CN102721854B - 电网过电压信号检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网过电压信号检测方法和检测系统，首先将容性传感器连接于电网母线和地线之间，然后通过低频电流传感器获取电网母线中电压信号，最后处理电压信号后并判断是否为过电压信号，并自动采集、传输和保存过电压信号。包括容性传感器、电流传感器、积分电路、放大电路、信号调理波形重构及触发单元、信号采集单元和数据传输和保存系统；本发明采用容性电压传感器来获取电流信号，与电网一次设备没有直接电气连接、绝缘性能好、不影响电网安全运行，不改变电气设备一次接线，利用电流重构过电压，实时自动记录过电压波形。具有良好的电磁兼容特性和保护措施，防止过电压损坏测量系统，不将雷电引入市电系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时检测电网电压的方法和装置，特别涉及一种电网过电压信号检测方法及系统。
背景技术
电网过电压是影响输电线路及变电设备运行安全的重要隐患，对输电线路和设备安全造成极大的影响。实时监测系统过电压，实现电网运行状态的获取，便于进行事故分析及电气设备绝缘配合。常规过电压监测方式采用分压器或套管末屏外接过电压分压器，加入了一次电气设备或改变了接线方式，在传感器故障情况下可能造成电网事故。
因此急需一种不改变电气设备一次接线方式就能检测电网电压是否为过电压的方法和装置。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种不改变电气设备一次接线方式就能检测电网电压是否为过电压的方法和装置。该装置与一次系统隔离，安全可靠。
本发明的目的之一是提出一种电网过电压信号检测方法；本发明的目的之二是提出一种电网过电压信号检测系统。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的电网过电压信号检测方法，包括以下步骤：
S1：将容性传感器连接于电网母线和地线之间，
S2：将低频电流传感器连接于容性传感器和地线之间，并获取电网母线中电压信号，
S3：处理电压信号后并判断是否超过预设电压阈值，如果电压信号幅值超过预设电压阈值，则触发信号采集单元，自动采集超限电压信号，
S4：传输和保存采集的过电压信号。
进一步，所述电压信号的处理和判断，具体包括以下步骤：
S31：低频电流传感器获取的电流信号输入到有源积分电路中进行处理；
S32：有源积分电路处理后的电流信号输入到第一放大电路中进行信号放大处理；
S33：将放大的电流信号输入到信号调理波形重构及触发单元，将电流信号转换成电压信号，并输出超限触发信号，
进一步，还包括以下步骤：
S21：将高频电流传感器连接于低频高频电流传感器和地线之间，并获取电网母线中高频电压信号；
S22：将高频电流传感器获取的高频电流信号输入到无源积分电路中进行处理；
S23：将无源积分电路处理后的电流信号输入到第二放大电路中进行信号放大处理；
S24：将放大的电流信号输入到信号调理波形重构及触发单元，将电流信号转换成电压信号，并判断电压信号是否超过预设高频电压阈值，如果高频电压信号幅值超过预设高频电压阈值，输出超限触发信号，则触发信号采集单元，自动采集超限高频电压信号。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的电网过电压信号检测系统，包括容性传感器、低频电流传感器、有源积分电路、第一放大电路、信号调理波形重构及触发单元、信号采集单元和数据传输和保存系统；
所述容性传感器连接于电网母线和地线之间；
所述容性传感器与地线之间设置有低频电流传感器；
所述有源积分电路与低频电流传感器连接；
所述第一放大电路，用于接收低频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第一放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号；
所述信号采集单元，用于采集电压幅值超过设定阈值触发电压的超限电压信号；
所述数据传输和保存系统，用于传输和保存采集的过电压信号。
进一步，还包括高频电流传感器、无源有源积分和第二放大电路；
所述高频电流传感器连接于低频高频电流传感器和地线之间；
所述高频电流传感器与无源有源积分连接；
所述第二放大电路，用于接收高频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第二放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号。
进一步，所述电缆为双层屏蔽电缆，所述电缆首端双层屏蔽接地，末端外层屏蔽开路，内层屏蔽接采集系统的信号地。
进一步，所述信号采集单元的电源采用隔离变压器供电。
进一步，所述容性传感器为基于容性设备泄漏电流的电压传感器，所述电压传感器为电容式变压器套管。
本发明的优点在于：本发明采用容性设备的电压传感器来获取电流信号，与电网一次设备没有直接电气连接、绝缘性能好、不影响电网安全运行，在不改变电气设备的一次接线方式的情况下利用电流重构过电压波形实时自动记录过电压波形。具有良好的电磁兼容特性和保护措施，防止过电压损坏测量系统，不能将雷电引入市电系统；
采用高频和低频两个电流传感器对电流进行分段检测，其中低频传感器用于工频电压和操作过电压作用下套管对地电流的检测，另外一个高频传感器用于雷电冲击作用下套管对地电流的检测。
电缆采用双层屏蔽电缆，在首端双层屏蔽接地，末端外层屏蔽开路，内层屏蔽接采集系统的信号地。外层屏蔽层消除外部电场的耦合，降低干扰，在电缆入地前用金属蛇皮管装。整个采集系统不直接接地，信号调理箱、采集装置、计算机、保护装置与采集端的地绝缘。
监测系统电源有隔离变压器供电。作用是不仅与市电实现电气隔离，避免市电中的冲击脉冲对采集系统的影响，而且电源系统加入电源滤波器进一步降低干扰，实现过压保护。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的电网过电压信号检测方法流程图；
图2为本发明实施例提供的电网过电压信号检测系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的电网过电压信号检测方法流程图；如图所示：本发明提供的电网过电压信号检测方法，包括以下步骤：
S1：将容性传感器连接于电网母线和地线之间，
S2：将低频电流传感器连接于容性传感器和地线之间，并获取电网母线中电压信号，
S3：处理电压信号后并判断是否超过预设电压阈值，如果电压信号幅值超过预设电压阈值，则触发信号采集单元，自动采集超限电压信号，所述电压信号的处理和判断，具体包括以下步骤：
S31：低频电流传感器获取的电流信号输入到有源积分电路中进行处理；
S32：有源积分电路处理后的电流信号输入到第一放大电路中进行信号放大处理；
S33：将放大的电流信号输入到信号调理波形重构及触发单元，将电流信号转换成电压信号，并输出超限触发信号。
同时，还包括以下步骤：
S21：将高频电流传感器连接于低频高频电流传感器和地线之间，并获取电网母线中高频电压信号；
S22：将高频电流传感器获取的高频电流信号输入到无源积分电路中进行处理；
S23：将无源积分电路处理后的电流信号输入到第二放大电路中进行信号放大处理；
S24：将放大的电流信号输入到信号调理波形重构及触发单元，将电流信号转换成电压信号，并判断电压信号是否超过预设高频电压阈值，如果高频电压信号幅值超过预设高频电压阈值，输出超限触发信号，则触发信号采集单元，自动采集超限高频电压信号。
S4：传输和保存采集的过电压信号。
图2为本发明实施例提供的电网过电压信号检测系统结构示意图，如图所示：本发明提供的电网过电压信号检测系统，包括容性传感器、低频电流传感器、有源积分电路、第一放大电路、信号调理波形重构及触发单元、信号采集单元和数据传输、保存系统、高频电流传感器、无源有源积分和第二放大电路；
所述容性传感器连接于电网母线和地线之间；
所述容性传感器与地线之间设置有低频电流传感器；
所述有源积分电路与低频电流传感器连接；
所述第一放大电路，用于接收低频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第一放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号；
所述信号采集单元，用于采集电压幅值超过设定阈值触发电压的超限电压信号；
所述数据传输和保存系统，用于传输和保存采集的过电压信号。
所述高频电流传感器连接于低频高频电流传感器和地线之间；
所述高频电流传感器与无源有源积分连接；
所述第二放大电路，用于接收高频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第二放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号。
所述电缆为双层屏蔽电缆，所述电缆首端双层屏蔽接地，末端外层屏蔽开路，内层屏蔽接采集系统的信号地。
所述信号采集单元的电源采用隔离变压器供电。
所述容性传感器为基于容性设备泄漏电流的电压传感器，所述电压传感器为电容式变压器套管。
基于容性设备泄漏电流的电压传感器主要由电容式变压器套管、电流传感器和积分器三部分组成，电网电压作用于电容式套管上，则在套管末屏接地线上产生电流，通过电流传感器的变比，产生输出电压，该输出电压通过积分器后，产生一个与电网电压成线性关系的输出电压，由此可见，通过测量容性设备泄漏电流，然后用积分器将该电流信号重构成与电网电压成线性关系的电压信号，可以实现电网电压信号的检测。基于该方法的电压传感器具有体积小、结构简单、与电网一次设备没有直接电气连接、绝缘性能好、不影响电网安全运行等优点。
本实施例采用高频和低频两个电流传感器对电流进行分段检测，其中低频电流传感器用于工频电压和操作过电压作用下套管对地电流的检测，另外高频电流传感器用于雷电冲击作用下套管对地电流的检测。低频小电流传感器采用有源积分方式，频带为10Hz～5kHz。高频大电流采用无源积分方式，频带为5kHz～2MHz。
由于套管接地线上电流在不同电压作用下差异很大，电流值范围在8.5mA～200A之间，跨度达到20000倍，频率范围从几Hz到几MHz，准确测量如此大范围的电流信号是电压传感器设计的最大的难点。本实施例采用高频和低频两个电流传感器对电流进行分段检测，避免了电压传感器无法适用于检测电流范围宽的缺点。
电缆采用双层屏蔽电缆，在首端双层屏蔽接地，末端外层屏蔽开路，内层屏蔽接采集系统的信号地。外层屏蔽层消除外部电场的耦合，降低干扰，在电缆入地前用金属蛇皮管装。整个采集系统不直接接地，信号调理箱、采集装置、计算机、保护装置与采集端的地绝缘。
信号调理电路实现波阻抗匹配及初始分压比与稳态分压比的一致，同时将超限触发信号的输出，其比较电平决定于设置的触发参考量，一般将其设置为1.5倍额定电压，也可通过电路调节实现不同电压的触发。
采集系统采用垂直分辨率为14位的三通道大容量变频数据采集卡，最高采样频率达80MHz。具有预触发和变频采样功能，预触发功能实现触发前数据的记录，变频采样功能实现高速（等效频率大于1MHz）瞬态雷电波形和长时间（大于5秒）内部过电压波形的完整记录。
信号采集单元和数据传输、保存系统等后台监测系统开机自动运行过电压监测采集程序，一旦电压幅值超过设定阈值触发电压，系统自动采集，分析过电压特征参量，将触发时间、波形及特征参量存入SQL数据库中，并自动准备下一次的过电压触发采集。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.电网过电压信号检测系统，其特征在于：包括容性传感器、低频电流传感器、有源积分电路、第一放大电路、信号调理波形重构及触发单元、信号采集单元和数据传输和保存系统；
所述容性传感器连接于电网母线和地线之间；
所述容性传感器与地线之间设置有低频电流传感器；
所述有源积分电路与低频电流传感器连接；
所述第一放大电路，用于接收低频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第一放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号；
所述信号采集单元，用于采集电压幅值超过设定阈值触发电压的超限电压信号；
所述数据传输和保存系统，用于传输和保存采集的过电压信号；
还包括高频电流传感器、无源积分电路和第二放大电路；
所述高频电流传感器连接于低频电流传感器和地线之间；
所述高频电流传感器与无源积分电路连接；
所述第二放大电路，用于接收高频电流传感器输入的电流信号并将电流信号放大；
所述信号调理波形重构及触发单元，用于处理从第二放大电路输出的电流信号并输出超限触发信号；
所述容性传感器为基于容性设备泄漏电流的电压传感器，主要由电容式变压器套管、电流传感器和积分器三部分组成，电网电压作用于电容式变压器套管上，则在套管末屏蔽接地线上产生电流，通过电流传感器的变比，产生输出电压，该输出电压通过积分器后，产生一个与电网电压成线性关系的输出电压。
2. 根据权利要求1所述的电网过电压信号检测系统，其特征在于：所述信号采集单元的电源采用隔离变压器供电。
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