CN109709383A - 一种过电压监测装置的触发单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过电压监测装置的触发单元结构，它包括：电压采集器，电压比较器输入端与过电压信号输入源连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接；电压比较器输入端上串联有滤波器，滤波器的输入端与电压源连接，滤波器的输出端与电压比较器输入端连接；提高了波形数据的完整性，对其波形还原的精度提高，能更直观的反应系统过电压的特征。对于各种不同类型的过电压波，采取不同模式的触发方式，不仅对电压幅值进行采集，还对其变化率进行采集，适用于各种类型过电压应用范围广。

Description

一种过电压监测装置的触发单元结构

技术领域

本发明属于过电压监测技术，尤其涉及一种过电压监测装置的触发单元结构。

背景技术

随着经济的不断发展和用电负荷的不断增加，电网结构日趋复杂，无论变电站还是线路都会经常遭受各种过电压事故，导致电气设备绝缘击穿，供电中断，严重影响着供电的可靠性。运行经验和研究表明，电力系统的安全可靠稳定运行于其绝缘水平和过电压大小密切相关。

电力系统中的过电压类型多种多样，产生原因也各不相同。总体来讲过电压可分为两大类型，即外部过电压和内部过电压。外部过电压即是雷电过电压。雷电是自然界中的气体放电现象，雷云放电所产生的雷电流可高达数十、甚至数百千安，从而在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘事故的主要原因之一，对电力系统的安全运行产生严重的危害。雷电过电压的特点是电压幅值高、持续时间短、上升陡度大，因而对电气设备的危害极大。

内部过电压由断路器的操作或系统故障，使系统参数发生变化，由此引起的电力系统内部电磁能量转化或传递的过渡过程中，在系统中产生的过电压。内部过电压持续时间较长，击穿电压小于雷电击穿电压，同样对电力设备造成严重危害。通常按产生原因将内部过电压分为操作过电压和暂时过电压。操作过电压一般持续时间在100ms以内；暂时过电压包括谐振过电压和工频电压升高，暂时过电压产生的原因主要是空载长线路的电容效应、不对称接地故障、负荷突变以及系统中可能发生的线性或非线性谐振等，持续时间相对较长。虽然绝大多数过电压幅值较小，持续时间较短，不会对系统造成明显的危害。但当出现严重危害系统安全的过电压时，为了便于运行管理人员及时分析查找故障原因，提出改进绝缘配合的方法，有必要对电力系统进行实时检测。

目前常用的过电压监测装置为：设置一个合理的触发电压Ur（该数值大于最大运行工频电压峰值），当系统中电压的绝对值超过Ur时，触发单元输出高电平，采集器开始采集波形数据，采集到指定存储长度，或数据存储器存满为止。该方式存在以下几个明显缺陷。首先，若Ur的选取过高，将导致过电压采集装置漏掉低幅值过电压波，波形过少。若Ur的选取较低，波形数据过多，数据量巨大，给采集工作增加负担。在低电压等级配网中，发生单相接地的故障较为频繁，非接地相相电压会达到线电压，此时仍然可以安全运行2个小时左右，导致采集器持续触发采样工作，产生大量冗余数据。其次，单独的电平触发模式无法检测到某些幅值不高但陡度很大的高频电压信号，这种暂态波过程将会对绕组设备（变压器，电机等）带来危害。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种过电压监测装置的触发单元结构，以解决现有技术的采集器通过触发电压Ur进行触发采集的不足，当系统中电压的绝对值超过Ur时，采集器开始采集波形数据，直到该过电压消失；该方式存在若Ur的选取过高，将导致过电压采集的波形过少或者不完全；若Ur的选取较低，波形数据过多，数据量巨大，给采集工作增加负担；在低电压等级配网中，发生单相接地的故障较为频繁，非接地相相电压会达到线电压，此时仍然可以安全运行2个小时左右，导致采集器持续工作，产生大量冗余数据；其次，单独的电平触发模式无法检测到某些幅值不高但陡度很大的高频电压信号，这种暂态波过程将会对绕组设备（变压器，电机等）带来危害。

本发明的技术方案：

一种过电压监测装置的触发单元结构，它包括：电压采集器，电压比较器输入端与过电压信号输入源连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接。

电压比较器输入端上串联有高通滤波器，滤波器的输入端与输入信号源连接，滤波器的输出端与电压比较器输入端连接。

它还包括第二电压比较器，第二电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第二电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与或门器件的输入端连接；或门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。

它还包括第三电压比较器，第三电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第三电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与与门器件的输入端连接；与门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。

本发明的有益效果：

本发明提高了波形数据的完整性，对其波形还原的精度提高，能更直观的反应系统过电压的特征。对于各种不同类型的过电压波，采取不同模式的触发方式，不仅对电压幅值进行采集，还对其变化率进行采集，适用于各种类型过电压应用范围广；高通滤波器削弱工频电压信号，解决了单相接地故障发生时采集器持续记录工频电压波形的问题，降低了配网系统中过电压波数据存储的数据量，避免了数据冗余，提高了监测系统效率；通过高频分量的分离与采集，解决了低幅值高频率电压波无法被记录的问题，加强了对绕组设备的保护；解决了现有技术的采集器通过触发电压Ur进行触发，当系统中电压的绝对值超过Ur时，采集器开始采集波形数据，直到该过电压消失；该方式存在若Ur的选取过高，将导致过电压采集的波形过少或者不完全；若Ur的选取较低，波形数据过多，数据量巨大，给采集工作增加负担；在低电压等级配网中，发生单相接地的故障较为频繁，非接地相相电压会达到线电压，此时仍然可以安全运行2个小时左右，导致采集器持续工作，产生大量冗余数据；其次，单独的电平触发模式无法检测到某些幅值不高但陡度很大的高频电压信号，这种暂态波过程将会对绕组设备（变压器，电机等）带来危害。

附图说明

图1为本发明具体实施方式结构示意图一；

图2为本发明具体实施方式结构示意图二；

图3为本发明具体实施方式电压幅值触发示意图。

具体实施方式

一种过电压监测装置的触发单元结构，它包括：电压采集器，电压比较器输入端与过电压信号输入源连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接。

电压比较器输入端上串联有高通滤波器，滤波器的输入端与输入信号源连接，滤波器的输出端与电压比较器输入端连接。

它还包括第二电压比较器，第二电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第二电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与或门器件的输入端连接；或门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。

它还包括第三电压比较器，第三电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第三电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与与门器件的输入端连接；与门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。

本发明提出的一种针对各种类型过电压信号的多模式触发检测装置，充分考虑了过电压的波形特点，通过同时采集过电压幅值以及变化率，对不同的电压等级采取逻辑与和逻辑或的触发模式，能够有效减小稳态过电压的数据冗余度；本发明采用的幅值与频率触发相结合的模式，

电压幅值触发示模式：将电压比较器输入端与电压源连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接。通过合理设置电压比较器的电平，当输入的电压信号幅值超过设定值，电压比较器输出高电平，即过电压信号为高电平，逻辑为真，反之则输出低电平。

高频分量触发模式：在电压比较器输入端上串联滤波器，滤波器的输入端与电压源连接，滤波器的输出端与电压比较器输入端连接；通过滤波器抑制工频成分，得到输入电压高频部分，再通过电压比较器，对输入电压的高频信号进行比较，若其高频分量满足条件，电压比较器输出高电平，过电压信号为高电平，逻辑为真。反之则输出低电平。通过对两种电压信息的采集，采用不同的方式实现触发，不仅解决了稳态过电压的采集数据量过大问题，也解决了暂态过程波形记录不完整的问题。

在电压等级较高的输电线路中，因为绝缘相对阈值较低，且不会出现工频过电压长时间存在的情况，通过增加第二电压比较器，第二电压比较器的输入端与电压源连接，第二电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与或门器件的输入端连接；或门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接（见图1）。电压比较器只能设定一个相对较低的电压Ur。此时对于过电压信号采用逻辑“或”的方式来决定电压采集器是否触发。只要过电压信号中有一者为高电平，采集器则工作，否则采集器一直不触发。无论是出现了工频过电压还是高频暂态分量过电压，都能采集到需要的波形，灵敏反应过电压的变化率。

在低电压等级的配网中，单相接地事故时常发生，为了避免采集到过多的工频过电压波形数据和相同的波形。通过增加第三电压比较器，第三电压比较器的输入端与电压源连接，第三电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与与门器件的输入端连接；与门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接（见图2）。过电压信号必须同时处于高电平时采集器才工作，即逻辑“与”的关系。当稳态过电压出现时，过电压信号1将持续处于高电平，但由于高频分量为0，过电压信号2为低电平，采集器不工作，以此抑制稳态高压的冗余数据。

滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。滤波器的主要参数有以下几个。中心频率：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。截止频率：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。通带带宽：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。

电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当”+”输入端电压高于”－”输入端时，电压比较器输出为高电平；当”+”输入端电压低于”－”输入端时，电压比较器输出为低电平。

本发明的优点：

①在采集电压时，提出电压阈值和电压频率相结合的触发方式。

针对不同的电压等级，对采集到的信号进行不同的逻辑处理，消除数据冗余。

Claims (4)

1.一种过电压监测装置的触发单元结构，它包括：电压采集器，其特征在于：电压比较器输入端与过电压信号输入源连接；电压比较器输出端与电压采集器的触发控制端连接。

2.根据权利要求1所述的一种过电压监测装置的触发单元结构，其特征在于：电压比较器输入端上串联有高通滤波器，滤波器的输入端与输入信号源连接，滤波器的输出端与电压比较器输入端连接。

3.根据权利要求2所述的一种过电压监测装置的触发单元结构，其特征在于：它还包括第二电压比较器，第二电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第二电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与或门器件的输入端连接；或门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。

4.根据权利要求2所述的一种过电压监测装置的触发单元结构，其特征在于：它还包括第三电压比较器，第三电压比较器的输入端与过电压输入信号源连接，第三电压比较器的输出端和电压比较器输出端分别与与门器件的输入端连接；与门器件的输出端与电压采集器的触发控制端连接。