CN102353831A - 一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统 - Google Patents
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Abstract
一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，它包括电流传感器、电流信号调理模块、数据采集卡、计算机、驱动单元、报警装置、保护装置和显示存储模块；其优越性在于：①可以实现对地磁感应电流的精确测量；②将硬件与软件相结合，操作方便简单；③利用计算机的高速的数据计算和数据处理能力，可以极大地提高电网安全性，及数据存储能力。
Description
(一)技术领域：
本发明属于电力系统安全运行技术领域，尤其是一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统。
(二)背景技术：
当太阳活动旺盛时，特别是在太阳黑子极大期时，太阳会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。其中的带电粒子(质子、电子)形成的电流冲击地球磁场，发生地磁暴。磁暴会在电力系统中接地变压器中性线上感应出地磁感应电流，当这种电流流入电网时，会对电力系统的安全运行构成威胁。目前，我国在磁暴对电力系统的影响方面研究的还较少。特别是随着我过高电压输电线路的增多，这种威胁会变得更大，这就迫切需要相关部门投入更多的人力物力来进行研究。采取措施保护电力系统的安全运行势在必行。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，它可以弥补该领域研究的空白，是一种测量精确、直观显示检测分析结果、迅速发出声光报警并且采取保护措施的系统。
本发明的技术方案：一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，包括带中性线的变压器的电网，其特征在于它包括电流传感器、电流信号调理模块、数据采集卡、计算机、驱动单元、报警装置、保护装置和显示存储模块；其中所述驱动单元包括保护驱动装置和报警驱动装置；所述电流传感器的输入端采集变压器中性线上的电流信号，其输出端连接电流信号调理模块的输入端；所述电流信号调理模块的输出端与数据采集卡的输入端连接；所述数据采集卡的输出端分别与计算机、保护驱动装置、报警驱动装置的输入端连接；所述计算机与数据采集卡呈双向连接，其输出端与显示存储模块的输入端连接；所述保护驱动装置和报警驱动装置的输出端分别连接保护装置和报警装置。
所述电流信号调理电路由电流/电压转换单元、预滤波单元、隔离放大器单元和再滤波电路单元组成，所述放大器采用AD215运算放大器；所述电流/电压转换单元的输入端接收电流传感器送出的电流信号；其输出端连接预滤波单元的输入端；所述预滤波单元的输入端连接电流/电压转换单元的输出端，其输出端连接隔离放大器单元的输入端；所述再滤波电路单元的输入端连接隔离放大器单元的输出端，其输出端输出电流信号给数据采集卡。
所述报警装置由预警灯和警报铃组成，预警灯和警报铃相互串联接收由报警驱动装置发出的驱动信号。
所述保护装置由电源、电源开关、整流电路、方向切换开关和限流电抗器组成；所述的电源的输出端与电源开关的输入端；所述电源开关的输入端还与驱动单元的输出端连接；所述整流电路的输入端连接电源开关的输出端，其输出端与方向切换开关的输入端连接；所述限流电抗器的输入端连接方向切换开关的输出端，其输出端与电网中的变压器中性点连接。
本发明的工作原理：检测预警系统首先完成对传感器、信号调理模块及数据采集卡的配置并且启动数据采集程序；传感器将被测变压器中性线的电流信号转化为信号调理板能够接收的弱电流信号；信号调理模块将传感器输出的电流信号进行预滤波、隔离/放大、再滤波处理，转化为数据采集卡所能接收的电流范围；数据采集卡完成对变压器中性线地磁感应电流的采集，完成模拟信号到数字信号的处理。并将其送至计算机进行数据的比较分析和存储。
电流信号调理电路利用传感器串电阻方式将电流信号转变为电压信号，电压信号经由运放LM358搭建的低通滤波器去掉高频干扰噪声后，信号送至放大器AD215进行信号的隔离，隔离放大后的信号再由运放LM358搭建的再滤波电路去掉噪声和纹波干扰，最后到达数据采集卡进行采样。
预警系统通过硬件分系统的传感器把检查到的电流信号转化为信号调理板能够接收的电流信号，信号调理模块用来对传感器输出的电流信号进行预滤波、隔离和放大，再滤波，转化为数据采集卡所能接收的电流，对于电流采用了相应的电流信号调理电路。
当发生地磁暴时，如果在电网中感应出的地磁感应电流超出了电网安全运行时的阈值时，系统软件向采集卡的输入/输出端口输出控制信号，输入/输出端口将控制信号模拟信号，请过驱动装置让报警装置发出声光报警。
当报警装置发出声光报警的同时，信号采集卡输入/输出端口发出另一种控制信号，通过驱动装置，作用在电源开关上，让保护装置启动。向变压器中性点注入反向电流，以保护电力系统的安全运行。
配合报警系统的硬件结构，它的软件分系统主要由数据采集模块、数据分析模块、报警模块、保护模块和数据显示模块。数据采集模块主要通过调用数据采集卡驱动程序，对采集卡进行编程，完成A/D转换和数据传输。数据分析模块是本系统的核心部分，主要通过对系统采集到的数据的分析和处理，实现对地磁感应电流信号的精确测量。报警模块是本系统的另一重要功能模块，实时将监测得到的磁感应电流数值与设定的安全阈值进行比较，一旦GIC超过阈值，发出报警控制信号，装置报警。保护模块，当磁感应电流信号超过阈值时，发出保护控制信号，保护装置启动工作。数据显示模块实时显示数据分析模块的分析结果，包括信号波形显示及数据的表格显示等。
本发明的优越性在于：①可以实现对地磁感应电流的精确测量；②将硬件与软件相结合，操作方便简单；③利用计算机的高速的数据计算和数据处理能力，可以极大地提高电网安全性，及数据存储能力。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统的总系统结构框图；
图2为本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统中电流信号调理电路的结构框图；
图3为本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统中电流信号调理模块的电路结构图；
图4为本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统中报警模块的结构框图；
图5本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统中保护模块的结构框图；
图6本发明所涉一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统软件实施流程图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统(见图1)，包括带中性线的变压器的电网，其特征在于它包括电流传感器、电流信号调理模块、数据采集卡、计算机、驱动单元、报警装置、保护装置和显示存储模块；其中所述驱动单元包括保护驱动装置和报警驱动装置；所述电流传感器的输入端采集变压器中性线上的电流信号，其输出端连接电流信号调理模块的输入端；所述电流信号调理模块的输出端与数据采集卡的输入端连接；所述数据采集卡的输出端分别与计算机、保护驱动装置、报警驱动装置的输入端连接；所述计算机与数据采集卡呈双向连接，其输出端与显示存储模块的输入端连接；所述保护驱动装置和报警驱动装置的输出端分别连接保护装置和报警装置。
所述电流信号调理电路(见图2、图3)由电流/电压转换单元、预滤波单元、隔离放大器单元和再滤波电路单元组成，所述放大器采用AD215运算放大器；所述电流/电压转换单元的输入端接收电流传感器送出的电流信号；其输出端连接预滤波单元的输入端；所述预滤波单元的输入端连接电流/电压转换单元的输出端，其输出端连接隔离放大器单元的输入端；所述再滤波电路单元的输入端连接隔离放大器单元的输出端，其输出端输出电流信号给数据采集卡。
所述报警装置(见图4)由预警灯和警报铃组成，预警灯和警报铃相互串联接收由报警驱动装置发出的驱动信号。
所述保护装置(见图5)由电源、电源开关、整流电路、方向切换开关和限流电抗器组成；所述的电源的输出端与电源开关的输入端；所述电源开关的输入端还与驱动单元的输出端连接；所述整流电路的输入端连接电源开关的输出端，其输出端与方向切换开关的输入端连接；所述限流电抗器的输入端连接方向切换开关的输出端，其输出端与电网中的变压器中性点连接。
Claims (4)
1.一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，包括带中性线的变压器的电网，其特征在于它包括电流传感器、电流信号调理模块、数据采集卡、计算机、驱动单元、报警装置、保护装置和显示存储模块；其中所述驱动单元包括保护驱动装置和报警驱动装置；所述电流传感器的输入端采集变压器中性线上的电流信号，其输出端连接电流信号调理模块的输入端；所述电流信号调理模块的输出端与数据采集卡的输入端连接；所述数据采集卡的输出端分别与计算机、保护驱动装置、报警驱动装置的输入端连接；所述计算机与数据采集卡呈双向连接，其输出端与显示存储模块的输入端连接；所述保护驱动装置和报警驱动装置的输出端分别连接保护装置和报警装置。
2.根据权利要求1中所述一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，其特征在于所述电流信号调理电路由电流/电压转换单元、预滤波单元、隔离放大器单元和再滤波电路单元组成，所述放大器采用AD215运算放大器；所述电流/电压转换单元的输入端接收电流传感器送出的电流信号；其输出端连接预滤波单元的输入端；所述预滤波单元的输入端连接电流/电压转换单元的输出端，其输出端连接隔离放大器单元的输入端；所述再滤波电路单元的输入端连接隔离放大器单元的输出端，其输出端输出电流信号给数据采集卡。
3.根据权利要求1中所述一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，其特征在于所述报警装置由预警灯和警报铃组成，预警灯和警报铃相互串联接收由报警驱动装置发出的驱动信号。
4.根据权利要求1中所述一种保护电网安全运行的地磁暴检测预警系统，其特征在于所述保护装置由电源、电源开关、整流电路、方向切换开关和限流电抗器组成；所述的电源的输出端与电源开关的输入端；所述电源开关的输入端还与驱动单元的输出端连接；所述整流电路的输入端连接电源开关的输出端，其输出端与方向切换开关的输入端连接；所述限流电抗器的输入端连接方向切换开关的输出端，其输出端与电网中的变压器中性点连接。
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