CN106208024A - 一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置 - Google Patents

Abstract

一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，包括监测模块、一次消谐器、二次消谐装置和效果评估模块，所述监测模块包括参数确定单元，状态评估单元和预警单元，所述一次消谐器内置有电流互感器，所述二次消谐装置包括控制单元、消谐单元和显示单元。本发明将在线监测技术和消谐技术相结合，进行优势互补，最大程度的提高了效率，保证了设备安全稳定运行。

Description

一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置

技术领域

本发明创造涉及消谐器领域，具体涉及一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置。

背景技术

我国35kV以下电网大多数采用电源中性点不接地运行方式，电网母线上电磁式电压互感器一次绕组成为中性点不接地电网对地的唯一金属通道，电网相对地电容的充、放电途径必然通过电压互感器一次绕组。当电网发生单相接地故障时，故障点会流过电容电流，健全相的电压升高到线电压，其对地电容上充以与线电压相应的电荷。一旦接地故障消失，这时电流通路被切断，而非接地相必须由线电压瞬间恢复到正常相电压水平。但是由于接地故障已断开，非接地相在接地期间已经充电至线电压下的电荷，就只有通过电压互感器高压绕组，经其原来接地的中性点进入大地，电压互感器一次绕组中会出现数安培幅值的涌流，将电压互感器高压熔丝熔断。在这一瞬变过程中，电压互感器高压绕组中将会流过一个幅值很高的低频饱和电流，使电压互感器铁芯严重饱和，饱和后的电电压互感器感器励磁电感变小，电网对地阻抗趋于感性，此时若电网的对地电感与对地电容相匹配，就形成三相或单相共振回路，可激发各种铁磁谐振过电压。另外，电网中的单相弧光接地、由于雷击或其他原因线路瞬时接地，使健全相电压突然上升，产生很大的涌流，也会使电压互感器烧毁。

国内通常的做法是在开口三角加装微机消谐装置或在PT中性点串一次消谐器。由单片机控制的微机消谐装置，当发生谐振时，装置的鉴频系统采集大约100ms(5周期)左右的数据量，通过FFT变换分析出谐波成分及幅值，相应地投入“消谐电阻”吸收谐振能量，消除铁磁谐振。在消除谐振方面，存在滞后现象，长期单独使用，对电压互感器会造成损害。一次消谐器以压敏元件消谐器为主，在PT正常运行时，压敏型阻抗极大，影响PT的测量精度；在持续长时间的弧光接地短路时，非线性电阻的热容量难以满足散热要求，会发生热击穿；由于压敏元件装在密封件中，长期使用时运行状况无法实时监测。随着国家智能电网发展需要，尤其是在线监测实施应用，上述技术标准的消谐器已经不能满足生产需要。

发明内容

本发明创造的目的在于提供一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，将在线监测技术和消谐技术相结合，进行优势互补，最大程度的提高了效率，保证了设备安全稳定运行。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，包括监测模块、一次消谐器、二次消谐装置和效果评估模块，所述监测模块包括参数确定单元，状态评估单元和预警单元，所述一次消谐器内置有电流互感器，所述二次消谐装置包括控制单元、消谐单元和显示单元。

优选地，监测模块采用无线传感器网络对输电线路进行实时监测。

优选地，所述参数确定单元根据谐振过电压的故障原因确定监测对象和监测参数，首先对监测对象进行一级分类，划分为导线、绝缘子、气象条件和公共安全条件四类，对每一监测对象对应的监测参数进行二级分类，其中，导线的监测参数确定为拉力、振动、倾角、覆冰，绝缘子的监测参数确定为拉力、倾角、风偏、电流泄露，气象条件的监测参数确定为温度、湿度、日照、雨量、风速、风向，公共安全条件的监测参数确定为雷击、火灾、鸟害；

优选地，所述状态评估单元根据谐振过电压的故障原因占比分配各监测参数权重，确定状态评估指标Z：

Z＝Dδ₁+Jδ₂+Qδ₃+Gδ₄；

$D=\frac{d_1+d_2+d_3+d_4}{4};$

$J=\frac{j_1+j_2+j_3+j_4}{4};$

$Q=\frac{q_1+q_2+q_3+q_4+q_5+q_6}{6};$

$G=\frac{g_1+g_2+g_3}{3};$

式中，D、J、Q、G分别表示导线、绝缘子、气象条件和公共安全的综合监测量，δ₁、δ₂、δ₃、δ₄分别表示与导线、绝缘子、气象条件和公共安全综合监测量相对应的权重，d₁、d₂、d₃、d₄分别表示导线的各监测参数对应的归一化监测量，j₁、j₂、j₃、j₄分别表示绝缘子的各监测参数对应的归一化监测量，q₁、q₂、q₃、q₄、q₅、q₆分别表示气象条件的各监测参数对应的归一化监测量，g₁、g₂、g₃分别表示公共安全条件的各监测参数对应的归一化监测量。

优选地，所述预警单元在状态评估指标偏离正常值时，确定异常监测参数，发出相应预警。

优选地，其特征在于，一次消谐器串联在电压互感器一次侧中性点与地之间。

优选地，所述一次消谐器为电流型一次消谐器，其上设置有电流输出口端子，

优选地，所述控制单元包括微处理器、与微处理器连接的信号输入板、信号输出板和电源板；

所述信号输入板设置有电流输入口端子CT1、电流输入口端子CT2，所述电流输入口端子CT1、电流输入口端子CT2与一次消谐器电流输出口端子连接；

所述信号输入板上还设置有电压互感器三相电压接口端子和开口电压接口端子，所述信号输出板上设置有报警接口，所述报警接口包括欠压报警接口、过压报警接口、谐振报警接口、失电报警接口、故障报警接口，各报警接口均含两个接口端子。

所述一次消谐器、二次消谐装置控制单元的电压互感器三相电压接口端子TVa-a(43)、TVb-a(44)、TVc-a(45)和开口电压接口端子TVa-da(46)均与电压互感器连接。

优选地，所述消谐单元包括继电器开关K₁、继电器开关K₂、电阻R、电容C、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄，继电器开关K₁为双刀单掷、继电器开关K₂为单刀单掷，电容器C为电解液电容器，二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄构成桥式整流电路；

所述桥式整流电路第一输出端(P1)和第三输出端(P3)分别与电容C两端相连，第二输出端(P2)和第四输出端(P4)通过继电器开关K1与电压互感器开口三角两端相连，继电器开关K2与电阻R串联后与电容C并联连接。

优选地，效果评估模块能够对一次消谐器和二次消谐装置的消谐效果进行评估。

有益效果：参数确定单元充分考虑了导致谐振过电压的故障原因并对其进行充分监测，为从源头上排除故障打下了基础；状态评估指标的建立，将不同量级和单位的参数整合在一起，便于直观快速地了解电网实时运行状态；电流型一次消谐器能够实现连续快速消谐，谐振过电压幅值越大，消谐时间越短，克服了传统压敏型一次消谐器不能彻底消除谐振过电压的缺点，还能够限制电压互感器熔丝熔断后因能量不足不能灭弧引发的母线短路事故；加装二次消谐装置，能够消除分频、工频、倍频电压互感器铁磁谐振，实时监测一次消谐器的运行状态，记录故障时刻各电参量波形，利于对事故进行直观判断，还能够上传、存储谐振过电压的频率幅值。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明一次消谐器和二次消谐装置控制单元连接示意图；

图3是本发明二次消谐装置消谐单元的示意图；

图4是本发明二次消谐装置控制单元的端子连接图。

附图标记：监测模块10；一次消谐器20；二次消谐装置30；效果评估模块40；控制单元1；微处理器2；信号输入板3；信号输出板4；电源板5；电流互感器6；电流输出口端子7；报警接口8；欠压报警接口81；过压报警接口82；谐振报警接口83；失电报警接口84；故障报警接口85；电流输入口端子CT1 41；电流输入口端子CT2 42；TVa-a 43；TVb-a 44；TVc-a 45；TVa-da 46。

具体实施方式

参见图1，图2，图3，图4，一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，包括监测模块10、一次消谐器20、二次消谐装置30和效果评估模块40，所述监测模块10包括参数确定单元，状态评估单元和预警单元，所述一次消谐器20内置有电流互感器6，所述二次消谐装置30包括控制单元1、消谐单元和显示单元。

优选地，监测模块采用无线传感器网络对输电线路进行实时监测；

优选地，所述参数确定单元根据谐振过电压的故障原因确定监测对象和监测参数，首先对监测对象进行一级分类，划分为导线、绝缘子、气象条件和公共安全条件四类，对每一监测对象对应的监测参数进行二级分类，其中，导线的监测参数确定为拉力、振动、倾角、覆冰，绝缘子的监测参数确定为拉力、倾角、风偏、电流泄露，气象条件的监测参数确定为温度、湿度、日照、雨量、风速、风向，公共安全条件的监测参数确定为雷击、火灾、鸟害；

参数确定单元充分考虑了导致谐振过电压的故障原因并对其进行充分监测，为从源头上排除故障打下了基础；

优选地，所述状态评估单元根据谐振过电压的故障原因占比分配各监测参数权重，确定状态评估指标Z：

Z＝Dδ₁+Jδ₂+Qδ₃+Gδ₄；

$D=\frac{d_1+d_2+d_3+d_4}{4};$

$J=\frac{j_1+j_2+j_3+j_4}{4};$

$Q=\frac{q_1+q_2+q_3+q_4+q_5+q_6}{6};$

$G=\frac{g_1+g_2+g_3}{3};$

式中，D、J、Q、G分别表示导线、绝缘子、气象条件和公共安全的综合监测量，δ₁、δ₂、δ₃、δ₄分别表示与导线、绝缘子、气象条件和公共安全综合监测量相对应的权重，d₁、d₂、d₃、d₄分别表示导线的各监测参数对应的归一化监测量，j₁、j₂、j₃、j₄分别表示绝缘子的各监测参数对应的归一化监测量，q₁、q₂、q₃、q₄、q₅、q₆分别表示气象条件的各监测参数对应的归一化监测量，g₁、g₂、g₃分别表示公共安全条件的各监测参数对应的归一化监测量；

状态评估指标的建立，将不同量级和单位的参数整合在一起，便于直观快速地了解电网实时运行状态；

优选地，所述预警单元在状态评估指标偏离正常值时，确定异常监测参数，发出相应预警；

维修人员根据预警单元监测到的参数异常情况采取相应的维修策略，是保障设备正常运行的第一道防线。

优选地，一次消谐器20，串联在电压互感器一次侧中性点与地之间，用于发生谐振过电压故障时对过电压进行消除；

加装一次消谐器20，当单相接地电容电流小于一定的值时，不会在电压互感器一次绕组中出现较大的电流，对电压互感器和高压熔丝无任何影响，给设备的安全运行增加了一层防护；

优选地，所述一次消谐器20为电流型一次消谐器，其上设置有电流输出口端子7；

电流型一次消谐器能够实现连续快速消谐，谐振过电压幅值越大，消谐时间越短，克服了传统压敏型一次消谐器不能彻底消除谐振过电压的缺点，还能够限制电压互感器熔丝熔断后因能量不足不能灭弧引发的母线短路事故。

优选地，二次消谐装置30，当一次消谐器20运行异常时，二次消谐装置30发出报警信号并自动投入消谐；

所述控制单元1包括微处理器2、与微处理器2连接的信号输入板3、信号输出板4和电源板5；

所述信号输入板3设置有电流输入口端子CT1 41、电流输入口端子CT2 42，所述电流输入口端子CT1 41、电流输入口端子CT2 42与一次消谐器20电流输出口端子7连接；

所述信号输入板3上设置有电压互感器三相电压接口端子和开口电压接口端子，所述信号输出板4上设置有报警接口8，所述报警接口包括欠压报警接口81、过压报警接口82、谐振报警接口83、失电报警接口84、故障报警接口85，各报警接口均含两个接口端子；

所述一次消谐器20、二次消谐装置30控制单元1的电压互感器三相电压接口端子TVa-a(43)、TVb-a(44)、TVc-a(45)和开口电压接口端子TVa-da(46)均与电压互感器连接，如果发生电压互感器铁磁谐振，一次消谐器20先于二次消谐装置30动作。二次消谐装置30检测到是某种频率的铁磁谐振，发出报警、并自动存储相关数据。与此同时，二次消谐装置30检测流过一次消谐器20的电流值是否在正常范围内，判断一次消谐器20是否处于正常状态，并将一次消谐的信息进行存储、输出；

优选地，所述消谐单元包括继电器开关K₁、继电器开关K₂、电阻R、电容C、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄，继电器开关K₁为双刀单掷、继电器开关K₂为单刀单掷，电容器C为电解液电容器，二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄构成桥式整流电路；

所述桥式整流电路第一输出端(P1)和第三输出端(P3)分别与电容C两端相连，第二输出端(P2)和第四输出端(P4)通过继电器开关K1与电压互感器开口三角两端相连，继电器开关K2与电阻R串联后与电容C并联连接；

正常情况下，继电器开关K1和继电器开关K2断开，电容C通过外接电源充电，维持在意个恒定的电压，满足电解液电容器工作条件，当一次消谐器20运行异常时，控制单元1发出指令，继电器开关K1合上，电容C通过电阻R放电，经过一段时间后放电完毕，继电器开关K1断开，继电器开关K2合上，此时电容C并联到电压互感器开口三角两端，吸收谐振能量，经过一段时间电容C充电完毕，继电器开关K2断开，继电器开关K1合上，电容C再一次通过放电电阻R释放吸收的谐振能量，继电器开关K1和继电器开关K2交替动作，使得电容C充分吸收谐振能量，从而达到消除谐振的目的；

所述显示单元用于显示报警信息、一次消谐器20运行情况和故障时刻各电参量波形；

加装二次消谐装置30，能够消除分频、工频、倍频电压互感器铁磁谐振，实时监测一次消谐器20的运行状态，记录故障时刻各电参量波形，利于对事故进行直观判断，还能够上传、存储谐振过电压的频率幅值。

优选地，效果评估模块40，对一次消谐器20和二次消谐装置30的消谐效果进行评估。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，包括监测模块、一次消谐器、二次消谐装置和效果评估模块，所述监测模块包括参数确定单元，状态评估单元和预警单元，所述一次消谐器内置有电流互感器，所述二次消谐装置包括控制单元、消谐单元和显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，监测模块采用无线传感器网络对输电线路进行实时监测。

3.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，所述参数确定单元根据谐振过电压的故障原因确定监测对象和监测参数，首先对监测对象进行一级分类，划分为导线、绝缘子、气象条件和公共安全条件四类，对每一监测对象对应的监测参数进行二级分类，其中，导线的监测参数确定为拉力、振动、倾角、覆冰，绝缘子的监测参数确定为拉力、倾角、风偏、电流泄露，气象条件的监测参数确定为温度、湿度、日照、雨量、风速、风向，公共安全条件的监测参数确定为雷击、火灾、鸟害。

4.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，所述状态评估单元根据谐振过电压的故障原因占比分配各监测参数权重，确定状态评估指标Z：

Z＝Dδ₁+Jδ₂+Qδ₃+Gδ₄；

式中，D、J、Q、G分别表示导线、绝缘子、气象条件和公共安全的综合监测量，δ₁、δ₂、δ₃、δ₄分别表示与导线、绝缘子、气象条件和公共安全综合监测量相对应的权重，d₁、d₂、d₃、d₄分别表示导线的各监测参数对应的归一化监测量，j₁、j₂、j₃、j₄分别表示绝缘子的各监测参数对应的归一化监测量，q₁、q₂、q₃、q₄、q₅、q₆分别表示气象条件的各监测参数对应的归一化监测量，g₁、g₂、g₃分别表示公共安全条件的各监测参数对应的归一化监测量。

5.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特 征在于，所述预警单元在状态评估指标偏离正常值时，确定异常监测参数，发出相应预警。

6.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，一次消谐器串联在电压互感器一次侧中性点与地之间。

7.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，所述一次消谐器为电流型一次消谐器，其上设置有电流输出口端子。

8.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，所述控制单元包括微处理器、与微处理器连接的信号输入板、信号输出板和电源板；

所述信号输入板设置有电流输入口端子CT1、电流输入口端子CT2，所述电流输入口端子CT1、电流输入口端子CT2与一次消谐器电流输出口端子连接；

所述信号输入板上还设置有电压互感器三相电压接口端子和开口电压接口端子，所述信号输出板上设置有报警接口，所述报警接口包括欠压报警接口、过压报警接口、谐振报警接口、失电报警接口、故障报警接口，各报警接口均含两个接口端子。

所述一次消谐器、二次消谐装置控制单元的电压互感器三相电压接口端子TVa-a(43)、TVb-a(44)、TVc-a(45)和开口电压接口端子TVa-da(46)均与电压互感器连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，所述消谐单元包括继电器开关K₁、继电器开关K₂、电阻R、电容C、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄，继电器开关K₁为双刀单掷、继电器开关K₂为单刀单掷，电容器C为电解液电容器，二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄构成桥式整流电路；

所述桥式整流电路第一输出端(P1)和第三输出端(P3)分别与电容C两端相连，第二输出端(P2)和第四输出端(P4)通过继电器开关K1与电压互感器开口三角两端相连，继电器开关K2与电阻R串联后与电容C并联连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于能够监测流敏元件状态的消除谐振过电压装置，其特征在于，效果评估模块能够对一次消谐器和二次消谐装置的消谐效果进行评估。