CN109581170A - 一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，属于电力电网领域。该系统包括电阻Rd、高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0、低压臂电容C0、电阻R、气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3、压敏电阻V4、分压电容Cf、分压电阻Rf、过电压在线监测装置和高压母线；高速数据采集单元将采集到的数据传送至数据处理模块，同时波形分析模块将波形展示模块、特征分析模块、波形记录模块、历史查询模块、界面管理模块和统计报表模块的数据也传送至数据处理模块进行处理，并储存在数据库中，数据传输模块将数据处理模块的数据传送至外界的终端。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，属于电力电网领域。
背景技术
电力系统运行的可靠性很大程度上取决于设备的绝缘水平及运行工况。变配电设备随时可能遭受雷击过电压及操作过电压的侵袭。绝缘事故在电力系统的各类事故中占大多数，而其中由于过电压引发的事故数量居多。监测、记录过电压的发生及变化过程，分析过电压的产生机理、波形特征及系统影响，对实现正确的绝缘配置和过电压抑制及保护，保障电力系统的可靠运行，有着重要的作用和意义。常规的故障录波装置等保护记录设备的测量精度和频率响应较差，主要用于稳态和等值频率不高的暂态过程记录，对雷电及等值频率较高的操作冲击不能有效监测，无法对异常现象进行准确的分析判断。
针对上述问题，有必要提供一种新型的雷击过电压在线监测系统，可具有极高响应频率的特性，能够完整准确的从母线获取各类过电压的实际电压波形，尤其是雷击过电压的高频电压波形，并予以存储或展示分析，为检修人员分析事故原因提供可靠依据，保障设备及电力系统的安全稳定运行，具有更强的实用性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，实现了雷击及暂态过电压过程的准确捕捉记录和过电压波形及数据的完整保存，为分析过电压的发生、发展过程及其对系统和设备的影响提供全面准确的数据资料，为分析事故原因、制定反事故措施提供真实可靠的依据。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，包括电阻Rd、高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0、低压臂电容C0、电阻R、气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3、压敏电阻V4、分压电容Cf、分压电阻Rf、过电压在线监测装置和高压母线；
所述电阻Rd依次与高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0和低压臂电容C0串联后接在高压母线上；
所述低压臂电阻R0与低压臂电容C0串联后，与分压电容Cf和分压电阻Rf串联后再进行并联，同时与气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3和压敏电阻V4并联，再接至过电压在线监测装置；
所述电阻R一端接在低压臂电阻R0与高压臂电容C1之间，电阻R另一端接在气体放电管V1与瞬变二极管V2之间；
所述过电压在线监测装置包括高速数据采集单元、波形分析模块、数据处理模块、数据传输模块和数据库；
所述高速数据采集单元将采集到的数据传送至数据处理模块，同时波形分析模块将波形展示模块、特征分析模块、波形记录模块、历史查询模块、界面管理模块和统计报表模块的数据也传送至数据处理模块进行处理，并储存在数据库中，数据传输模块将数据处理模块的数据传送至外界的终端。
进一步，所述高压臂电容C1和低压臂电阻R0之间还包括若干个依次串联的高压臂电阻Rn和高压臂电容Cn；
所述高压臂电阻R1＝高压臂电阻Rn＝高压臂电阻Rf，高压臂电容C1＝高压臂电容Cn＝高压臂电容Cf。
进一步，所述数据处理模块通过以太网总线和高速数据采集单元相连，获取高压母线的过电压记录数据，并在数据库存储、在波形分析模块展示和进一步分析；数据处理模块能够读取和设置高速数据采集单元的触发门槛电压、预触发参考位置、采样速率和采样深度配置参数；
所述特征分析模块能描述波形的时长、幅值、频率和陡度；
所述高速数据采集单元采用FPGA芯片XC6SLX150，内置高速RAM缓存和FIFO(FirstIn First Out)管理，FPGA(Field－Programmable Gate Array)外挂DDR2构成高速二级缓存，DDR2的访问速率达400MB/s，保证雷击及暂态过电压的大容量数据的高速采集与暂存处理；采用50MHz内同轴电缆完成低压信号的取样连接，调理电路采用差分放大器对弱信号进行处理，避免信号的频率失真和幅度失真；
所述FPGA通过本地32位数据总线，以DMA Burst工作方式和Power PC转存数据，将波形记录保存至CF卡中；CF卡容量最大为16GB，保存至少2560次采样频率为5MHz、记录长度为10周波的非压缩过电压波形数据；经Power PC的Z7R算法压缩后，保存的数据尺寸缩小到原始数据的十分之一以下；根据实际场景需求，FPGA的采样频率、触发条件和波形记录长度均能设置；
进一步，所述高速数据采集单元采用千兆以太网络双通信口，能接入到配电光纤环网中；通信协议采用标准FTP协议，具备MD5安全管理功能；当现场安装多套采集单元时，能通过网口将所有单元串联构成环形链路，具有断线通信自愈和通信异常报警功能，任何一处的网线中断不会影响单元的通信。
进一步，所述过电压在线监测装置安装于高压开关柜的内侧壁上，所述高压母线为矩形母线，所述数据传输模块和外界的终端之间通过无线网络或以太网线连接。
进一步，所述波形分析模块采用型号为xyDYJC的波形分析模块。
本发明的有益效果是：本发明采用具有高频响应特性的阻容串联分压器，可高频响应母线中的电压波形，从而能够完整准确的从母线中获取各类过电压的实际电压波形，尤其是雷击过电压的高频电压波形，并予以存储或展示分析，为检修人员分析事故原因提供可靠依据，保障设备及电力系统的安全稳定运行，具有更强的实用性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明过电压在线监测装置结构示意图；
图3为本发明实施例结构示意图；
图4为本发明实施例波形展示图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，包括电阻Rd、高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0、低压臂电容C0、电阻R、气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3、压敏电阻V4、分压电容Cf、分压电阻Rf、过电压在线监测装置和高压母线；
所述电阻Rd依次与高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0和低压臂电容C0串联后接在高压母线上；
所述低压臂电阻R0与低压臂电容C0串联后，与分压电容Cf和分压电阻Rf串联后再进行并联，同时与气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3和压敏电阻V4并联，再接至过电压在线监测装置；
所述电阻R一端接在低压臂电阻R0与高压臂电容C1之间，电阻R另一端接在气体放电管V1与瞬变二极管V2之间；
所述过电压在线监测装置包括高速数据采集单元、波形分析模块、数据处理模块、数据传输模块和数据库；
如图2所示，所述高速数据采集单元将采集到的数据传送至数据处理模块，同时波形分析模块将波形展示模块、特征分析模块、波形记录模块、历史查询模块、界面管理模块和统计报表模块的数据也传送至数据处理模块进行处理，并储存在数据库中，数据传输模块将数据处理模块的数据传送至外界的终端。
所述高压臂电容C1和低压臂电阻R0之间还包括若干个依次串联的高压臂电阻Rn和高压臂电容Cn；
所述高压臂电阻R1＝高压臂电阻Rn＝高压臂电阻Rf，高压臂电容C1＝高压臂电容Cn＝高压臂电容Cf。
所述数据处理模块通过以太网总线和高速数据采集单元相连，获取高压母线的过电压记录数据，并在数据库存储、在波形分析模块展示和进一步分析；数据处理模块能够读取和设置高速数据采集单元的触发门槛电压、预触发参考位置、采样速率和采样深度配置参数；
所述特征分析模块能描述波形的时长、幅值、频率和陡度；
所述高速数据采集单元采用Spartan-6系列FPGA芯片XC6SLX150，内置大容量高速RAM缓存和高效的FIFO管理，FPGA外挂DDR2构成高速二级缓存，DDR2的访问速率可达400MB/s，有效保证了雷击及暂态过电压的大容量数据的高速采集与暂存处理。FPGA通过本地32位数据总线，以DMA Burst工作方式和PowerPC转存数据，将波形记录保存至CF卡中。CF卡容量最大可达16GB，可保存至少2560次采样频率为5MHz、记录长度为10周波的非压缩过电压波形数据。经PowerPC的Z7R算法压缩后，保存的数据尺寸可缩小到原始数据的十分之一以下。为满足不同应用场合的需要，FPGA的采样频率、触发条件和波形记录长度均可设置。
由于过电压波形数据尺寸太大，采用传统的RS-485等串行通信效率低下，高速数据采集单元采用千兆以太网络双通信口，任一网口均可与远方通信，可接入到配电光纤环网中。通信协议采用标准FTP协议，具备MD5安全管理功能。当现场安装了多套采集单元时，可以通过网口将所有单元串联构成环形链路，具有断线通信自愈和通信异常报警功能，无需额外的交换设备即可实现全部单元的通信管理，任何一处的网线中断不会影响单元的可靠通信。
所述过电压在线监测装置安装于高压开关柜的内侧壁上，所述高压母线为矩形母线，所述数据传输模块和外界的终端之间通过无线网络或以太网线连接。
所述波形分析模块采用型号为xyDYJC的波形分析模块，不但可以实现波形复原功能，还能够对显示的波形进行拉伸、缩放等操作，同时还具有针对电压故障的类型的自动分析功能、设备台帐管理功能、过电压曲线监视功能和报表查询功能等功能，使得由所述波形分析仪构成的雷击过电压在线监测系统的应用功能更为强大、并且易于操作。
如图3所示，采用多组本发明的在线监测系统进行电压监测，在变电站安装运行，完成多次暂态过电压过程的准确捕捉记录。图4为系统运行期间记录的一组过电压波形，从波形判断，此次过电压与典型的间歇性电弧接地过电压波形相似，电压波头有振荡，故障相B相发生了单相间歇性弧光接地故障，在故障相和非故障相上引起高频振荡过电压。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：包括电阻Rd、高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0、低压臂电容C0、电阻R、气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3、压敏电阻V4、分压电容Cf、分压电阻Rf、过电压在线监测装置和高压母线；
所述电阻Rd依次与高压臂电阻R1、高压臂电容C1、低压臂电阻R0和低压臂电容C0串联后接在高压母线上；
所述低压臂电阻R0与低压臂电容C0串联后，与分压电容Cf和分压电阻Rf串联后再进行并联，同时与气体放电管V1、瞬变二极管V2、稳压二极管V3和压敏电阻V4并联，再接至过电压在线监测装置；
所述电阻R一端接在低压臂电阻R0与高压臂电容C1之间，电阻R另一端接在气体放电管V1与瞬变二极管V2之间；
所述过电压在线监测装置包括高速数据采集单元、波形分析模块、数据处理模块、数据传输模块和数据库；
所述高速数据采集单元将采集到的数据传送至数据处理模块，同时波形分析模块将波形展示模块、特征分析模块、波形记录模块、历史查询模块、界面管理模块和统计报表模块的数据也传送至数据处理模块进行处理，并储存在数据库中，数据传输模块将数据处理模块的数据传送至外界的终端。
2.根据权利要求1所述的一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：所述高压臂电容C1和低压臂电阻R0之间还包括若干个依次串联的高压臂电阻Rn和高压臂电容Cn；
所述高压臂电阻R1＝高压臂电阻Rn＝高压臂电阻Rf，高压臂电容C1＝高压臂电容Cn＝高压臂电容Cf。
3.根据权利要求1所述的一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：所述数据处理模块通过以太网总线和高速数据采集单元相连，获取高压母线的过电压记录数据，并在数据库存储、在波形分析模块展示和进一步分析；数据处理模块能够读取和设置高速数据采集单元的触发门槛电压、预触发参考位置、采样速率和采样深度配置参数；
所述特征分析模块能描述波形的时长、幅值、频率和陡度；
所述高速数据采集单元采用FPGA芯片XC6SLX150，内置高速RAM缓存和FIFO(First InFirst Out)管理，FPGA(Field－Programmable Gate Array)外挂DDR2构成高速二级缓存，DDR2的访问速率达400MB/s，保证雷击及暂态过电压的大容量数据的高速采集与暂存处理；采用50MHz内同轴电缆完成低压信号的取样连接，调理电路采用差分放大器对弱信号进行处理，避免信号的频率失真和幅度失真；
所述FPGA通过本地32位数据总线，以DMA Burst工作方式和Power PC转存数据，将波形记录保存至CF卡中；CF卡容量最大为16GB，保存至少2560次采样频率为5MHz、记录长度为10周波的非压缩过电压波形数据；经Power PC的Z7R算法压缩后，保存的数据尺寸缩小到原始数据的十分之一以下；根据实际场景需求，FPGA的采样频率、触发条件和波形记录长度均能设置。
4.根据权利要求3所述的一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：所述高速数据采集单元采用千兆以太网络双通信口，能接入到配电光纤环网中；通信协议采用标准FTP协议，具备MD5安全管理功能；当现场安装多套采集单元时，能通过网口将所有单元串联构成环形链路，具有断线通信自愈和通信异常报警功能，任何一处的网线中断不会影响单元的通信。
5.根据权利要求1所述的一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：所述过电压在线监测装置安装于高压开关柜的内侧壁上，所述高压母线为矩形母线，所述数据传输模块和外界的终端之间通过无线网络或以太网线连接。
6.根据权利要求1所述的一种高频响应带宽雷击过电压在线监测系统，其特征在于：所述波形分析模块采用型号为xyDYJC的波形分析模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190405 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |