CN105046018A

CN105046018A - 一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置及监测方法

Info

Publication number: CN105046018A
Application number: CN201510512930.XA
Authority: CN
Inventors: 彭晶; 刘红文; 王科; 谭向宇; 刘光祺; 彭兆裕; 程志万
Original assignee: Electric Power Research Institute of Yunnan Power System Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Yunnan Power System Ltd
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明涉及一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测方法及装置。该装置由平板电极(1)、低压臂电容(2)、电光转换器(3)、光纤(4)、光电转换器(5)、波形记录仪(6)组成。该装置由于采用非接触的方式对线路过电压进行测量，故具有安装方便、不影响一次设备运行、安全性好、监测精度高、成本低廉、易于推广等优点。

Description

一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及高电压测量技术，特别是涉及一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置及监测方法。

背景技术

在电力系统中，由于雷电、电磁能量的转换会使系统电压产生瞬间升高，其值可能大大超过电气设备的最高工频运行电压，这就是过电压。过电压会造成电气设备的绝缘损坏、使系统供电中断等重大事故。

由于电力系统接线的复杂性和系统故障、操作形式的多样性，电力系统内可能产生的过电压种类会有差别，其特征和危害性也各有不同。为了研究各种过电压产生的机理，掌握不同类型过电压的特征，为防雷装置和绝缘设计提供数据参考，需要对过电压进行实际测量。

近年来，在电网中已有一些过电压监测装置投入运行，但目前对于过电压信号的获取大多数采用的是高压电阻式或电容式分压器。例如一些特制的电压传感器组成套管分压系统，从电容式套管的末屏抽头处获取电压信号的方法，实现对电网过电压信号的实时采集。但是，在系统中安装分压器，额外增加了系统中一次设备投入。而且这种套管末屏电压传感器也存在末屏接地线断线或传感器断路造成末屏放电的潜在危险，给电网的安全运行带来潜在风险。对系统的运行来说，既不经济，也不安全。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测方法及装置，该装置由于采用非接触的方式对线路过电压进行测量，故具有安装方便、不影响一次设备运行、安全性好、监测精度高、成本低廉、易于推广等优点，从而解决现有技术中的不足。

本发明所述一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置由平板电极、低压臂电容、电光转换器、光纤、光电转换器、波形记录仪组成。其中，平板电极安装于杆塔附近、线路某相正下方；低压臂电容上端与平板电极及电光转换器电气连接，下端与大地电气连接；电光转换器前端与平板电极及低压臂电容电气连接，后端通过光纤与光电转换器连接；光电转换器前端通过光纤与电光转换器连接，后端与波形记录仪电气连接。

本发明所述平板电极与线路某相之间存在杂散电容，杂散电容的电容量为C₁；所述低压臂电容的电容量为C₂。

本发明所述平板电极、低压臂电容、电光转换器整体封装在金属屏蔽外壳内，通过光纤与外部通信，以屏蔽现场的其他复杂电磁信号的干扰；平板电极与金属屏蔽外壳间采用绝缘支架进行支撑和绝缘。金属屏蔽外壳与大地电气连接。

本发明通过有限元分析得到杂散电容的电容量C₁，进而计算得到线路过电压值U₁；本发明所述通过有限元分析得到杂散电容的电容量C₁的步骤为：

步骤1：充分考虑线路、杆塔、周围环境等结构特征后，建立杆塔、线路、周围环境、空气域三维模型；

步骤2：赋予特性，如单元类型、材料属性；

步骤2：划分网格；

步骤3：施加载荷和边界条件；

步骤4：开始进行有限元分析计算；

步骤5：对有限元分析计算结果进行后处理，得到杂散电容的电容量C₁；

本发明所述线路过电压U₁的计算公式为：

U_{1} = \frac{C_{1} + C_{2}}{C_{1}} \times U_{2}

其中：

U₂——波形记录仪采集到的电压有效值。

本发明的有益效果是：采用非接触的方式对线路过电压进行测量，具有安装方便、不影响一次设备运行、安全性好、监测精度高、成本低廉、易于推广等优点。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1所示的为一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置；图中：1、平板电极；2、低压臂电容；3、电光转换器；4、光纤；5、光电转换器；6、波形记录仪；7、杆塔；8、线路；9、大地；10、杂散电容；

图2所示的为平板电极、低压臂电容、电光转换器整体封装在金属屏蔽外壳内的示意图；图中：1、平板电极；2、低压臂电容；3、电光转换器；4、光纤；9、大地；11、金属屏蔽外壳；12、绝缘支架；

图3为通过有限元分析得到杂散电容(10)的电容量C₁，进而计算得到线路过电压值U₁的步骤。

具体实施方式

图1所示的为一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置。该装置由平板电极1、低压臂电容2、电光转换器3、光纤4、光电转换器5、波形记录仪6组成。其中，平板电极1安装于杆塔7附近、线路8下方；低压臂电容2上端与平板电极1及电光转换器3电气连接，下端与大地9电气连接；电光转换器3前端与平板电极1及低压臂电容2电气连接，后端通过光纤4与光电转换器5连接；光电转换器5前端通过光纤4与电光转换器3连接，后端与波形记录仪6电气连接。

图2所示的为平板电极、低压臂电容、电光转换器整体封装在金属屏蔽外壳内的示意图。平板电极1、低压臂电容2、电光转换器3整体封装在金属屏蔽外壳内，通过光纤4与外部通信，以屏蔽现场的其他复杂电磁信号的干扰；平板电极1与金属屏蔽外壳5间采用绝缘支架6进行支撑和绝缘。

图3为通过有限元分析得到杂散电容10的电容量C₁，进而计算得到线路过电压值U₁的步骤。通过有限元分析得到杂散电容10的电容量C₁的步骤为：

步骤1：充分考虑线路、杆塔、周围环境等结构特征后，建立杆塔7、线路8周围环境、空气域三维实体模型；

步骤2：划分网格，得到有限元模型；

步骤3：施加载荷和边界条件；

步骤4：开始进行有限元分析计算；

步骤5：对有限元分析计算结果进行后处理，得到得到杂散电容10的电容量C₁。

Claims

1.一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置，其特征在于：由平板电极(1)、低压臂电容(2)、电光转换器(3)、光纤(4)、光电转换器(5)、波形记录仪(6)组成。其中，平板电极(1)安装于杆塔(7)附近的线路(8)某相正下方；低压臂电容(2)上端与平板电极(1)及电光转换器(3)电气连接，下端与大地(9)电气连接；电光转换器(3)前端与平板电极(1)及低压臂电容(2)电气连接，后端通过光纤(4)与光电转换器(5)连接；光电转换器(5)后端与波形记录仪(6)电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置，其特征在于：所述平板电极(1)与线路(8)某相之间存在杂散电容(10)，杂散电容(10)的电容量为C₁；所述低压臂电容(2)的电容量为C₂。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置，其特征在于：所述平板电极(1)、低压臂电容(2)、电光转换器(3)整体封装在金属屏蔽外壳(11)内，通过光纤(4)与外部通信，以屏蔽现场的其他复杂电磁信号的干扰；平板电极(1)与金属屏蔽外壳(11)间采用绝缘支架(12)进行支撑和绝缘；金属屏蔽外壳(11)与大地(9)电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的非接触线路过电压监测装置的监测方法，其特征在于：通过有限元分析得到杂散电容(10)的电容量C₁，进而计算得到线路过电压值U₁；通过有限元分析得到杂散电容(10)的电容量C₁的步骤为：

步骤1：充分考虑线路、杆塔、周围环境等结构特征后，建立杆塔(7)、线路(8)、周围环境、空气域三维模型；

步骤2：赋予特性，如单元类型、材料属性；

步骤2：划分网格；

步骤3：施加载荷和边界条件；

步骤4：开始进行有限元分析计算；

步骤5：对有限元分析计算结果进行后处理，得到杂散电容(10)的电容量C₁；

所述线路过电压U₁的计算公式为：

U_{1} = \frac{C_{1} + C_{2}}{C_{1}} \times U_{2}

其中：

U₂——波形记录仪(6)采集到的电压有效值。