CN104215819A - 一种用于gis雷电侵入过电压的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，包括依次相连的电压采集模块、数据传输模块和数据采集存储模块，电压采集模块包括接触端子、低压分压电容、弱阻尼分压器、放大器、信号发送单元和电源模块，接触端子安装在GIS套管外壁上的绝缘子处，低压分压电容一端与接触端子相连，弱阻尼分压器和低压分压电容并联连接，且低压分压电容的分压输出端与放大器的输入端相连，放大器的输出端则与信号发送单元相连，所述信号发送单元通过数据传输模块和数据采集存储模块相连，电源模块的电源输出端分别与放大器、信号发送单元相连。本发明能够有效检测高频段的GIS雷电侵入过电压，具有采集精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。

Description

一种用于GIS雷电侵入过电压的监测装置

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，适用于110kV及以上变电站GIS雷电侵入过电压波形的实时监测和记录。

背景技术

全封闭气体绝缘变电站（GIS）具有可靠性高、维护量小、不易受外界环境影响等优点，近几十年来得到了越来越广泛的应用。造成GIS设备故障的原因较多，电力系统出现的雷电侵入过电压是造成设备绝缘损害的主要原因之一，严重威胁着电力系统的稳定运行。为了掌握雷电侵入过电压特性和及时查找故障原因以及提出有针对性的抑制措施，有必要对雷电侵入过电压进行监测，记录实时波形。但是，由于雷电侵入过电压和操作过电压在波形的时域特性和频域特性上差别较大，前者的主要频率段在1MHz以上。现有的电力系统故障录波仪高采样率部分的频率大多处于几kHz到十几kHz，远远达不到实时监测和记录雷电侵入过电压波形的要求，因此对于GIS而言，如何实现GIS雷电侵入过电压的监测，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术的缺陷，提供一种能够有效检测高频段的GIS雷电侵入过电压、采集精度高、稳定性好、抗干扰能力强的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，包括依次相连的电压采集模块、数据传输模块和数据采集存储模块，所述电压采集模块包括接触端子、低压分压电容、弱阻尼分压器、放大器、信号发送单元和电源模块，所述接触端子安装在GIS套管外壁上的绝缘子处，所述低压分压电容一端与接触端子相连，所述弱阻尼分压器和低压分压电容并联连接，且所述低压分压电容的分压输出端与放大器的输入端相连，所述放大器的输出端则与信号发送单元相连，所述信号发送单元通过数据传输模块和数据采集存储模块相连，所述电源模块的电源输出端分别与放大器、信号发送单元相连。

优选地，所述弱阻尼分压器包括第一电容C₃、第二电容C₄、第一电阻R₁和第二电阻R₂，所述第一电容C₃、第一电阻R₁之间并联连接构成第一分压支路，所述第二电容C₄、第二电阻R₂之间并联连接构成第二分压支路，所述第一分压支路和第二分压支路串联连接，所述第一分压支路或者第二分压支路的两端作为低压分压电容的分压输出端。

优选地，所述信号发送单元为电光信号转换器，所述数据传输模块包括光纤和光电信号转换器，所述信号发送单元的光输出端通过光纤和光电信号转换器的光输入端相连，所述光电信号转换器的输出端与数据采集存储模块相连。

优选地，所述电源模块包括直流电源、隔离变压器和同轴电缆，所述隔离变压器的一次端通过同轴电缆与外部电源相连，所述隔离变压器的二次端与直流电源相连，所述直流电源的电源输出端分别与放大器、信号发送单元相连。

优选地，所述数据采集存储模块包括数字示波器、数据采集器、存储器和用于为数据采集器提供数据采样时钟的时钟电路，所述数字示波器的输入端与数据传输模块相连，所述数据采集器分别与数字示波器、存储器、时钟电路相连。

优选地，所述时钟电路为GPS接收器。

本发明用于GIS雷电侵入过电压的监测装置具有下述优点：本发明包括依次相连的电压采集模块、数据传输模块和数据采集存储模块，电压采集模块包括接触端子、低压分压电容、弱阻尼分压器、放大器、信号发送单元和电源模块，接触端子安装在GIS的绝缘子一侧，低压分压电容一端与接触端子相连，弱阻尼分压器和低压分压电容并联连接，且低压分压电容的分压输出端与放大器的输入端相连，放大器的输出端则与信号发送单元相连，基于该结构的电压采集模块，接触端子和GIS的高压母线之间的GIS的绝缘子等同于高压分压电容，本实施例通过接触端子安装在GIS的绝缘子一侧，低压分压电容一端与接触端子相连，从而通过等同的高压分压电容、低压分压电容两者实现对来自高压母线的GIS雷电侵入过电压进行电容分压，而且根据电容“阻低频、通高频”特性，因此能够有效检测高频段的GIS雷电侵入过电压，实现对主要频率段在1MHz以上的雷电侵入过电压的检测，满足实时监测和记录雷电侵入过电压波形的要求，能够自动记录和存储侵入GIS的雷电过电压波形，对过电压信号进行特征提取和分析，可作为雷电侵入过电压的波形特征指纹库，为雷电侵入过电压防治提供技术指导，具有采集精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的基本框架结构示意图。

图2为本发明实施例中电压采集模块的电路原理结构示意图。

图3为本发明实施例中数据传输模块的原理结构示意图。

图4为本发明实施例中数据采集存储模块的原理结构示意图。

图例说明：1、电压采集模块；11、接触端子；12、低压分压电容；13、弱阻尼分压器；14、放大器；15、信号发送单元；16、电源模块；161、直流电源；162、隔离变压器；163、同轴电缆；2、数据传输模块；21、光纤；22、光电信号转换器；3、数据采集存储模块；31、数字示波器；32、数据采集器；33、存储器；34、时钟电路；4、GIS套管；41、绝缘子；42、高压母线；43、避雷器；44、断路器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例用于GIS雷电侵入过电压的监测装置包括依次相连的电压采集模块1、数据传输模块2和数据采集存储模块3，电压采集模块1包括接触端子11、低压分压电容12、弱阻尼分压器13、放大器14、信号发送单元15和电源模块16，接触端子11安装在GIS套管4外壁上的绝缘子41处，低压分压电容12一端与接触端子11相连，弱阻尼分压器13和低压分压电容12并联连接，且低压分压电容12的分压输出端与放大器14的输入端相连，放大器14的输出端则与信号发送单元15相连，信号发送单元15通过数据传输模块2和数据采集存储模块3相连，电源模块16的电源输出端分别与放大器14、信号发送单元15相连。基于本实施例的电压采集模块1能够有效检测高频段的GIS雷电侵入过电压，实现对主要频率段在1MHz以上的雷电侵入过电压的检测，满足实时监测和记录雷电侵入过电压波形的要求，能够自动记录和存储侵入GIS的雷电过电压波形，对过电压信号进行特征提取和分析，可作为雷电侵入过电压的波形特征指纹库，为雷电侵入过电压防治提供技术指导，具有采集精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点。

参见图1，现有技术的GIS设备包括GIS套管4，GIS套管4内设有绝缘子41和高压母线42，高压母线42一端通过绝缘结构固定在GIS套管4上、另一端通过避雷器43接地，高压母线42上连接有断路器44，绝缘子41的边缘伸出布置在GIS套管4的外壁上；而本实施例的接触端子11则安装在GIS套管4外壁上的绝缘子41处。高压母线42和GIS套管4组成圆柱型同轴结构，圆柱型同轴结构的虚拟电容C1可以作为电压采集模块1的高压电容分压器，由于弱阻尼分压器13并联在低压分压电容12（C₂）两端，经过弱阻尼分压器13的分压，采集到的雷电侵入过电压信号进入到放大器14输入端。放大器14对雷电侵入过电压信号进行放大后通过信号发送单元15输出。需要说明的是，图1所示GIS设备的绝缘子41为盆式绝缘子，毫无疑问本实施例的接触端子11并不依赖于绝缘子41的具体结构，因此本实施例的接触端子11同样也可以应用于其他结构类型的绝缘子，在此不再赘述。

如图2所示，本实施例的弱阻尼分压器13包括第一电容C₃、第二电容C₄、第一电阻R₁和第二电阻R₂，第一电容C₃、第一电阻R₁之间并联连接构成第一分压支路，第二电容C₄、第二电阻R₂之间并联连接构成第二分压支路，第一分压支路和第二分压支路串联连接，第一分压支路或者第二分压支路的两端作为低压分压电容12的分压输出端。

如图2和图3所示，本实施例的信号发送单元15为电光信号转换器（E/O），数据传输模块2包括光纤21和光电信号转换器22（O/E），信号发送单元15的光输出端通过光纤21和光电信号转换器22的光输入端相连，光电信号转换器22的输出端与数据采集存储模块3相连。光纤21用来传输电压采集模块1采集到的并经过电光转换后的雷电侵入过电压光学信号，光电信号转换器22则将雷电侵入过电压光学信号进行光电转换即转换成电学模拟信号，由于电压采集模块1的信号发送单元15、光电信号转换器22之间的数据通过光纤21传输，采用光纤传输方式可以有效地解决信号衰减和受干扰的问题，抗干扰能力强、数据传输带宽高。

如图2所示，本实施例的电源模块16包括直流电源161、隔离变压器162和同轴电缆163，隔离变压器162的一次端通过同轴电缆163与外部电源相连，隔离变压器162的二次端与直流电源161相连，直流电源161的电源输出端分别与放大器14、信号发送单元15相连。本实施例的放大器14、信号发送单元15的工作电源由直流电源161供给，隔离变压器162的一次端通过同轴电缆163与外部电源相连，隔离变压器162的二次端与直流电源161相连，通过隔离变压器162能够实现电压的幅值变换，同时能够有效隔离电源侧的干扰进入到电压采集模块1，结合同轴电缆163对外部噪声的高抗干扰性能，能够有效提高电压采集模块1的采集精度和稳定性。

如图4所示，本实施例的数据采集存储模块3包括数字示波器31、数据采集器32、存储器33和用于为数据采集器32提供数据采样时钟的时钟电路34，数字示波器31的输入端与数据传输模块2相连，数据采集器32分别与数字示波器31、存储器33、时钟电路34相连。本实施例中，数据采集器32的采样率为100ns/点、记录时间长度为500s；数据采集器32具体采用微处理器实现，存储器33采用硬盘实现。数据采集器32根据采样率对数字示波器31进行采样，并将记录时间长度内的采样数据存储到存储器33内，从而完成监测数据的采集。

本实施例中，时钟电路34为GPS接收器。GPS接收器采用GPS授时方式实现同步GIS雷电侵入过电压监测系统的时间，由GPS接收器的GPS天线耦合GPS卫星信号，从GPS卫星信号获取时间并提供数据采样时钟给数据采集器32，数据采集器32则基于数据采样时钟控制数字示波器31触发，此时的GPS信号中的时刻将作为雷电侵入过电压监测系统的时刻，数据采样时钟的精确度高，能够克服本地时钟电路准确度低的优点，从而能够提升监测数据检测的准确度。

本实施例中的工作步骤如下：1）当发生GIS雷电侵入时，安装在GIS套管4外壁上的绝缘子41处的接触端子11在GIS入口处采集雷电侵入过电压波形，通过低压分压电容12、弱阻尼分压器13进行分压后输出给放大器14，放大器14将GIS雷电侵入过电压波形进行放大，信号发送单元15将放大后的GIS雷电侵入过电压波形转换为光信号后输出；2）光纤21将GIS雷电侵入过电压波形的光信号传输给光电信号转换器22，光电信号转换器22将光信号转换为电信号后输出；3）数字示波器31将GIS雷电侵入过电压波形显示。为了准确、不失真地采集和记录雷电侵入过电压波形特征信息，本实施例中，数据采集器32根据采样率为100ns/点、记录时间长度为500s将数字示波器31将波形中的过电压峰值、持续时间、上升时间和半峰值时间等波形特征参数以及波形数据存储到存储器33中，通过本实施例得到GIS雷电侵入过电压的监测数据，有利于掌握雷电侵入过电压的波形特征和传播特性，从而有助于及时查找故障原因和提出有针对性的过电压抑制措施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：包括依次相连的电压采集模块（1）、数据传输模块（2）和数据采集存储模块（3），所述电压采集模块（1）包括接触端子（11）、低压分压电容（12）、弱阻尼分压器（13）、放大器（14）、信号发送单元（15）和电源模块（16），所述接触端子（11）安装在GIS套管（4）外壁上的绝缘子（41）处，所述低压分压电容（12）一端与接触端子（11）相连，所述弱阻尼分压器（13）和低压分压电容（12）并联连接，且所述低压分压电容（12）的分压输出端与放大器（14）的输入端相连，所述放大器（14）的输出端则与信号发送单元（15）相连，所述信号发送单元（15）通过数据传输模块（2）和数据采集存储模块（3）相连，所述电源模块（16）的电源输出端分别与放大器（14）、信号发送单元（15）相连。

2.根据权利要求1所述的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：所述弱阻尼分压器（13）包括第一电容C₃、第二电容C₄、第一电阻R₁和第二电阻R₂，所述第一电容C₃、第一电阻R₁之间并联连接构成第一分压支路，所述第二电容C₄、第二电阻R₂之间并联连接构成第二分压支路，所述第一分压支路和第二分压支路串联连接，所述第一分压支路或者第二分压支路的两端作为低压分压电容（12）的分压输出端。

3.根据权利要求2所述的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：所述信号发送单元（15）为电光信号转换器，所述数据传输模块（2）包括光纤（21）和光电信号转换器（22），所述信号发送单元（15）的光输出端通过光纤（21）和光电信号转换器（22）的光输入端相连，所述光电信号转换器（22）的输出端与数据采集存储模块（3）相连。

4.根据权利要求3所述的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：所述电源模块（16）包括直流电源（161）、隔离变压器（162）和同轴电缆（163），所述隔离变压器（162）的一次端通过同轴电缆（163）与外部电源相连，所述隔离变压器（162）的二次端与直流电源（161）相连，所述直流电源（161）的电源输出端分别与放大器（14）、信号发送单元（15）相连。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：所述数据采集存储模块（3）包括数字示波器（31）、数据采集器（32）、存储器（33）和用于为数据采集器（32）提供数据采样时钟的时钟电路（34），所述数字示波器（31）的输入端与数据传输模块（2）相连，所述数据采集器（32）分别与数字示波器（31）、存储器（33）、时钟电路（34）相连。

6.根据权利要求5所述的用于GIS雷电侵入过电压的监测装置，其特征在于：所述时钟电路（34）为GPS接收器。