CN111103454A - 过电压的监测方法 - Google Patents

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CN111103454A CN201911358792.9A CN201911358792A CN111103454A CN 111103454 A CN111103454 A CN 111103454A CN 201911358792 A CN201911358792 A CN 201911358792A CN 111103454 A CN111103454 A CN 111103454A
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唐峰
鲜成
李默林
冷雨
李建明
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Shenzhen Power Supply Bureau Co Ltd
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application

Abstract

本申请涉及一种过电压的监测方法,通过实时对输电电力系统现场收集到电压模拟信号进行过电压判断,在确定电压模拟信号为过电压信号后,对过电压进行波形转换与波形分析,可以判断过电压的类型和过电压产生的原因,反映了真实的过电压情况,这对于研究判断输电电力系统中各个电气设备的绝缘强度、检修周期、设备改进和系统改造、过电压对输电电力系统的影响方式与程度、以及过电压的防范等等都具有重要的指导意义。

Description

过电压的监测方法
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域,特别是涉及一种过电压的监测方法。
背景技术
电力系统运行的可靠性主要由停电次数及停电时间来衡量,停电原因很多,但绝缘的击穿是造成停电的主要原因之一。因此电力系统运行的可靠性在很大程度上取决于设备的绝缘水平及工作状况。如果系统绝缘只承受正常的运行电压,就不会有什么问题,因为正常运行电压一般不会对设备造成损坏。但是,由于各种原因,系统中的绝缘要承受各种过电压的袭击。过电压的波形、幅值、和持续时间各不相同。过电压的存在,可能导致系统内事故的发生。由于引起事故的原因可能交织在一起,在事故发生以后,进行分析十分困难。在电力系统中,对过电压的监测与分析有着极其重要的意义。通过对过电压的监测与分析,不但可以获知过电压在产生过程中,对电网的影响提供可靠和准确的信息,而且可以为处理事故,提出改进措施提供参考依据。
传统的过电压的监测方法,一般通过实验室物理模拟研究或计算机仿真计算的方式,对过电压进行监测。然而,传统的过电压的监测方法存在一个很大的问题:无法完全展示实际电力系统环境中的真实过电压情况。在实验室中虽然可以模拟雷电冲击过电压以及操作过电压,但是实际情况是错综复杂的,过电压的影响因素很多,有可能在同一时间有几种过电压交织在一起。因此实验室模拟不可能完全真实的模拟现场过电压。计算机仿真是根据电力系统情况来建造一个数学模型,在计算机上进行实验和研究,以达到对真实的过电压进行研究的目的,但是这种方法也不能完全展示实际电力系统环境中的真实过电压情况。
发明内容
基于此,有必要针对传统的过电压的监测方法无法完全展示实际电力系统环境中的真实过电压情况的问题,提供一种过电压的监测方法。
本申请提供一种过电压的监测方法,包括:
在获取输电电力系统中的电压模拟信号后,对所述电压模拟信号进行监控,判断所述电压模拟信号是否为过电压信号;
若所述电压模拟信号为过电压信号,则将过电压信号发送至后台机,存储至所述后台机的非易失性存储器中;
从所述非易失性存储器中调取所述过电压信号,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行单次过电压分析。
本申请涉及一种过电压的监测方法,通过实时对输电电力系统现场收集到电压模拟信号进行过电压判断,在确定电压模拟信号为过电压信号后,对过电压进行波形转换与波形分析,可以判断过电压的类型和过电压产生的原因,反映了真实的过电压情况,这对于研究判断输电电力系统中各个电气设备的绝缘强度、检修周期、设备改进和系统改造、过电压对输电电力系统的影响方式与程度、以及过电压的防范等等都具有重要的指导意义。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的过电压的监测方法的流程示意图;
图2为本申请一实施例提供的过电压监测装置与输电电力系统的配合使用示意图;
图3为本申请一实施例提供的过电压监测装置中的监测器的结构示意图。
附图标记:
10 过电压监测装置
100 电压传感器
110 保护电路
120 光电隔离电路
200 监测器
210 数据采集卡
220 随机存取存储器
230 后台机
231 非易失性存储器
240 处理器
20 输电电力系统
21 输电母线
22 氧化锌避雷器
23 输电线路负载
24 阀片
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本申请提供一种过电压的监测方法。
需要说明的是,本申请提供的过电压的监测方法不限制其应用领域与应用场景。可选地,本申请提供的过电压的监测方法应用于一种过电压监测装置10。所述过电压监测装置与输电电力系统20连接。
如图2所示,所述输电电力系统20包括依次电连接的输电母线21、氧化锌避雷器22和输电线路负载23。所述氧化锌避雷器22具有阀片24。所述电压监测装置包括电压传感器100和监测器200。所述电压传感器100的一端与所述氧化锌避雷器22的阀片24电连接,另一端与输电线路负载23电连接。所述监测器200与所述输电线路负载23电连接。所述电压传感器100包括保护电路110和光电隔离电路120。所述保护电路110与所述氧化锌避雷器22的阀片24电连接。所述光电隔离电路120与所述保护电路110电连接。在所述过电压监测装置10处于使用状态时,所述光电隔离电路120还与所述输电线路负载23电连接。
通过在氧化锌避雷器22的阀片24处设置由保护电路110和光电隔离电路120组成的电压传感器100,可以实现对整个过电监测装置的保护,通过设置监测器200,可以实现对氧化锌避雷器22的阀片24处的过电压信号进行实时监测。
本申请提供的过电压的监测方法并不限制其执行主体。可选地,所述执行主体可以为上述提及的监测器200。如图3所示,所述监测器200包括数据采集卡210、随机存取存储器220、后台机230和处理器240。所述数据采集卡210、所述随机存取存储器220和所述后台机230均与所述处理器240电连接。所述数据采集卡210还与所述随机存取存储器220电连接。所述随机存取存储器220还与所述后台机230电连接。具体地,所述随机存取存储器220与所述后台机230中的非易失性存储器231电连接。
可选地,所述的执行主体可以为所述处理器240。
如图1所示,在本申请的一实施例中,所述过电压的监测方法包括如下步骤S100至步骤S300:
S100,在获取输电电力系统20中的电压模拟信号后,对所述电压模拟信号进行监控,判断所述电压模拟信号是否为过电压信号。
所述监测器200可以对输电电力系统20中的电压模拟信号进行实时监控。具体地,在获取输电电力系统20中的电压模拟信号(即所述氧化锌避雷器22的阀片24处的电压模拟信号)后,所述监测器200中的处理器240可以判断所述电压模拟信号是否为过电压信号。
S200,若所述电压模拟信号为过电压信号,则将过电压信号发送至后台机230,存储至所述后台机230的非易失性存储器231中。
具体地,若所述处理器240确定所述过电压模拟信号为过电压信号,则所述处理器240将该过电压信号发送至后台机230。所述后台机230可以为PC(个人计算机)。所述后台机230内设置有非易失性存储器231。
S300,从所述非易失性存储器231中调取所述过电压信号,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行单次过电压分析。
具体地,本步骤中,所述处理器240可以从所述非易失性存储器231中调取所述过电压信号,将所述过电压信号转换为过电压波形。所述后台机230可以设置有显示器。所述处理器240可以将所述过电压波形呈现于所述显示器上。具体地,所述显示器可以呈现三相过电压的波形,即A相过电压的波形,B相过电压的波形和C相过电压的波形。进一步地,所述处理器240可以对上述过电压波形进行过电压分析。本实施例中,仅对单次过电压信号进行过电压分析,因此称之为单次过电压分析。
本实施例中,通过实时对输电电力系统20现场收集到电压模拟信号进行过电压判断,在确定电压模拟信号为过电压信号后,对过电压进行波形转换与波形分析,可以判断过电压的类型和过电压产生的原因,反映了真实的过电压情况,这对于研究判断输电电力系统20中各个电气设备的绝缘强度、检修周期、设备改进和系统改造、过电压对输电电力系统20的影响方式与程度、以及过电压的防范等等都具有重要的指导意义。
在本申请的一实施例中,所述步骤S100包括如下步骤S110至步骤S120:
S110,计算所述电压模拟信号的电压有效值,判断所述电压有效值是否大于额定电压阈值。
具体地,所述额定电压阈值为人为预先设定。电压传感器100对输电母线21有分压作用,因此输入至监测器200的电压模拟信号的电压有效值减小。所述额定电压阈值与输电电力系统20的系统额定电压有关,还与电压传感器100的分压数值有关。
S120,若所述电压有效值大于所述额定电压阈值,则确定所述电压模拟信号为过电压信号。
具体地,若所述电压有效值小于或等于额定电压阈值,则确定所述电压模拟信号不为过电压信号,继续对下一个电压模拟信号进行判断。
本实施例中,通过将所述电压模拟信号的电压有效值与额定电压阈值比对,可以快速判定所述电压模拟信号是否为过电压信号。
在本申请的一实施例中,在所述步骤S100之前,所述过电压的监测方法还包括:如下步骤S010至步骤S020:
S010,在获取输电电力系统20中的电压模拟信号后,控制数据采集卡210对所述电压模拟信号进行数模转换,将所述电压模拟信号转化为电压数字信号。
具体地,本实施例中,在获取输电电力系统20中的电压模拟信号后,首先所述处理器240不执行步骤S100中的过电压信号的判断过程,而是先控制数据采集卡210对所述电压模拟信号进行数模转换,将电压信号的性质由模拟信号转换为数字信号。这是为了便于存储。
S020,将所述电压数字信号存入随机存取存储器220中。
具体地,所述监测器200中设置有随机存取存储器220(RAM)中。随机存取存储器220的读写速度快,但是一旦断电其存储的数据将随之丢失,因此用于暂时存储所述电压数字信号。可以理解所述随机存取存储器220相当于所述监测器200的缓存。
本实施例中,通过在过电压信号的判断之前,先将电压模拟信号转化为电压数字信号,存储至随机存取存储器220,实现对电压信号的暂时存储,确保数据不丢失。
在本申请的一实施例中,所述步骤S200包括如下步骤S210至步骤S220:
S210,若所述电压模拟信号为过电压信号,则向所述随机存取存储器220发送调取指令,以调取所述过电压信号。
具体地,承接上述实施例,在步骤S010至步骤S020之后,所述随机存取存储器220中存储了大量的电压模拟信号,并不知道其中究竟哪一个是过电压信号。在执行所述步骤S110至步骤S120之后,确定了过电压信号。在本步骤中,所述处理器240调取所述随机存取存储器220中的过电压信号,为了后续将过电压信号进行“有效存储”。
S220,将从所述随机存取存储器220调取的过电压信号,发送至后台机230,存储至所述后台机230的非易失性存储器231中。
具体地,后台机230内置有非易失性存储器231,其一旦存储数据就无法再将之改变或删除,且内容不会因为电源关闭而消失。但是相对于所述随机存取存储器220,其存储速度较慢,不适用于存储全部的电压数字信号,而且如果存储全部的电压数字信号,也会造成浪费。因此,本实施例中,后台机230中的非易失性存储器231,只用于存储关键数据,即过电压信号。
本实施例中,通过所述随机存取存储器220暂时存储全部电压数字信号,配合后台机230的非易失性存储器231提取并存储为过电压信号的电压数字信号,实现了存储资源的合理分配,大大节省成本,提高存储速度和存储效率。
在本申请的一实施例中,所述步骤S300包括如下步骤S311至步骤S312:
S311,从所述非易失性存储器231中调取所述过电压信号。
具体地,所述处理器240向所述非易失性存储器231发送调取指令,以调取所述过电压信号。
S312,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行时域分析,得到所述过电压波形的特征值。
具体地,频域是指信号随时间变化的一种函数关系。包括时域连续信号和频域离散信号。它是通过所述处理器240对过电压信号进行采样并转换得到的。转换的过程具体为,所述处理器240可以将所述过电压信号按时间的先后顺序绘制成一条过电压幅值与时间对应的连续函数曲线。在采样率较高的情况下,这种连续函数曲线可以真实地反映时域连续信号。所述时域分析就是求取过电压信号在时域中的特征参数。
本实施例中,通过将所述过电压信号转换为过电压波形,以及对所述过电压波形进行时域分析,可以得到所述过电压波形的特征值,从而可以判断过电压的类型和过电压产生的原因。
在本申请的一实施例中,所述过电压波形的特征值包括最大值、最小值、最大上升陡度、平均值、持续时间和标准方差中的一种或多种。
具体地,所述最大值指的是波形曲线与零线的最大偏离值。所述最小值指的是波形曲线与零线的最小偏离值。所述最大上陡度指的波形的幅值随时间上升的最大变化率。所述平均值指的是一段时间内或一个周期内信号量的均值。所述持续时间指的是波形的持续时间。所述标准方差指的是信号偏离均值平方的均值。
本实施例中,通过获取所述过电压波形的大值、最小值、最大上升陡度、平均值、持续时间和标准方差中的一种或多种,可以全方面的获知过电压波形的属性。
在本申请的一实施例中,所述步骤S300包括如下步骤S321至步骤S322:
S321,从所述非易失性存储器231中调取所述过电压信号。
具体地,本步骤的原理与步骤S311的原理一致。
S322,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行频域分析。
具体地,频域分析是将时域信号变换到频率域上加以分析,从频率域的角度反映和揭示信号的变化规律,这种方法又称为频谱分析法。对信号的频域分析可以获得更多有用的信息,如求得过电压信号中的各频率成分和频率分布范围,求出各个频率成分的幅值分布和能量分布,从而为过电压分析提供依据。
本实施例中,通过对过电压波形进行频域分析,可以进一步为判断过电压的类型和过电压产生的原因提供依据。
在本申请的一实施例中,所述频域分析包括FFT幅值分布谱分析、功率谱分析、联合时频分析和谐波分析中的一种或多种。
具体地,FFT即快速傅里叶变换,FFT幅值分布谱分析即应用了快速傅里叶变换手段的幅值分布谱分析方法。傅立叶变换是频域分析的一个重要工具,可把一个时域的问题通过傅立叶变化转化换成频域的问题来进行研究。
过电压信号的功率谱是指过电压信号的总功率在各频率分量上的分布情况,它表示过电压信号能量分布的特征,对于确定过电压信号带宽有重要作用。
联合时频分析可以同时得到过电压信号在时域和频域平面上的能量分布,可以用于观察功率谱如何随时间变化。联合时频分析的一种运用了短时傅立叶变换(STFT),它既能反映过电压信号的频域内容,也能反映出该频域内容随时间的变化规律,将过电压信号的时域分析和频域分析紧密结合起来,它是一种在时-频联合域上对信号的能量密度进行分析的方法。
对于过电压信号我们可以通过傅立叶变换来得知该信号有无谐波,当要对谐波作近一步了解时,就要对谐波进行分析。通过谐波分析,我们可以提取出各个次谐波的时域信号和频域信号,可以监测到基频频率,可以得到谐波的总谐波失真(又称谐波畸变)以及各次谐波分量的幅值。
本实施例中,通过对过电压信号进行FFT幅值分布谱分析、功率谱分析、联合时频分析和谐波分析终的一种或多种,可以全方面的从频域上获取所述过电压信号随时间变化的规律,将过电压信号的时域分析和频域分析紧密结合起来。
在本申请的一实施例中,所述过电压的监测方法还包括如下步骤:
S400,提取预设时间段内的多个过电压信号,对多个过电压信号进行统计分析。所述多个过电压信号为在所述预设时间段内,出现的所有过电压信号。
具体地,前述步骤S100至步骤S300是对单个过电压信号进行过电压分析,而且偏向于波形分析。
而本步骤S400,是对所述预设时间段内的多个过电压信号进行过电压分析,偏向于统计分析。所述预设时间段可以人为预先设定。可选地,所述预设时间段为5分钟。
由于过电压信号出现的随机性较大,且有明显的统计特性,因此在对单次过电压信号进行分析的同时,还可以用概率论和数理统计的方法对采集的多个过电压信号进行统计分析研究,并预测过电压的概率分布规律。
本实施例中,通过对预设时间段内的多个过电压信号进行统计分析研究,可以实现预测过电压的概率分布规律,以便将所得结论用于确定设备及线路的绝缘水平,合理解决绝缘配合问题,进一步使得设备绝缘故障率或停电故障率降低到经济上和安全运行上可以接受的水平。
在本申请的一实施例中,所述步骤S400包括如下步骤S410至步骤S430:
S410,提取每一个过电压信号的A相过电压值、B相过电压值和C相过电压值。
具体地,输电电力系统20输出的电压模拟信号一般为三相电压。因此过电压信号也包括三相过电压值。
本步骤中,可以提取每一个过电压信号的A相过电压值、B相过电压值和C相过电压值。具体地,可以用输电电力系统20的系统额定电压的倍数,来表征过电压值。
S420,将每一个过电压信号的A相过电压值置入A相过电压值的数据集合。将每一个过电压信号的B相过电压值置入B相过电压值的数据集合。将每一个过电压信号的C相过电压值置入C相过电压值的数据集合。
具体地,本步骤是对数据进行归一化处理,以便于后续的数据处理。
可选地,所述处理器240可以在步骤S420之后,生成一个三相过电压值数据统计表,如下表所示。
表1-相过电压值数据统计表
表1中的各个过电压值的单位均是系统额定电压的倍数。如表1所示,表1所示的实施例是在预设时间段取了20个过电压信号,因此每一相的过电压值有20个数据。
S430,基于所述A相过电压值的数据集合,生成A相过电压值的频数直方图。基于所述B相过电压值的数据集合,生成B相过电压值的频数直方图。基于所述C相过电压值的数据集合,生成C相过电压值的频数直方图。所述频数直方图的横坐标为过电压值的数值范围。纵坐标为在过电压值的数值范围中出现的频数。
具体地,可以分别生成A相过电压值的频数直方图,B相过电压值的频数直方图和C相过电压值的频数直方图。在各相过电压值的频数直方图中,横坐标可以为过电压值的数值范围,例如0.75倍至1倍,1倍至1.25倍,1.25倍至1.5倍,1.5倍至1.75倍,1.75倍至2倍,2倍至2.25倍。纵坐标可以为表1中的数据落在横坐标的各个数值范围中的次数,即作为频次。
在步骤S430之后,还可以包括如下步骤:
S440,基于所述A相过电压值的频数直方图,所述过电压值的频数直方图和所述C相过电压值的频数直方图,对各相的过电压值在直方图的分布状态进行分析。例如,可以判断A相的过电压值偏向于正态分布。
本实施例中,通过绘制A相过电压值的频数直方图,B相过电压值的频数直方图和C相过电压值的频数直方图,可以直观地分析各相的过电压值在直方图的分布状态,对后续电力系统设计,改造和故障分析等工作提供可靠的依据。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种过电压的监测方法,其特征在于,应用于与输电电力系统连接的过电压监测装置,所述过电压的监测方法包括:
S100,在获取输电电力系统中的电压模拟信号后,对所述电压模拟信号进行监控,判断所述电压模拟信号是否为过电压信号;
S200,若所述电压模拟信号为过电压信号,则将过电压信号发送至后台机,存储至所述后台机的非易失性存储器中;
S300,从所述非易失性存储器中调取所述过电压信号,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行单次过电压分析。
2.根据权利要求1所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述步骤S100包括:
S110,计算所述电压模拟信号的电压有效值,判断所述电压有效值是否大于额定电压阈值;
S120,若所述电压有效值大于所述额定电压阈值,则确定所述电压模拟信号为过电压信号。
3.根据权利要求2所述的过电压的监测方法,其特征在于,在所述步骤S100之前,所述过电压的监测方法还包括:
S010,在获取输电电力系统中的电压模拟信号后,控制数据采集卡对所述电压模拟信号进行数模转换,将所述电压模拟信号转化为电压数字信号;
S020,将所述电压数字信号存入随机存取存储器中。
4.根据权利要求3所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述步骤S200包括:
S210,若所述电压模拟信号为过电压信号,则向所述随机存取存储器发送调取指令,以调取所述过电压信号;
S220,将从所述随机存取存储器调取的过电压信号,发送至后台机,存储至所述后台机的非易失性存储器中。
5.根据权利要求4所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述步骤S300包括:
S311,从所述非易失性存储器中调取所述过电压信号;
S312,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行时域分析,得到所述过电压波形的特征值。
6.根据权利要求5所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述过电压波形的特征值包括最大值、最小值、最大上升陡度、平均值、持续时间和标准方差中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述步骤S300包括:
S321,从所述非易失性存储器中调取所述过电压信号;
S322,将所述过电压信号转换为过电压波形,对所述过电压波形进行频域分析。
8.根据权利要求7所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述频域分析包括FFT幅值分布谱分析、功率谱分析、联合时频分析和谐波分析中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述过电压的监测方法还包括:
S400,提取预设时间段内的多个过电压信号,对多个过电压信号进行统计分析;所述多个过电压信号为在所述预设时间段内,出现的所有过电压信号。
10.根据权利要求9所述的过电压的监测方法,其特征在于,所述步骤S400包括:
S410,提取每一个过电压信号的A相过电压值、B相过电压值和C相过电压值;
S420,将每一个过电压信号的A相过电压值置入A相过电压值的数据集合,将每一个过电压信号的B相过电压值置入B相过电压值的数据集合,将每一个过电压信号的C相过电压值置入C相过电压值的数据集合;
S430,基于所述A相过电压值的数据集合,生成A相过电压值的频数直方图;基于所述B相过电压值的数据集合,生成B相过电压值的频数直方图;基于所述C相过电压值的数据集合,生成C相过电压值的频数直方图;所述频数直方图的横坐标为过电压值的数值范围,纵坐标为在过电压值的数值范围中出现的频数。
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