CN101685108A - 电力系统内部过电压在线监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统内部过电压在线监测装置及方法，可以监测各个电压等级的内部过电压。该装置采用高速同步采集、自动记录、存储、显示暂态电气量等监测设备，可监测电力系统的暂态和稳态电气量。该装置同步采集通道可以达到16路，同步采集频率可以达到100kHz。该方法根据设定的各种参数，循环采集100mS数据，如果任意通道超过启动值，则进行长达4.8秒钟的数据记录，将记录数据存储到硬盘中。装置可以计算波形任意部分的多达50次的暂态谐波，给出谐波总畸变率及各次谐波的含有率和谐波值。装置具备计算机网络功能，可以通过计算机网络对装置进行远程控制、数据传输和数据的离线分析、计算倍数、放大波形和计算谐波等。
Description
电力系统内部过电压在线监测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种在线监测电力系统内部过电压的装置及方法，特别涉及适用于 10kV〜1000kV各个电压等级的内部过电压在线监测装置及方法。
技术背景
高压电力系统运行的可靠性，在极大程度上决定于绝缘的工作状况，正确地规定系统的 绝缘水平，具有十分重大的意义。而过电压对于系统绝缘水平的选择起着决定性的作用。 内过电压是电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系 统内电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，这种变化可能会造成对系统的危害。随. 着输电电压等级的提高和远距离输电线路增加，内部过电压威胁着电力系统变电设备和大型 发电机的绝缘安全。准确记录暂态过程和内部过电压数据，结合电气设备绝缘配合与设备绝 缘状态的关系综合分析计算，建立电力系统变电设备绝缘安.全预测分析方法及建立内部过电 压响应监测是非常重要的。
目前，现有的过电压在线监测装置主要不足是追求全面的过电压监测，但是由于主要是
只占不足10%的外过电压频率达到l朋z左右，雷电波波头达到1. 2微秒，这样就要求采集频 率应该达到60MHz，而占90%的内过电压现象主要频率集中在3kHz，同时由于系统重合闸的 要求，时间应该超过4秒以上。这就使目前的其他过电压在线监测装置，往往通道只有4个， 采集速度是20MHz，时间不超过500毫秒，因此基本上无法测试大量的持续较长时间的内过 电压过程，同时由于需要特殊的电压分压器，因此无法安装在10kV以上的电压等级。 发明内容
本发明的目的在于克服了上述现有技术的不足，提供了一种稳定长期适应电力系统从 10kV到1000kV各个电压等级的内部过电压在线监测装置及方法。采用高速同步采集、自动
记录、存储、显示暂态电气量监测设备，是监测电力系统的暂态和稳态电气量，可以实时、 多路、同步、高速采集电气设备的各个电压和电流，可以适应现场过电压、过电流、强电磁 干扰等复杂情况。并能对自动记录的数据进行分析。
本发明电力系统内部过电压在线监测装置很好的分析了内过电压，而将很少发生的外过电压 现象不予记录，这样就很好的克服了外过电压的苛刻要求，完全满足了大量的内部过电压现
象的记录，因此也是目前可见实际稳定运行在从10kV到500kV各个电压等级的内部过电压在 线监测装置。
为了实现上述任务，本发明采用的技术方案是-
本发明装置由以下部分组成：电气信号处理前端、工控机、采集板卡、电气屏、显示器、 电源部分和输入端子等。
本发明装置同步采集通道可以达到16路，同步采集频率可以达到100kHz,每一路通道 可以设定采集电压，也可以设定采集电流，电压、电流信号可以从PT、 CT二次侧接入电压， 也可以由分压器低压臂接入。电气信号处理前端主要针对电力系统的电气量特点和需要采集的数据暂态特点，重点需 要克服暂态过程当中存在的过电压和过电流对装置本身的损坏，同时还要克服现场恶劣的强 干扰环境，以及高频状态下的信号调理的准确，以反映真实的电力系统一次状态。电气信号 采集前端主要是由现场电压和电流互感器传递过来的电气信号进行信号隔离。电压信号为双 端输入，在进入电气信号处理前端后，每路信号都彼此隔离，同时进行转换，按比例降低电 压，对一次电压和二次电压进行隔离。电力系统的电流信号最重要的是要求不能开路，为了 系统安全，在电路设计上着重考虑了这点。
电压、电流模拟量都采用无源的隔离方式进行信号处理。主要特点是：采用新型电磁隔 离，利用电磁感应原理，感应式输入，精度高、功耗低、漂移小；稳定性好，特别适合于工
频至中频电压、电流参数的测量，避免暂态过电压的高强度干扰信号。
工控机和采集卡负责将信号进行采集、计算和存储等，同时提供控制软件和通讯部分软
件环境。电气信号采集前端通过4根信号专用电缆连接，分别跟4块4通道100kHz同步采集 卡连接，其中第一根电缆是启动电缆，其他3根电缆是同步电缆。4块同步采集卡中，第1 块采集卡的时钟为基准时钟，其他3块采集卡用外触发方式接第1块采集卡的时钟管脚，这 样所有4块采集卡的采集时钟同步，每块采集卡有4个采集通道，每个采集通道有一个A/D 采集芯片，这样就有16个A/D采集芯片，保证了严格的'16'通道同步采集的要求。:采集卡是 ISA型，工控机采用Intel赛扬1G的CPU，内存256M，硬盘160G容量，操作系统是DOS。
采用隔离的电源供电系统，将整个采集装置与外部隔离，避免电源的杂波干扰，具备GPS 信号接入的串口通道，具备10M/100M自适应PCI网卡，装置具备计算机网络功能，可以实现 远程控制和数据传输。
• 一种电力系统内部过电压在线监测方法，利用本发明装置，通过程序进行监测，其具体 的方法步骤如下：
(1) 初始化：根据装置实际安装的变电站所监测的各个电压等级按不同采集通道设定不 同的电压和电流启动值、不同通道的变比、固定采集频率、数据记录长度、用户单位和安装 地点等。
(2) 监测暂态过电压：在第（1)步完成后，通过由变电站电压互感器和电流互感器接 入本装置通道的测量通道进行在线监测，本装置通过4块高速同步的数据采集卡同时测量16 个通道的信号，实时采集信号，每100mS的16个通道进行循环储存。
(3) 进行暂态过电压判断：在第（2)步中，每100mS、数据采集后，直接计算每个通道 所采集到的数据，得到当前100mS数据经过滤波处理的最大值后，与之前100mS数据得到 的最大值进行比较，如果每个通道比较的差值都没有超过启动值，则新得到的数值成为比较 的标准值，继续采集接下来的100mS数据；如果某一通道比较的差值超过了启动值，则开始 记录所有的16通道的数据，连续记录4.8秒，并将己经记录的最开始的100mS数据作为当前 这一记录的开始，这样每次记录的数据就包括启动前100mS数据和启动后的4.8秒数据。
(4) 数据的存储：在第（3)步中，如果开始记录数据了，则将内存中存储的数据进行 软件的滤波和去除错误数据的计算，然后再进行相关通道的过电压和过电流倍数的计算，最后将近10M左右数据保存到计算机硬盘中，给文件起上合适的文件名称，并将当前各种参数 设置信息写入文件头。存储完毕后返回到第（2)步继续进行数据采集和判断。
(5)远方或当地控制信号的判断：在第（2)步每次采集lOOmS数据后都首先判断键盘 和网卡的信号，看是否有外来信号需要处理，如果有，则进行相关部分的程序执行，如没有 则继续判断当前100mS数据是否达到启动值9
本发明装置具备通过计算机网络进行远方控制和杨'输i力能，装置的软件通讯部分采用 TCP/IP通讯协议，装置可以设置成任意的IP地址，通过装置的专用软件通过计算机网络实时 控制装置进行数据的采集和数据的传输，在变电站运行的装置只要通过标准计算机网线联上 计算机网络，同时配置相应的IP地址，就可以实现在计算机网络上通过专用的软件无论在当 地还是在异地进行控制和数据传输。
本发明装置开发的专用软件，fe以Windows操作系统为主的装置控制、数据传输、数据 曲线的离线显示、分析、打印功能，可以很容易被安装使用，作为对已经得到的记录数据， 可以在任何地方进行分析，完全可以脱离开装置，非常方便用户的使用，同时又不与装置发 生任何的联系。对数据进行显示主要是编制灵活的数据曲线放大等功能，方便进行各种计算， 包括：过电压和涌流倍数，多次谐波计算，时间轴比较，三相同步性比较，稳态值计算等等。 提供所见即所得的打印功能，可以方便的提供各种曲线打印和计算结果打印功能。
本发明技术创新点在于：
1) 本发明装置监测的内部过电压和激磁涌流，采集速度可达16通道同步采集100kHz， 一次记录时间可达4. 8秒。对于电力系统内部过电压现象可以全程记录。
2) 本发明装置，不仅可以进行过电压和过电流的监测，同时可以对记录的暂态过程中数 据文件任何部分进行谐波的计算，可以计算达到50次的谐波含量，可以给出谐波总畸变率， 各次谐波值和谐波含量，这是任何其他过电压在线监测装置所不具备的功能。
3) 启动信号采用电压、电流突变量启动。本发明装置可以设定任意通道的任意启动值， 半个工频周波就可以判断是否启动，无论是突然升高或突然降低，只要超出启动值范围都可 启动，也可以手动启动记录。
4) 本发明装置具备远程计算机联网功能，实现远程控制、数据传输和数据分析，伺时丰 富的数据分析功能，并提供所见即所得的打印能力。
附图说明
图l为本发明硬件构成图。
图2为暂态过电压在线监测方法流程图。 具体实施方式 ，
变电站或电厂的电压、电流信号可以从PT、 CT二次侧，或分压器低压臂接入本发明装 置的端子排，信号经过电缆接入电气信号处速前端，将电i^和电流信号转换成采集卡接受的 小电压信号，将转换后的电压信号经过4跟电缆分别将16个通道信号接入工控机中的4块高 速同步采集卡中，工控机中的软件将根据具体的设置参数实时采集信号，达到启动条件后或 接到控制命令后进行数据记录计算或相应的操作。
Claims (8)
1.一种电力系统内部过电压在线监测装置及方法，其特征是：装置由电气信号处理前端、工控机、采集板卡、电气屏、显示器、电源部分和输入端子等部分组成。
2. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：同步采集通道可以达到16路，同步采集频率可以达到100kHz，每一路通道可以设定采集电压或者采集电流，电压、电流信号可以从PT、 CT二次侧接入电压，也可以由分压器低压臂接入。
3. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：在电路设计上着重考虑了电力系统的电流信号要求不能开路，电压、电流模拟量都采用无源的隔离方式进行信号处理。
4. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：工控机和采集卡负责将信号进行采集、计算和存储等，同时提供控制软件和通讯部分软件环境；具备计算机网络功能，可以实现远程控制和数据传输。
5. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：启动信号采用电压、电流突变量启动。可以任意设定启动值和启动方式，也可以手动记录。
6. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：电力系统内部过电压在线监测的每一循环过程按以下顺序进行：(1) 根据装置实际安装的变电站所监测的各个电压等级按不同采集通道设定不同的电压和电流启动值、不同通道的变比、固定采集频率、数据记录长度、用户单位和安装地点等;(2) 在第（1)步完成后，通过由变电站电压互感器和电流互感器接入本装置通道的测量通道进行在线监测；(3) 在第（2)步中，如果某一通道比较的差值超过了启动值，则开始记录所有的16通道的数据，连续记录4.8秒，并将已经记录的最开始的100mS数据作为当前这一记录的开始；最后将数据保存到计算机硬盘中，存储完毕后返回到第（2)步。
7. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是？本装置不仅可以进行过电压和过电流的监测，同时可以对记录的暂态过程中数据文件任何部分进行谐波的计算，可以计算达到50次的谐波含量，可以给出谐波总畸变率，各次谐波值和谐波含量。
8. 根据权利要求1所述的装置及方法，其特征是：具备通过计算机网络进行远方控制和传输功能，装置的软件通讯部分采用TCP/IP通讯协议，装置可以设置成任意的IP地址，通过装置的专用软件通过计算机网络实时控制装置进行数据的采集和数据的传输，在变电站运行的装置只要通过标准计算机网线联上计算机网络，同时配置相应的IP地址，就可以实现在计算机网络上通过专用的软件无论在当地还是在异地进行控制和数据传输。
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