CN104793039A - 一种电力系统输电线路过电压的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统输电线路过电压的测量方法，属于过电压测量技术领域。首先对对电力系统进行过电压仿真计算输电线路过电压与工频电压的理论倍数，根据其设定输电线路过电压的触发电压与输电线路工频电压的倍数，使光学电场传感器感应输电线路中的电压，处理后得到工频电压U1，设定输电线路过电压的触发电压为k1×U1；实时检测电力系统输电线路的电压，得到输出电压U2，对其进行判断，得到过电压幅值U3，最后输电线路的过电压倍数k2＝U3/U1。本方法适合进行过电压的长期监测，同时也可以用于试验、调试过程中的过电压测量。相比于其他过电压测量手段，无需进行实验前的校准，具有安装方便、操作简单的特点。

Description

一种电力系统输电线路过电压的测量方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统输电线路过电压的测量方法，属于过电压测量技术领域。

背景技术

过电压是造成电网事故的主要原因之一，也是选择电气设备绝缘强度的决定性因素。过电压的持续时间虽然短暂，但是由于其峰值高、波形陡、能量大的特点，会对电气绝缘造成严重威胁。在电力系统中，对过电压的测量和分析有着极其重要的意义。通过分析过电压的发生发展过程，可以为处理事故提供可靠的数据，为提出改进措施提供重要的参考依据。同时也可以为电气制造提供实际有效的资料。

例如对于变电站而言，对220kV及以下系统，电气设备的绝缘水平主要由雷电过电压决定；对330kV及以上电压等级的超高压系统，操作过电压成为主要矛盾，绝缘配合需要将操作过电压控制在一定范围，再用避雷器作为后备保护。研究及工程人员采用标准雷电波、标准操作波代替设备实际承受的冲击电压波形，作为试验波形，进行试验。用250s/2500s的标准操作冲击电压的试验结果做绝缘配合可能带来两个后果：若250s确实是间隙的临界波前时间，而实际过电压波头远长于250s，采用标准操作波的试验结果可能导致绝缘配合的裕度过大，经济性差；若250s不是间隙的临界波前时间，则在某种波头的操作波作用下，间隙的击穿电压更低，导致绝缘配合的安全性降低。所以，获取正确的过电压波形，对绝缘配合的经济性与安全性都有根本性意义。

目前较为成熟的过电压测量方法主要利用的是电容分压器的原理。采用高压分压器或电容式套管末屏连接低压臂分压器的方式，将高压侧电压转化为可采集的低电压信号。但该方案受到杂散电容、电感等因素的影响，导致测量精度不够高。同时其上限截止频率往往仅有几MHz，难以准确测量频率较高的过电压信号。

另外光学电压传感器也在过电压的测量中逐渐获得应用。但是由于光学晶体受环境的影响较大，难以保证户外长期测量的稳定性。

所以如何获得大量实测数据，得到实测过电压波形特征，对于指导电力设备的试验规程与绝缘配合导则的修订，和提升绝缘配合的经济性与系统运行的安全性有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统输电线路过电压的测量方法，采用光学电场传感器，通过测量静电场反推电压变化，并利用光学电场传感器频率范围大的特点，将过电压波形与工频电压波形进行对比，对测量到的过电压波形进行校准，得到过电压倍数、波形特性等参数。

本发明提出的电力系统输电线路过电压的测量方法，包括以下步骤：

(1)对电力系统进行过电压仿真计算，得到输电线路过电压与工频电压的理论倍数，根据该理论倍数，设定输电线路过电压的触发电压与输电线路工频电压的倍数k1，k1的取值小于理论倍数；

(2)设定输电线路无过电压，将光学电场传感器置于距待测输电线路10～20cm处；

(3)光学电场传感器感应输电线路中的电压，该电压经光学电场传感器转换为光功率信号，光功率信号经过光电转换，得到一个工频电压U1，将该工频电压作为测量参考电压；

(4)设定输电线路过电压的触发电压为k1×U1；

(5)利用步骤(2)的光学电场传感器，实时检测电力系统输电线路的电压，该电压经光学电场传感器处理后得到一个输出电压U2，对输出电压U2进行判断，若U2<k1×U1，则返回步骤(3)，若U2≥k1×U1，则判定输电线路中发生了过电压，并对该过电压U2进行采集和存储，利用过电压U2中暂态过程的波形，得到过电压幅值U3，将该过电压幅值U3与测量参考电压U1的幅值相比，得到输电线路的过电压倍数k2，k2＝U3/U1。

本发明提出的电力系统输电线路过电压的测量方法，其优点是：

1、本发明提出的电力系统输电线路过电压的测量方法，通过对比过电压与工频电压来得到过电压倍数，无需得到过电压的实际幅值，所以在测量过程前利用标准电极进行校准，操作方便。

2、本发明的过电压的测量方法中，所采用的光学电场传感器，具有10Hz～1GHz的频带宽度，与已有技术中采用电容分压器相比，频率范围更大，因此对于工频电压与过电压的频率响应刻度因子一致，可以得到准确的过电压波形。

3、本发明的过电压测量方法，通过对比过电压与工频波形，实现对过电压波形的校准。克服了因外界环境变化导致的传感器工作点漂移而造成的测量误差，提高了过电压测量的长期稳定性，可用于过电压的长期在线监测。

4、本发明的电力系统输电线路过电压的测量方法，既适合过电压的长期监测，同时也可以用于试验、调试过程中的过电压测量。

附图说明

图1为本发明提出的过电压测量方法步骤的流程图。

具体实施步骤

本发明提出的电力系统输电线路过电压的测量方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

(1)对电力系统进行过电压仿真计算，得到输电线路过电压与工频电压的理论倍数，根据该理论倍数，设定输电线路过电压的触发电压与输电线路工频电压的倍数k1，该触发电压与输电线路工频电压的倍数k1的取值应该小于上述理论倍数，并可以根据现场的测量的噪声大小进行合理设定。

(2)设定输电线路无过电压，将光学电场传感器置于距待测输电线路10～20cm处；由于上述光学电场传感器实际测量的是空间中的电场值，会受到三相输电线路的影响。将光学电场传感器放置在接近一条待测输电线路处，可以减小其他两相输电线路对测量结果的干扰。

(3)通过光学电场传感器感应待测输电线路中的电压，输电线路中的电压在传感器所在处产生电场，该电场通过光电效应，经过光学电场传感器，被转换为光功率信号，光功率信号经过光接收机的光电转换，输出一个工频电压U1。并将该工频电压作为测量参考电压；

(4)设定输电线路过电压的触发电压为k1×U1。

(5)利用步骤(2)的光学电场传感器，实时检测电力系统输电线路的电压，该电压经光学电场传感器处理后得到一个输出电压U2，对输出电压U2进行判断，若U2<k1×U1，则说明此时线路中并没有产生过电压，所以返回步骤(3)，继续测量。若U2≥k1×U1，则判定输电线路中发生了过电压，并对该过电压U2进行采集和存储。该电压应该是工频电压与暂态过程的叠加，通过分析该电压波形，对暂态过程的波形进行测量，可以得到上升时间、下降时间、暂态过程变化的幅值大小U3等特征。由于光信号的调制具有频带宽、动态响应快的特性。由于所用的光学电场传感器在工频电压与高频过电压下，其响应的刻度因素一致，因此可以用对比的方式来得到过电压倍数；将上述电压幅值U3与测量参考电压U1的幅值相比，得到输电线路的过电压倍数k2，k2＝U3/U1。

本发明提出的电力系统输电线路过电压的测量方法，需要通过一套光学电场测量装置来实现。主要依据光学电场传感器的特点来进行设计。首先将光学电场传感器感通过测量架空连接线使其临近设备周围的电场，还原过电压，根据所测工频电场与高频电场的相对值来反映架空连接线等部位的过电压倍数，根据所测电场的频率、波形来反映待测点的过电压特性。

本发明的的过电压测量方法，属于比较法过电压测量，所采用的核心装置为光学电场传感器，该传感器的设计和原理可见发明名称为基于共路干涉的集成电场传感器的专利，申请号为：201210348311.8。该传感器具有频率响应宽、动态范围大、对原电场干扰小的特点。

本发明的过电压测量方式适合进行过电压的长期监测，同时也可以用于试验、调试过程中的过电压测量。相比于其他过电压测量手段，无需进行实验前的校准，具有安装方便、操作简单的特点。

Claims (1)

1.一种电力系统输电线路过电压的测量方法，其特征在于该测量方法包括以下步骤：

(1)对电力系统进行过电压仿真计算，得到输电线路过电压与工频电压的理论倍数，根据该理论倍数，设定输电线路过电压的触发电压与输电线路工频电压的倍数k1，k1的取值小于理论倍数；

(2)设定输电线路无过电压，将光学电场传感器置于距待测输电线路10～20cm处；

(3)光学电场传感器感应输电线路中的电压，该电压经光学电场传感器转换为光功率信号，光功率信号经过光电转换，得到一个工频电压U1，将该工频电压作为测量参考电压；

(4)设定输电线路过电压的触发电压为k1×U1；

(5)利用步骤(2)的光学电场传感器，实时检测电力系统输电线路的电压，该电压经光学电场传感器处理后得到一个输出电压U2，对输出电压U2进行判断，若U2<k1×U1，则返回步骤(3)，若U2≥k1×U1，则判定输电线路中发生了过电压，并对该过电压U2进行采集和存储，利用过电压U2中暂态过程的波形，得到过电压幅值U3，将该过电压幅值U3与测量参考电压U1的幅值相比，得到输电线路的过电压倍数k2，k2＝U3/U1。