CN105158554A - 电网过电压在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网过电压在线监测系统，包括高压分压器、信号处理单元、采集单元、主控计算机，在变电站三相母线上每相分别安装高压分压器，所述高压分压器从低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号处理单元，所述信号处理单元把高压分压器传输的信号进行二次分压，并产生触发信号，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元，采集单元接收到触发信号后进行模数转换和存储，通过主控计算机的PCI总线将数据读入主控计算机进行存储和处理。本发明可实现实时在线监测、自动跟踪电力系统内外过电压，能在过电压发生时完整、准确地同时记录下三相过电压波形及相关信息。

Description

电网过电压在线监测系统

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及电网过电压在线监测系统。

背景技术

电网运行的可靠性在很大程度上取决于电力系统中电气设备的绝缘水平及工况，而电力系统中常出现的内、外部过电压是影响设备绝缘状态的最主要因素。通过对变电站瞬时过电压的在线监测，分析供电系统中各种过电压类型、产生原因（包括雷击过电压、配网传递过电压、谐振过电压、开关投切过电压）和对电力系统造成的影响，从而实现对现有过电压保护措施的动态评估。在此基础上综合多种保护手段，提出改进方案，并通过仿真分析验证其合理性以及可行性。改进方案的应用，将有效减少过电压、低电压及电能质量对系统和设备造成的危害，提高系统供电质量和安全可靠性。

随着设备可靠运行和供电安全性要求的不断提高，电力系统过电压的监测与记录就显得尤为重要，它能为分析过电压事故的原因提供真实资料和重要依据。常规的保护记录装置或者故障录波装置只能记录工频的过电压信息，而要获得一些变化过程十分迅速或者频率分量丰富的过电压信息，常规装置则显得无能为力。于是，需要研发一种高性能、自动化的过电压监测与记录功能模块，它能判断电网中有无过电压发生，并监测电网中发生的各种内、外过电压，完整准确的记录过电压发生的过程，记录过电压的波形及各种参数(频率、幅值、波形陡度等)，存储事故发生前后过电压的进程和对电网电压的影响，为事故分析提供可靠的依据，也为电力系统的安全运行和故障诊断提供技术支持。

通过对变电站瞬时过电压的在线监测，分析供电系统中各种过电压类型、产生原因和对系统造成的影响，从而实现对现有过电压保护措施的动态评估。在此基础上综合多种保护手段，提出改进方案。改进方案的应用，将有效减少过电压、低电压及电能质量对系统和设备造成的危害，提高系统供电质量和安全可靠性。瞬时过电压在线实时监测装置及方案的实施将有效减少设备的绝缘损坏，提高系统运行安全和稳定性。

发明内容

本发明提供一种电网过电压在线监测系统，可实现实时在线监测、自动跟踪电力系统内外过电压，能在过电压发生时完整、准确地同时记录下三相过电压波形及相关信息。

本发明采用以下技术方案:

电网过电压在线监测系统，包括高压分压器、信号处理单元、采集单元、主控计算机，在变电站三相母线上每相分别安装高压分压器，所述高压分压器从低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号处理单元，所述信号处理单元把高压分压器传输的信号进行二次分压，并产生触发信号，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元，采集单元接收到触发信号后进行模数转换和存储，通过主控计算机的PCI总线将数据读入主控计算机进行存储和处理。

所述采集单元包括模数转换模块、缓冲区SDRAM模块、PCI20614接口模块、数据采集系统外围电路、数据存储模块，所述模数转换模块采用高速模数转换器，使其在指定数据率的情况下为14位数据提供了精确的数字输出错误修正，保证了在整个操作温度范围内没有误码；用户通过应用程序对PCI设备进行操作时，PCI20614接口模块完成了将命令类型从PCI局部总线向本地总线的传递；数据存储模块采用SATA硬盘作为数据存储体。

数据采集系统外围电路包括FPGA控制逻辑电路、配置电路，所述FPGA控制逻辑电路与配置电路、时钟模块、编程下载接口相连。

所述信号处理单元至少包括前置信号处理模块。

本发明的有益效果：该电网过电压在线监测系统，实时在线监测、自动跟踪电力系统内外过电压，能在过电压发生时完整、准确地同时记录下三相过电压波形及相关信息每通道数量可根据用户要求定制；每通道可独立工作，满足雷电、操作、谐振和工频过电压的记录要求采集全过程可对采样速率、采样深度、参考位置等参数手动或自动设置可查询已保存的过电压历史数据，实现对过电压波形的多种操作（如拉伸、缩放、通道选择等）。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明工作原理框图；

图中：1、三相母线，2、高压分切器、3、信号处理单元，4、采集单元，5、PCI总线，6、主控计算机，7、前置信号处理模块，8、模数转换模块，9、缓冲区SDRAM模块，10、PCI20614接口模块，11、配置电路，12、FPGA控制逻辑电路，13、编程下载接口，14、时钟模块。

下面结合附图和具体实施例对本明作进一步阐述。

如图1-2所示，电网过电压在线监测系统，包括高压分压器2、信号处理单元3、采集单元4、主控计算机6，在变电站三相母线1上每相分别安装高压分压器2，所述高压分压器2从低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号处理单元3，所述信号处理单元3把高压分压器2传输的信号进行二次分压，并产生触发信号，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元4，采集单元4接收到触发信号后进行模数转换和存储，通过主控计算机6的PCI总线5将数据读入主控计算机6进行存储和处理。

所述信号处理单元3至少包括前置信号处理模块7，所述采集单元4模数转换模块8、缓冲区SDRAM模块9、PCI20614接口模块10、数据采集系统外围电路、数据存储模块，所述模数转换模块8采用高速模数转换器，使其在指定数据率的情况下为14位数据提供了精确的数字输出错误修正，保证了在整个操作温度范围内没有误码；用户通过应用程序对PCI设备进行操作时，PCI20614接口模块10完成了将命令类型从PCI局部总线向本地总线的传递；数据存储模块采用SATA硬盘作为数据存储体。

数据采集系统外围电路包括FPGA控制逻辑电路12、配置电路11，所述FPGA控制逻辑电路12与配置电路11、时钟模块14、编程下载接口13相连。

本发明电网过电压在线监测系统工作原理是：在FPGA的时序控制下，把模拟信号经A/D采样后的信号，存储到SDRAM存储器中。当SDRAM存储器中的数据达到半满状态后，由FPGA控制逻辑产生中断信号给PCI9054总线控制器，PCI20164向系统申请总线控制权，通过DMA传输把数据读到系统内存中存储或处理。本发明的采样速率：最高实时采样率可达20MS/s。采样速率从1KS/s到20MS/s范围内可以设定。采样精度：14位A/D测量误差：对于上升时间1μs波形，脉冲幅值误差<5％，时间长度误差<5％。记录时间长度：10MS/s采样速率下可记录过电压前后共800ms波形，前后记录时间可以设定；在1MS/s采样速率下，可记录8s（400个工频周期）波形据；记录周期数，可随采样速率降低倍数成比例增长。存储次数：无限制（取决于工控机硬盘大小，目前200G满足长期记录要求）。记录容量：每通道8M大容量板载内存，工控机虚拟内存可根据需要扩充。具备多个同步采样通道，可记录多段母线A、B、C三相波形。每通道独立工作，满足雷电、操作、谐振和工频过电压的记录要求。电压事件启动：可在波形的峰值或波形上升时间改变等条件下，启动一次记录。同时满足在线监测与现场试验要求。具有波形复原功能，可对波形进行操作（如拉伸、缩放、通道选择等），附带的两组光标使测量更方便、更准确，具有良好的可扩展性。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.电网过电压在线监测系统，其特征在于，包括高压分压器、信号处理单元、采集单元、主控计算机，在变电站三相母线上每相分别安装高压分压器，所述高压分压器从低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号处理单元，所述信号处理单元把高压分压器传输的信号进行二次分压，并产生触发信号，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元，采集单元接收到触发信号后进行模数转换和存储，通过主控计算机的PCI总线将数据读入主控计算机进行存储和处理。

2.根据权利要求1所述的电网过电压在线监测系统，其特征在于，所述采集单元包括模数转换模块、缓冲区SDRAM模块、PCI20614接口模块、数据采集系统外围电路、数据存储模块，所述模数转换模块采用高速模数转换器，使其在指定数据率的情况下为14位数据提供了精确的数字输出错误修正，保证了在整个操作温度范围内没有误码；用户通过应用程序对PCI设备进行操作时，PCI20614接口模块完成了将命令类型从PCI局部总线向本地总线的传递；数据存储模块采用SATA硬盘作为数据存储体。

3.根据权利要求2所述的电网过电压在线监测系统，其特征在于，数据采集系统外围电路包括FPGA控制逻辑电路、配置电路，所述FPGA控制逻辑电路与配置电路、时钟模块、编程下载接口相连。

4.根据权利要求1所述的电网过电压在线监测系统，其特征在于，所述信号处理单元至少包括前置信号处理模块。