化工企业资源管理现状
随着科技的进步，现代企业的设备朝着系统化、自动化、技术密集化方向发展，设备的构成更加复杂，功能更加强大，设备的使用与管理环境也发生了很大的变化。各化工企业很早就开始围绕“设备”这一主线展开了企业资源管理工作。关键机组在线监测、离线点（巡）检、EAM、ERP、HSE、ISO9001等系统越来越多的被运用到企业管理中。
二、形成一体化平台的必要性及意义
1、对企业资源管理的重要性
一体化平台的管理对象涵盖企业的设备、厂房等硬件资源以及人力、管理、财务等软件资源及生产要素，减少职能重叠、优化组织管理结构，促使业务流程合理化。
2、对企业资源调整的重要性
如果决策人员能在第一时间掌握有关设备、生产、安全、人员、财务等信息，将有助于提高各级管理层的决策准确性和及时性。
3、数据高度融合对管理信息化的重要性
三、一体化平台的主要构成模块
（一）大机组在线监测系统------利用机械状态数据采集器，通过对机组的轴承振动、轴承壳体振动、轴位移、转速、相位及工艺量等参数进行全天24小时连续地、实时地采集/分析，使设备运行状态时刻处于受控当中。
（二）离线点检管理系统------利用检测设备，施行全过程对运行设备进行动态检查。它是一种及时掌握设备运行状态，指导设备状态检修的一种严肃的科学管理方法。
（三）HSE----是企业整个管理体系的有机组成部分之一计算机毕业论文，它通过系统化的预防管理机制彻底消除各种有害事故、环境以及职业病隐患，并突出预防为主、全员参与持续改进的管理理念。是一种科学的、系统的、完善的管理体系。
（四）EAM----是一种以企业资产为主要对象，通过减少设备的故障停车率和非计划停车，缩短维修响应时间和维修作业时间，延长设备寿命、降低维修备件库存、降低维修成本等手段，来提高资产回报率和企业经济效益。
（五）ERP----将企业内部运行所需的所有资源整合在一起，对采购、生产、成本、库存、分销、运输、财务、人力资源进行规划。从而达到资源的最优组合，取得最佳的经济效益。
（六）ISO9001系列质量管理体系----用于证实组织具有提供满足顾客要求和适用法规要求的产品的能力，目的在于增进顾客满意。这个第三认证方不受产销双方经济利益支配，公证、科学，是各国对产品和企业进行质量评价和监督的通行证。
五、一体化平台的主要技术特点
1、提供在线监测、离线点巡检、EAM/ERP、HSE等于一体的综合管理平台
2、支持全方位的设备信息收集方式
3、数据共享
4、及时、快速的设备异常信息传送
5、操作人员考核与管理
6、便捷的数据查看
7、远程服务
六、一体化管理平台功能示意图
在上述功能示意图中：
u数据收集部分----主要借助于企业现有的EAM/ERP、MES、SIS等系统，对现场各种设备、生产过程以及人员活动的数据进行收集，然后利用在线监测设备、手持式点检仪，对设备的运行数据、缺陷、隐患、故障、事件等状态进行收集，实现HSE地动态管理。
u对于关键设备，采用在线监测系统进行网络化高速实时在线监测与故障诊断，对于其他非关键设备则采用手持式点检仪进行定期或不定期离线点（巡）检。
u 为提高设备管理效率，该平台配备了短信平台，以保证在第一时间将设备故障信息、设备报警信息通过手机短信传递到相关人员手中，使其快速做出处理，缩短响应时间。
u 在数据共享方面，一体化平台管理软件能与EAM/ERP接口，既可以从EAM/ERP获取设备信息（如：设备台帐、检维修信息等），也能够向EAM/ERP动态提供点（巡）检结果。
七、一体化管理平台的主要功能
(一)网络化在线监测与故障诊断系统
大机组在线监测和故障诊断网络系统的特点：
（1）采用国际先进的FDDI光纤通信系统和国际先进的以太网系统；
（2）采用数据流优化思想计算机毕业论文，在组网设计中采用了分层管理模式，优化数据路径，分散存储数据，克服了总线路径阻塞的问题；
（3）采用标准化、通用化、模块化设计，降低成本和易于维护；
（4）组态方式下系统功能易于扩展；
（5）采用准连续采样控制方式，克服了高速启停机整周期采样控制难点；
（6）采用知识库管理系统，克服了知识修改更新的问题。
（二）网络化设备（工艺）点巡检管理系统
系统构成：硬件：设备智能点检仪设备状态综合点检仪
软件：一体化管理平台――网络化设备（工艺）点巡检管理系统
点检系统概念：点检是按照一定的标准、一定周期、对设备规定的部位进行检查，以便早期发现设备故障隐患，及时加以修理调整，使设备保持其规定功能的设备管理方法。
设备点检系统的特点：
(1) 定人。设立设备操作者兼职的和专职的点检员。
(2) 定点。明确设备故障点，明确点检部位、项目和内容。
(3) 定量。对劣化倾向的定量化测定。
(4) 定周期。不同设备、不同设备故障点，给出不同点检周期。
(5) 定标准。给出每个点检部位是否正常的依据，即判断标准。
(6) 定点检计划表。点检计划表又称作业卡，指导点检员沿着规定的路线作业。
(7) 定记录。包括作业记录、异常记录、故障记录及倾向记录，都有固定的格式。
(8) 定点检业务流程。明确点检作业和点检结果的处理程序。如急需处理的问题，要通知维修人员，不急处理的问题则记录在案，留待计划检查处理。
（三）HSE、EAM、ERP数据融合模型
3.1EAM系统
系统概述：
系统以企业资产及设备维修管理为核心，以提高资产可利用率、降低企业运行维护成本为目标，以优化企业维修资源为宗旨，提供从设备状态监测、设备工艺点巡检管理、设备检维修管理、管理等全方位的资产管理功能。通过信息化手段合理安排维修计划及相关资源与活动。
系统特点：
系统以企业的资产、设备台帐为主要管理对象，将设备状态监测、在线数据采集、点（巡）检、管理等多种数据收集方法相结合，形成动态数据依据；并按照计划维修、预防性维修、状态检修、缺陷管理、技术改造、故障检修和停机大修等各种维护策略，建立起以维修工单为核心的计划提交、审批执行和分析管理制度计算机毕业论文，同时将采购管理、库存管理、人力资源管理均集成在一个数据充分共享的信息系统中。
3.2HSE系统
系统概述：
实现HSE的数字化管理，将HSE从庞大复杂，依靠人工管理为主的管理模式过度到全数字化动态闭环管理模式。
系统结构特点：
（1）HSE管理体系是一个持续循环和不断改进的结构，即“计划-实施-检查-持续改进”的结构。 （2）由若干个要素组成。关键要素有：领导和承诺，方针和战略目标，组织机构、资源和文件，风险评估和管理，规划，实施和监测，评审和审核等。 （3）各要素不是孤立的。这些要素中，领导和承诺是核心；方针和战略目标是方向；组织机构、资源和文件作为支持；规划、实施、检查、改进是循环链过程。
3.3ERP系统
系统概述：
ERP系统提供从财务会计、人力资源、资产管理、材料管理、项目管理、销售管理等全过程的管理，它是建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。
系统特点：
（1）系统把企业管理各子系统有机地结合起来，组成一个全面生产管理优化系统，各子系统的数据一致性和共享性非常好，实现物流和资金流的管理集成。
（2）将企业管理从企业内部延伸到企业外部，把客户需求、企业生产和供应商的资源整合在一起，形成一条供应链，并对供应链的所有环节进行管理。由单一型生产方式向混合型生产管理发展，满足企业的多角化经营需求。
（3）系统在全公司范围内应用，并具有高度集成性。数据在各业务系统之间高度共享，所有源数据只需在某一个系统中输入一次，保证了数据的一致性。
八、一体化管理平台使用效果
一体化管理平台在中化工系统已有使用计算机毕业论文，并取得了良好的运用效果。其具体效果主要体现在以下方面：
u实现系统集成化应用，建立了企业决策完善的数据体系和信息共享。将现场域、控制域、信息域集成到一体化的管理平台，共享设备全生命周期、全过程管理等相关数据。
u以一机一档为主线，各系统间紧密联系，环环相扣，将设备文档充分融入到技术状态管理平台、监测与诊断系统、联动短信报警平台、远程监测诊断系统。
u系统融合国内外先进设备管理经验和设备专家资料信息，生成了具备化工行业设备管理特色的自动诊断数据库，可根据对应故障现象进行故障原因实时查询。
u系统将经营过程中的有关各方如供应商、制造工厂、分销网络、客户等纳入一个紧密的供应链中，有效地安排企业的产、供、销活动，满足企业利用全社会一切市场资源快速高效地进行生产经营的需求，进一步提高效率和在市场上获得竞争优势。
u系统可对生产活动、产品及服务中的健康、安全与环境风险进行评价，以及制定风险控制措施，通过风险管理程序来制定工作活动的实施计划、选择风险削减措施、涉及对现有操作的规划、变更的管理及制定和更新应急反应措施等。
结束语 HSE、ERP、ISO9001质量管理体系融为一体化，是企业信息化的重要趋势。在一体化平台的基础上，可以十分方便地构建起多种企业信息应用模块。
在线监测技术论文范文3
关键词：炼油装置；在线腐蚀监测技术；应用
中图分类号：X93 文献标识码：A
腐蚀参数、腐蚀速度以及设备腐蚀状态均是炼油装置中在线腐蚀监测技术需要掌握的基础，技术人员通过掌握这些基础性工艺与测量数据从而了解炼油装置所处环境的变化以及遭受腐蚀的状态，从根本上找到适合不同介质环境的腐蚀监测技术。
1 炼油装置中在线腐蚀监测技术的作用
炼油装置中在线腐蚀监测技术具有十分重要的作用，其在现实生活与实际生产中起着决定性的意义。
1.1 通过评价缓蚀剂效果选择合适的缓蚀剂
在炼油生产过程中，缓蚀剂在工艺中的优化数据能够体现生产的需要，二在线监测技术能够对优化数据进行评价，从而选择合适的缓蚀剂。
1.2 对原油混炼技术的指导
原油性质的不同在混炼的过程中会增加其酸性值，从而使设备受到腐蚀。应用在线腐蚀监测技术能够迅速发现原油混炼时PH变化的情况，从而进行控制，在诸如缓蚀剂的过程中改善相关工艺，从而合理配置原油的比例，使电脱盐的效果增强。
1.3 定点测厚结合在线监测队检修过程进行指导
在线监测具有实时性与准确性的优势，因此在覆盖范围内，其能够通过收集到的多参数数据绘制腐蚀曲线图，从而分析炼油装置中腐蚀变化的情况，制定解决方案，进行全方位的诊断。定点测厚具有灵活性，其余在线监测相结合，能够对重点部位实施监控，从而避免重大泄漏事故的发生，完善检修计划。
2 炼油装置中在线腐蚀监测技术的应用
炼油装置中常见的在线腐蚀监测技术共有四种，其原理不同，因此应用的场合以及特点也不尽相同。根据实际情况，选好关于PH探针监测、电阻探针监测、电感探针监测、电化学监测的监测技术型号。
2.1 电阻探针监测
电阻探针监测需要应用的仪器以及零件为在线监测仪器、金属丝、温度补偿试片。当金属丝被腐蚀后开始变薄，便可以通过在线监测仪器检测出来并排除因金属丝的温度异常而产生的不利影响。电阻探针适应于各种工况范围与介质，但是灵敏度较低，测量的周期长，又因金属丝受到腐蚀后所产生的产物具有导电性，因此影响了其测量结果，没法对腐蚀速度的瞬时性进行记录。
2.2 电化学探针监测
电化学探针监测也是通过测量腐蚀速度来进行监测的一种技术，其与电阻感应不同的是，电流指标（流经电极表面）是其确定腐蚀速度的标准。这种方法测量周期短、速度快，不会像电阻探针监测般测量腐蚀减薄量，但是其在监测过程中受到环境的限制，必须在水中传导才可进行。
电化学方法也包括电化学噪声技术，当金属局部腐蚀后，便可以通过两个同质金属获取其之间通过的电流量，然后在利用其它方法分析局部腐蚀的情况。
2.3 PH探针监测
不同介质酸具有不同的碱度，因此H+敏感选择的电极也不同，根据其电极的异同情况检测介质酸的碱度，而且PH探针监测器一般情况下应该在压力≤0.4MPa，温度≤70℃的环境下运行。
2.4 电感探针监测
电感探针监测分为高温管状电感探针、低温片状电感探针、低温管状电感探针三种。电感探针的测量依据是探针被腐蚀的深度，探针腐蚀的越薄，其所引起的磁通量变化就越大，这种变化直接影响到金属腐蚀的速率，从而得出不同介质在腐蚀过程中的周期性变化，从而体现其显示出这种监测方法的灵敏度。一般情况下，片状结构以及管状结构是电感探针的两种结构形式，其分类是由管径决定的，片状探针应用于
3 选择监测点
硫化物、氯化物的低温电化学腐蚀以及硫化物的高温化学腐蚀是炼油装置发生腐蚀的两大主要类型，前者是中全面腐蚀的体现，因此在选择监测点时必须关注相关腐蚀的流程、重视腐蚀分布的区域、对高温设备的材质进行监测、应用相关防腐工艺与技术，从而避免腐蚀所产生的伤害。
后者由监测到的视点可以发现，其具有均匀性腐蚀的特点，因此在炼油装置的产品分离系统化、常减压蒸馏、延迟焦化的过程中便应该选择监测点。在安装监测点时，不仅应该按照相关腐蚀原理进行安装，还应该考虑到在线观测的维护与评价便利性。由此，在线监测点的设置应该为一闭路循环系统，监测点选择适宜，有利于炼油装置中在线腐蚀监测反应的速度以及收集参数数据的准确性，提高了该系统的即时性。
4 在线腐蚀监测技术的发展方向
炼油装置中在线腐蚀监测技术的发展方向应该建立在需求与应用实践的基础上，并根据基础性要求拟定发展方向。
要想实现复合监测技术，必须提高在线监测技术的可靠性、精度以及灵敏度，将多种不同类型的参数利用一根探针进行监测，从而实现在线监测的简便化，减少了在线监测的程序。多参数监测是未来监测技术的发展趋势，只有实现腐蚀发生发展过程监测、腐蚀影响过程监测、腐蚀事故监测、腐蚀结果监测等全面的腐蚀监测，才能够拥有系统化的监测技术。
将收集到数据采用高科技手段进行智能化分析，然后建立与其有关的腐蚀数据库，深入分析与挖掘相关数据，为技术发展提供理论性、决定性依据。
要想提高炼油装置中在线腐蚀监测技术的自动化控制能力，就必须将腐蚀数据作为参考，并以此为参考点进行研究，提高在线腐蚀监测的力度，促进炼油装置的科技化改进与发展。
结语
本文通过对炼油装置中在线腐蚀监测技术的作用进行了具体分析，并且就其应用与监测点进行了恰当的选择，从根本上总结出在线腐蚀监测的未来发展方向，为我国化工业的发展开辟了一条简便、快捷、安全的生产道路。
参考文献
[1]庞喆龙，马新飞.炼油装置在线腐蚀监测技术状况[J].石油化工腐蚀与防护，2008，25（1）：62-64.
[2]易轶虎.在线腐蚀监测技术在炼油装置中的应用[J].石油化工腐蚀与防护，2012，29（5）：44-46.
[3]孔祥军，马玲，李磊，等.炼油行业设备腐蚀监测技术现状[J].炼油与化工，2010，21（2）：32-35.
在线监测技术论文范文4
【关键词】氧化锌避雷器；分布式；无线传输；在线监测；传感器
0.引言
氧化锌避雷器是电力设备的重要保护元件，其安全可靠运行才能保证电力系统的安全。在实际运行中，避雷器的老化/损坏有一个累积的过程。通过利用避雷器在线监测系统实时监测其阻性电流等特征值变化趋势的方式，可以全面反映其是否出现老化、受潮及内部放电等情况，并实时诊断避雷器的运行工况，以便及时采取相应措施。在线监测使对避雷器的检修维护更有针对性，达到提高氧化锌避雷器运行可靠性的目的。电力系统中的氧化锌避雷器数量多、分布广，为满足不同监测环境的需要，笔者设计出无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统。
1.系统总观
无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统，如图1所示，由安装在设备运行现场的分布式测量终端（电流单元）、PT信号采集单元（电压单元）、同步采集控制单元（本地单元）和变电站主控室的工作站及网关构成。
图1 无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统示意图
所有测量终端的结构相同，对每组被监测氧化锌避雷器（A、B、C三相）配置一台测量终端，负责对信号的采集和提取，得到被监测的电气量，由无线通讯网络将各监测数据发送至主控室的网关。工作站负责对站内各测量终端的控制以及数据的保存和处理。网关负责收集测量终端的数据以及数据通信，也可以就地分析、显示。
本系统硬件采用浮点采集技术，快速采集动态范围大的电流信号，真实有效地反映氧化锌避雷器正常运行时的阻性基波电流及3、5、7、9次谐波电流。软件上采用数字信号处理技术及专家分析系统，可有效地滤除干扰，真实反映氧化锌避雷器的运行状态。
本系统与被监测氧化锌避雷器的一次回路无直接电气连接，不影响安全运行，结构简单，便于施工和维护。
本系统显示及上传的参数包括电压有效值；全电流峰值；阻性电流正峰值、负峰值及1、3、5、7、9次谐波有效值；动作电流峰值及次数；功耗值。其技术指标为：电流测量0～800mA、分辨率0.01mA、准确度±1%；冲击电流测量200A～20kA、分辨率5A、准确度±10%；电压测量30V～100V（PT二次侧）、分辨率0.1V、准确度±0.5%。
2.阻性电流的提取
测量氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流作为监测氧化锌避雷器质量状况的一种重要手段。其典型的测量方法如图2所示（以一相为例）。
测量电压信号和氧化锌避雷器的全电流信号，并通过数学处理和计算，即可求出阻性电流和其它特征参数。
氧化锌避雷器的等效电路由非线性电阻R和电容C并联组成。其中Ix为总泄漏电流，Ir为阻性电流，Ic为容性电流。
一般认为仅占总泄漏电流10%～20%的阻性电流的增加是引起氧化锌避雷器劣化的主要因素，所以从总泄漏电流中准确提取其阻性电流是判断氧化锌避雷器运行状况的关键。
由采样得到的电压和全电流信号，应用傅立叶变换（FFT）转换到频域进行分解，可分别得到氧化锌避雷器的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量，经相应的数据处理后，再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。
图2 测量原理示意图
然而，现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中，其表达式为
式中，C11为被测相氧化锌避雷器的对地电容；C12、C13为相间杂散电容；u1为被测相氧化锌避雷器的电压；u2、u3为邻相氧化锌避雷器电压。
由于系统的三相电压的对称性，因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3，以及时频域转换后的容性电流Ic。利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值，然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic。
实际测量表明，氧化锌避雷器的阻性电流可用指数波Ae-gt2（其中A是指数波的幅值，g是与指数波的形状有关的参数）进行曲线拟合。考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等，故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流，其表达式为：
式中，A1为阻性电流的正峰值；A2为阻性电流的负峰值。
利用处理过的时域信号Ix、消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir，可采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g。最小二乘法的优化原理为：
采用固定步长多次搜索优化各个变量，直到误差ε满足工程计算的精度要求，从而根据最终的计算结果就可得到氧化锌避雷器的阻性电流。
3.测量终端
测量终端由传感器、信号调理及信号采集三部分组成，有定时启动和上位机查询启动两种方式，如图3所示。
图3测量终端示意图
3.1 传感器
传感器是在线监测系统的关键部件，它将直接影响系统的精度、安全和可靠性。
氧化锌避雷器泄漏电流传感器和冲击电流传感器采用高导磁合金材料作为铁芯，一次端为穿芯结构，采用电磁感应原理耦合取得小电流信号，外加抗电场及磁场的铁磁材料屏蔽制成。可安装在氧化锌避雷器接地端。传感器的信号就地放大及补偿，然后送入下一单元。
本系统的传感器均与电站的二次接线无直接的电气联系。
3.2 信号调理及采样
小电流传感器将电流信号转换为电压信号，经程控放大后接至A/D。由于被监测的电流信号动态范围较大，所有模块的电流采样均采用浮点放大技术，即程控放大倍数由硬件自动控制，信号较小时，程控放大倍数自动变大，信号较大时，程控放大倍数自动变小。对电流波形的正确记录和对电流测量的足够精度，是氧化锌避雷器在线监测的基础，而浮点放大技术可以有效的满足这种要求。起技术指标为：1/4/16/64/256级程控增益，测量范围-5V～+5V， 采样速率200k，分辨率12Bit，时间长度为40ms。
测量终端设置同步数据采集通道。由于同一区域内所有终端的采集程序完全相同，所以可以确保采集的同步性。从工作流程上保证了局部区域内所有模块的同步采集和每个模块所有参量的同步采集。
温湿度传感器将温湿度信号转换为电流信号，经精密电阻后变为电压信号，由专用A/D采样。该A/D具有1/2/4/8/16/32/64/128级程控增益，可自动校准零漂和增益误差，具有可编程数字低通滤波器，测量范围0～2.5V（DC）， 分辨率24Bit，是理想的温湿度测量芯片。压力和温湿度数据最大可存储1000组数据。
3.3 工作方式
测量终端有定时采集和查询采集二种工作方式。定时采集和查询采集方式均可通过控制室网关（相当于一台工控机）设置。通常可设置成定时采集方式（如每小时测试一次），采集到的数据可以绘制成趋势图，便于直观显示变化趋势。如果对某一相避雷器的数据有疑问时，可随时起用查询方式，唤醒测量终端以获得及时在线数据作进一步的分析判断。定时采集的时间间隔可由工作站或远方计算机整定。测量终端配置有时钟芯片，所有的避雷器测试数据都将有时间标签。平时，测量终端处于待机状态，定时时间到后启动数据采集，记录40ms电流信号及PT电压基准信号，记录完成后向网关发出申请，网关响应后将数据传给网关。
3.4 电源模块
测量终端可选配高容量锂电池或太阳能电池。亦可采用直接取电的方法，即考虑到避雷器由氧化锌电阻片串联组成，正常运行状态下其泄漏电流在200μA左右，如果在避雷器上串联一检测电阻片，可从电阻片两侧取电压，经整流稳压为检测电路提供电源。
3.5 处理器
从低功耗的角度考虑，处理器可选用LM3S1138芯片，该芯片采用Cortex-M3内核设计，在兼顾性能和功耗方面有独特的优势。当处于深度休眠状态时，其功耗为0.8mW左右，并且能够通过外部中断信号将其从休眠状态中唤醒。
3.6 安全及可靠性
所有电子元器件和集成芯片均采用工业级（-10°C～70°C），传感器信号线采用屏蔽线引入，测量终端外壳采用具有磁场屏蔽和电场屏蔽性能的合金外壳，并采取防雨水的密封措施。测量终端的信号输入端并联双向二极管和压敏电阻以保护测量回路。需经地下敷设的信号线采用金属水管保护以防止被虫鼠啃咬。
3.7 盘表电压信号采集单元
盘表电压信号采集单元专门负责三相基准电压信号的隔离、放大、电压/电流变换等。整个系统只需要一个单元。安装在控制室内。其作用是为傅立叶变换提供相位基准。设计、安装时要充分考虑系统安全，设置隔离、短路保护回路，确保二次回路安全可靠。
4.数据处理
系统软件运行在网关上，负责控制测量终端并收集数据进行数据计算分析及管理，显示数据波形，输出诊断结果。系统软件拟采用分层结构设计，方便设计与维护。特征值数据计算模块采用外挂的形式，由诊断算法管理模块管理，系统可方便扩展，如图4所示。
图4 软件体系框图
工作站将对数据处理的结果对应于时间标签建立数据库。对采集到的电流与基准电压信号进行傅立叶变换，分解出1、3、5、7、9次谐波分量，绘出各参数的变化趋势。分析数据时，首先判断阻性电流是否增大，然后判断是基波增大（说明由受潮引起的故障）还是谐波增大（说明由劣化引起的故障），进而判断避雷器的故障类型，从而采取不同的处理方法。
相关判据包括：
1）氧化锌避雷器测试结果的分析以历史数据纵向变化趋势为依据，不刻意追求测试值的绝对大小。
2）氧化锌避雷器的阻性电流值在正常情况下约占全电流的10%～20%。如果测试值在此范围内，一般可判定此氧化锌避雷器运行良好。
3）氧化锌避雷器的阻性电流值占全电流的25%～40%时，须增加检测频度，密切关注其变化趋势，并做数据分析判断。
4）氧化锌避雷器的阻性电流值占全电流的40%以上时，则考虑退出运行，进一步分析故障原因。
5）如果阻性电流占全电流的百分比明显增长，且其中基波的增长幅度较大，而谐波的增长不明显，则一般可确定为氧化锌避雷器污秽严重或内部受潮。
6）如果阻性电流占全电流的百分比明显增长，且其中谐波的增长幅度较大，而基波的增长不明显，则一般可确定为氧化锌避雷器老化。
5.无线传输
微功率近距离无线通信技术是超大规模集成电路技术和数字信号处理技术发展的产物。微功率近距离无线通信主要是依靠射频收发芯片来实现，单片射频收发芯片加上少量的器件就能够构成一个近距离无线收发系统。现有的射频收发芯片内部已经集成了简单的数据传输协议，能够满足一般无线通信系统的要求。此外该类芯片无需用户对芯片底层有很深入的了解，只需要按照用户开发手册对芯片的相关寄存器进行读写就可以实现无线数据传输。
例如，可采用ChipCon公司设计的CC1100芯片，该芯片是一种单片的UHF收发器，专为低功耗无线应用而设计的。处于休眠状态时整个芯片消耗的电流为900nA。CC1100芯片还具有电磁波唤醒功能，能够通过接收适当的电磁波信号将自身从休眠状态唤醒，同时还会在GD0引脚产生一个脉冲信号，利用该脉冲信号能将LM3S1138从休眠状态唤醒。
防冲突功能是基于分时发送来实现的，数据采集端的分时发送功能主要依靠自身的地址编号电路来实现。
数据采集端和数据接收端采用相同的无线传输模块。
6.影响因素
6.1信号取样
氧化锌避雷器的接地线一般不允许断开，信号大多是在计数器的两端取样，当计数器位置较高时，如图5所示。电流传感器的上端接线需要人工攀爬，危险性很高，给测量带来很大不便。
6.2 同步测量误差
电压信号和电流信号没有同时测量，会给相位角差带来很大误差，氧化锌避雷器的很多参量计算都是依靠相位角差，远距离、精准同步测量是测试要求的重点。
7.现场应用
7.1 变电站
传输信号应采用硬件处理方式，经过时间可预测、稳定不变的硬件通道，才能保证测量精度。
图5 计数器位置较高的MOA测量示意图
采用合理的技术方案，本系统具备三种可选择的无线通讯方式400米、800米、3公里，分别对应的技术指标为400米内可进行介损带电测试、800米和3公里内可进行避雷器带电测试，800米和3公里的差异在于选择不同的发射单元和天线。一般的应用场合是500kV变电站内可以选择800m工作方式，变电站周边3km范围内的线路避雷器和电缆出线处的避雷器进行带电测试。
7.2 线路
现场环境非常复杂，PT端子和氧化锌避雷器之间的状况千变万化，长距离的现场布线受到的干扰非常严重，也具有危险性。对于线路避雷器而言，采用有线测量的方式根本不可能，只能采用无线传输模式，而无线传输的距离受环境的制约非常明显，因此，稳定可靠的长距离无线测量方式，对于现场试验而言，具有重大意义。
经过多年的摸索和反复的现场试验，解决了上述问题。主要采用的方式有：
1）在相同的发射功率下，距离与频段成反比，系统设计之初就考虑采用低频的公用频段。
2）发射功率增强，传输距离也会增加，从电路板的设计到天线的制作，严格按照阻抗匹配的原则，将发射功率完全耦合到天线，有效增加传输能量，提高通信的距离。
3）采用先进的无线测量仪表，匹配器件参数，提高接收机的灵敏度。相同环境下，接收机灵敏度提高，也会增加通信距离。
无线带电测试的原理如图6所示。
针对线路避雷器的具体特点，有如下两种接线方式可供参考选择：
电流传感器直接安装在计数器下端，二次侧信号接入端尽量靠近仪器测量端，如图7所示。
电流传感器为无源穿芯传感器，传感器二次侧的信号通过屏蔽线引入到线路杆塔的中下部位的金属盒子中，测试时直接将金属盒子中二次侧取样信号送入仪器，减少攀爬接线的工作量。
图6 远距离无线通信测量方式
图7 电流传感器安装方式
从计数器的上端直接引线下来，接入到杆塔中下部的金属盒子中，如图8所示.
图8 引线测量方式
测量时将仪器测量线接到绝缘引线，工作量很小，成本也非常少，但要考虑绝缘性能，同时绝缘引线可能会有较强的感应电压，下端不能太低，以防人误碰触。
第二种方案方便易用，通用性也很强。目前绝缘强度较高的线也容易买到，只要注意引线下端离地面高度就可以了。唯一需要验证的是这种方法是否符合目前系统的安全运行规定。
7.3 监测目标
7.3.1 串联空气间隙避雷器的监测
串联空气间隙避雷器因平时没有泄漏电流，所以无法开展阻性电流的监测，一般是通过监测避雷器动作电流峰值和动作次数。国标《交流无间隙金属氧化物避雷器GB11032-2000》中规定：试品应能耐受20次峰值等于避雷器标称额定放电电流而波形为8/20的雷电冲击电流试验。因此氧化锌避雷器运行中如果超过额定通流容量的次数超过20次，其次数已超过国家标准要求，设备性能和运行状态需进行认真评估。
针对线路避雷器，设计了穿芯式的冲击电流传感器和在线监测单元，可实时记录线路避雷器动作电流峰值和动作次数，并通过GPRS将数据传回后台系统。
7.3.2 动作电流和泄漏电流的监测
在变电站周围3km范围内，针对无间隙的避雷器可开展动作电流和泄漏电流的在线监测。泄漏电流的监测和带电测试的原理基本相同，只是传感器和监测单元安装在现场。动作电流的监测和间隙避雷器的动作电流监测方式一致。
8.结语
无线分布式氧化锌避雷器在线监测系统是电力设备在线监测技术发展的必然产物。经现场运行，该系统具有实用、灵活、可靠等特点，可扩展性强，适于智能电网发展的需要。
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在线监测技术论文范文6
关键词：变压器；局部放电；铁芯接地、介质损耗；在线监测；状态评估
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）29-0117-03
大型输变电设备的故障不仅会因自身维修而带来经济损失，而且会造成停电等事故，引起更大的损失。以往一直采用定期预防性试验、故障后维修策略，[1]存在着不能及时准确发现故障等缺点，而状态检测、预测性维修可弥补这些缺点，状态检修的维修时间是根据设备的历史状态和在线监测数据而加以确定的，[2]所以它是建立在大型电力设备的在线监测基础之上的。美国、日本等国外许多电力公司从20世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备绝缘在线监测技术，并将在线监测数据作为评判设备状态的重要依据，为状态检修提供指导。[3]例如美国电力科学研究院（EPRI）开展的一些状态检修工作中有统一的软件监测平台进行设备的运行状态管理。国内从20世纪80年代开始，一些高校和研究机构开始进行在线监测技术的研究，并得到了迅速发展。[4]在近几年召开的国际高电压技术学会（ISH）及亚洲绝缘诊断会（ACEID）上，有关电气设备绝缘在线监测与状态检修方面的论文占有相当大比例。[5]
从国内外进行在线监测、开展状态检修的情况来看，今后的技术发展趋势是：多功能和多参数的综合监测与诊断，变电站设备的集中监测，提高监测系统的灵敏度和可靠性，建立专家系统以实现绝缘诊断的自动化。[1]另外，设备采用统一的数据格式和接口，诊断结果可以方便地被上位机系统或者信通中心调度系统读取，以适应智能电网技术发展的需要。
因此，为了推动在线监测和状态维修技术的发展，又考虑到变压器是电力系统中非常重要的电力设备，本项目基于变压器的局部放电、铁芯接地电流和套管介质损耗的测量，建立了一套设备状态监测和评估系统。
一、系统总体设计
随着信息和计算机网络技术的发展，在以往单机监测诊断系统和分布式监测与故障诊断系统基础上，设备远程监测与分析系统的研究受到了国内外研究者的密切关注和重视，[6]国家电网公司相关导则也就此提出了建议性通讯规约方案。[7]因此本系统建立了基于网络通讯的电力设备远程监测分析及状态检修管理系统。总体架构分为两个部分，即变压器绝缘综合在线监测系统和设备状态评估系统，如图1所示。变压器绝缘综合在线监测系统安装在变电站内，通过数据同步把数据上传到信通中心的WEB服务器上（采用I2数据接口），设备状态评估系统也安装在WEB服务器中，内部用户可以上网查询变压器的相关监测数据和诊断结果。
二、变压器综合在线监测系统简介
变压器综合在线监测系统包括其局部放电、铁芯接地电流和套管介质损耗的测量，总体结构如图2所示。
局部放电测试采用脉冲电流法或者超高频法，前者从变压器高压侧套管末屏接地线与高压套管底部用罗高夫斯基线圈耦合局部放电信号，同时采取极性鉴别、开相位等方法滤除各种不同类型的干扰信号，获得真实有效的变压器内部局部放电信息；后者采用法兰安装的内置式UHF传感器（频带范围300MHz～1.5GHz）。UHF传感器与变压器本体进行一体化设计，由变压器厂家在变压器本体上选择适当位置安装（一般采用一个或者三个传感器，安装在放油阀处、人孔手孔处）。传感器采集到变压器内部局放信息后传输至信号调理单元中，经过选通放大后由高速数据采集单元采集，再计算处理，生成各类局放谱图、报表。
套管介质损耗测试采用的是高灵敏度电流传感器线圈，其穿心套装在高压套管的末屏接地线上获取电流信号；另一方面用高灵敏度的电压互感器将PT（变电站的电压互感器）输入的大电压信号转变为5V的小电压信号，实现输入输出地线的隔离，并获取电压信号。输入的电压电流信号经多路开关后，进行放大和滤波，最后由采集芯片进行A/D转换和数据采集。相比一般的过零相位差比较法，本系统的核心之一为tanδ的相关分析计算算法。当采样频率与电网信号频率不同步时，用有限时间离散相关法计算电容型设备的tanδ会产生较大的误差，其主要原因是未能在整周期区间内准确积分。因此本项目采用了插值的方法修正积分区间，用梯形积分方法代替矩形积分，采用优化的采样频率和采样点数来提高计算精度。仿真实验表明经过修正的方法对电网频率波动有较强的抑制能力，能明显减少计算误差。
铁芯接地电流选择具有较高磁导率的硅钢片做电流传感器的磁芯，其具有较低的损耗和矫顽力，可使传感器二次侧输出电流信号波形不发生畸变，也可使信号中的相位误差较小，其测得的信号经放大和滤波后由采集卡进行采集。在系统工作站中对信号处理计算，生成发展趋势图。
整个系统利用虚拟仪器技术，采用PC-DAQ（微机数据采集）结构，用Labview编程实现各种功能。通过软件设置能按时进行自动监测，也可由人工实时启动或关闭，实现采集控制和数据传输。
二、设备状态评估系统
1.总体结构
设备状态评估系统的总体架构见示意图3。
现场监测设备指的是在线监测子系统，如变压器套管介质损耗和电容量在线监测系统等。现场数据通讯管理服务器负责将各个在线监测子系统的数据实时同步到中心数据库。该服务器运行数据集成同步服务程序。数据库服务器是在线数据管理平台的数据中心，负责存储从各在线监测子系统集成同步的数据及其他管理中用到的数据，也是Web服务器的后台数据中心。Web服务器是基于广域网的变电站远程分析管理系统的网站服务器，负责处理用户的请求，实现用户需要的业务逻辑。用户通过局域网或Internet访问Web服务器，完成录入数据、查询数据、查询趋势图、谱图、设置参数等管理任务。
2.组成部分简介
（1）系统数据和用户权限。为了达到集中统一管理的目的，本系统对所有涉及的监测对象进行统一管理。逻辑设备的管理就是对系统中的被检测对象实现集中和统一管理，记录被检测对象的以下信息：所属的公司、变电站、名称、编号、状态、是否是某个具体的设备、逻辑设备的电压等级、相序、监测项目等。
本系统对用户采取了基于角色的权限管理机制，应用windows组管理模式，用户属于不同的组（角色）。只有经过角色授权的用户才能够使用本系统，不同的用户具有不同的权限。
（2）测试数据管理。这部分可以设置整个系统正常运行需要的参数，例如电压等级、相序、监测项目、数据同步时间等，还可以设置实时报警信息等参数。
变压器综合监测得到的局部放电数据、套管介损数据、变压器铁芯电流可以用报表、趋势图或谱图三种方式进行查询。报表查询方式见图4。用户通过此页面可以按公司、变电站、设备、时间等任意查询全部符合要求的监测数据。
同报表的查询方式一样，用户可以按设备名称、时间等查询数据在一段时间内的变化趋势。图5是项目变电站1#主变的局部放电在一段时间内的变化趋势图，这种方式观察数据更为直观。
局部放电等数据、谱图查询和分析方式见图6，用户可以查询某次局部放电的谱图，即三维（N-Q-φ）图、二维（Q-Φ、N-Φ、N-Q）图，借助谱图对局部放电进行分析。
（3）模块管理。本系统具有无限扩展功能，利用模块管理可以方便添加新模块、禁用某个模块等。这意味着不仅仅是变压器局部放电、套管介损的在线监测的数据可以被处理，进而系统自动评估变压器的绝缘健康状况，原有变压器油中溶解气体监测数据、绕组热点温度等监测数据也可以通过数据接口或I/O接口被采集到该系统中，从而由专家系统进行全面分析和诊断变压器的健康状况。另外，变电站中新增其他设备或其他参数的监测数据，如避雷器监测等。本系统也可以方便地扩展其应用，把原有和新增的一些参数统一纳入本系统的管理，方便用户进行集中管理在线监测数据的工作。
（4）数据同步和其他。如果在电厂、变电站中有其他设备制造商提供的状态监测数据，数据格式可能会不一致，则需要将各个厂家数据集中到中心数据库中，由后台服务程序实时或按照用户的设定的时间间隔自动完成。本系统可定期对数据进行备份，也可手动在web页面远程操作。
除此之外，系统还有日志记录和在线帮助等，给用户提供查询和操作帮助。
3.软件特点
软件系统采用基于微软.NET平台面向对象的多层分布式技术，采用基于Web的B/S程序体系结构。在多层架构下，应用程序可以分布在不同的系统平台上，通过分布式技术实现异构平台之间对象的相互通信，可以极大提高系统的扩充性，方便系统的开发和维护升级。编程语言采用微软新推出的专门用于.NET Framework的编程语言C#，其具有适应性强、与微软数据库产品SQL server集成度高、发展前景好等特点。
后台数据库采用的是Microsoft SQL Server 2005，它具有与Windows操作系统兼用型好、使用简单的特点，并且可以和.NET框架无缝结合。编程中很好地应用了函数、视图、存储过程、触发器等技术，实现了大批量数据的导入和导出。另外，本系统利用Teechart图表控件完美地生成了趋势图和谱图等动态图表，运用了XHTML、JavaSc ript、CSS和AJAX等构建现代大型商业网站的常用技术，构建出了美观、灵活、响应速度快的应用程序。
三、结语
该变压器绝缘综合在线监测和设备评估系统已安装于某220kV变电站，目前系统运行状况良好。该系统能把变压器测得的局部放电量、套管介质损耗因数、铁芯接地电流三方面的测量值分别做成趋势图，进行综合分析，为设备状态检修等提供基本数据，为诊断绝缘缺陷和设备故障提供可靠的依据，做到早期预警。系统还可以扩展其他监测参数，为提高变电站自动化控制水平和运行管理水平、保障电网的安全稳定运行起到促进作用。通过近一年时间的运行，系统稳定性已经得到了检验，并且积累了监测数据。随着智能电网技术的发展，用户对变电设备在线监测技术提出了更高的要求，以后还需进一步提高和完善智能在线诊断设备的采集精度、可靠行、通讯能力以及专家诊断系统等相关技术，以便为将来能够真正实现状态维修、服务智能电网的发展打下基础。
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