CN1632602A

CN1632602A - 电网地磁感应电流监测方法及装置

Info

Publication number: CN1632602A
Application number: CN 200510002486
Authority: CN
Inventors: 刘连光; 张�浩; 张清明; 刘春明; 刘宗岐
Original assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING)
Current assignee: HUABEI ELECTRICL POWER UNIV (BEIJING); North China Electric Power University
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: CN1316256C

Abstract

本发明提供了一种电网地磁感应电流GIC监测方法及装置。其方法是采用磁通门传感器和霍尔传感器，分别采集输电线路和变压器中性点的GIC信号；依据直流电流阈值和GIC“准直流”、持续时间长的特征作为启动及分析判据，实现了对电网GIC这种随机性、“准直流”、长时间信号的测量和记录。本发明的装置包括信号采集传感器、同步信号采集卡和工控计算机三部分。本发明的优点在于：具有数据处理量少、节约存储空间、测量精度高等特点。不仅仅用于电网GIC的监测，对直流输电系统单极－－大地方式运行时，进入交流电网变压器的直流偏磁电流检测也同样有效。本发明的装置采集精度高、制造成本低。

Description

电网地磁感应电流监测方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统的监测技术领域，特别是提供了一种电网地磁感应电流(简称GIC)监测方法及装置，用于地磁暴在输电线路引发的GIC监测。

背景技术

太阳活动引起的地球磁场剧烈变化称地磁暴或磁暴。磁暴在输电线路引发的GIC对电力系统安全运行有很大的影响。以前我国电网以省、大区电网为基础，长距离输电线路少，因此磁暴的影响问题并不突出。近年，随着西电东送、全国联网大系统的建设，很多长距离输电系统都发现了GIC的影响，因此迫切需要一种能测量、记录电网GIC的装置，为电网设备的运行、监视提供有效手段。

在国家自然基金项目(批准号：50477039)资助下，课题组在研究GIC对我国电网的影响问题。由于GIC是我国长距离输电系统发现的新问题，因此目前国内市场上还没有能监测电网GIC的装置；美国电科院1993年开发的15通道GIC监测装置，采用间隔5秒钟记录一次数据的方法，硬盘使用12小时即被充满，不得不以降低精度为代价延长采集间隔时间。因此，电网GIC监测方法需要研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网GIC监测方法及装置。本发明根据电网GIC的特征，开创一种新的电网GIC监测方法；提供一种多功能、高精度的GIC监测装置，实现了对电网输电线、变压器GIC的准确测量。

本发明通过下述技术方案予以实现。

本发明所述的电网GIC监测方法，对原始采集信号先采用数字式滤波技术消除噪声，然后依据电网GIC阈值和磁暴特征作为启动及分析处理判据，实现对电网GIC波形录制和数据记录。具体信号采集和处理如下：

1、采用两只磁通门传感器采集输电线路的GIC；采用霍尔传感器采集变压器中性点的GIC；对电网GIC产生的谐波和引起的功率变化分析，采用霍尔传感器采集互感器的二次电压、电流。

2、对变压器中性点、输电线路GIC信号的监测，以电网GIC阈值作为录波启动判据，依据对电网GIC随机性、“准直流”、持续时间长特征的分析，录制磁暴在电网产生的GIC波形和实现电网谐波、功率变化的分析。

3、在变压器中性点、输电线路GIC采集和互感器二次电压、电流采集上，采用16路同步采集卡实现同步采样；对变压器、输电线路原始采集信号处理，采用了常用的软件数字滤波技术消除噪声。

本发明所述监测方法中的信号提取方法通过硬件体现，而监测方法的数据采集、分析、处理和具体功能的实现，则通过装置的软件具体体现。

本发明的装置主要包括信号采集传感器、同步信号采集卡和工控计算机系统三部分。对电网GIC信号提取方法，是采用双磁通门传感器采集输电线路的GIC，采用霍尔传感器采集变压器中性点的GIC，以避免普通电磁式传感器饱和带来的测量误差和解决从高压电网提取信号困难的问题；而对测量电网GIC产生的谐波和引起的功率变化，采用霍尔传感器采集互感器的二次电压、电流方法计算，以提高采集精度和降低装置制造成本。

本发明采用磁通门传感器、霍尔传感器采集的输电线路和变压器电压、电流信号，采用屏蔽电缆接入信号调理板；信号调理板采用扁平电缆接16路同步采集卡；同步采集卡采用USB接口与系统工控计算机相连接；工控计算机采用电话拨号方式组网，实现与电网调度中心的信息传输。

在变压器中性点、输电线路GIC采集和互感器二次电压、电流采集上，采用16路通道同步采集卡实现对信号的同步采样。

本发明装置功能包括变压器中性点、输电线路GIC录波与分析，GIC在输电线路、变压器产生的谐波电流、电压和引起的有功、无功功率变化分析，以及电网GIC与谐波电流越限报警等多种监测功能。

本发明的优点在于：

本发明监测方法能有效地测量GIC这种随机性、“准直流”、持续时间长的干扰信号，以及直流输电系统单极运行时流入变压器的直流偏磁电流；本发明监测方法具有数据处理量少、节约存储空间等优点。

本发明所述装置通过16路同步采集通道，能同时采集变电站两台变压器中性点电流和高低压电压、电流，以及3条输电线路电压、电流。与国外的同类装置相比，本发明实现了与GIC相关监测量的集成，因此装置具有功能多的特点；并且采集精度高、制造成本低。

附图说明

图1是本发明所述监测方法的数据采集处理主程序流程图；

图2是本发明所述监测方法的数据采集子程序流程图；

图3是本发明所述GIC监测装置的软件总体结构；

图4是本发明所述GIC监测装置的硬件总体结构；

图5是本发明所述GIC监测装置的一幅监测波形分析界面。

具体实施方式

下面结合磁暴和电网GIC的特征对本发明作进一步的描述。

太阳活动产生的磁暴是一种自然灾害，对包括电力系统在内的很多现代人工技术网络，如石油与天然气管道、通信线路等都有一系列的有害影响。由于太阳活动的不可抗拒性，因此电网的GIC与磁暴变化具有相同的特征：随机发生，变化频率在0.001～0.1Hz的范围内，持续时间几十分钟到几十小时不等。在地磁学中，按K指数的大小，将磁暴分为三级：K＝5，6为中常磁暴；K_p＝7，8为中烈磁暴；K_p＝9为强磁暴。通常强磁暴才可能对电网造成有害的影响。

因此，由于电网GIC的随机性、“准直流”、持续时间长，采用一般的实时采集与记录方法必然数据量大，无效数据会浪费大量存储空间；采用电力系统故障录波装置中的突变量启动方法也不适用，因为“准直流”性质的GIC信号变化缓慢；因此，如何实现数据的采集与处理是解决GIC监测问题的关键。

本发明所述的数据采集与处理主程序模块如图1所示。监测装置上电后，数据采集处理主程序启动，经过采集卡初始化和建立主机通信过程后，自动进入数据采集子程序；如有数据传输、数据处理等中断请求，则执行相关中断请求。本发明数据采集方法的实现如图2所示，其关键技术及过程如下：

在临时存储区记录设定时间(如图2为t)GIC数据，然后依据事先设定的直流电流阈值进行判断，如果出现越限则进入下一步，否则将临时存储区清零；如果进入下一步，则利用电网GIC的“准直流”、持续时间长的特征做进一步的判断，图2中采用了最简单的计数器方法来记录时间，当达到设定的时间则保存临时存储区数据并发出报警信号；从而实现对有效监测信号的连续存储。因此，本发明采用的方法不仅简单，并且能准确捕捉、记录和存储电网的GIC；同时，方法对测量直流输电单极运行时进入变压器的直流偏磁电流同样有效。

对于信号采集采样率和采集时间间隔的选择，本发明中对变压器和输电线路的电流、电压均采用连续6个周波(120ms)、每周波64点采样(国标GB/T14549-1993对谐波分析次数规定为1～19次)，一次采集时间间隔为5秒钟(也可设定)；取用6个周波采样值计算电网谐波和有功、无功功率，目的在于减小电网频率变化采用周波采样引起的测量误差；同时，通过6个周波采样计算电网GIC的平均值，对GIC这种“准直流”信号也能保证很高的精度。

依据图1和图2的程序流程图，不难编制数据采集与处理部分的程序；有了监测数据，采用流行的通用FFT谐波分析算法和电压、电流、功率等算法，也很容易编写这些相关参数的分析、计算程序。本发明所述监测装置的应用软件总体结构如图3所示，监测装置整个应用软件采用模块化设计；其中，图3中的数据采集处理模块是本发明装置的关键部分；而图3中其它部分的软件不难实现，也不难理解，因此关于软件实现不再做更多的说明和解释。

由于输电线路电压等级高和电磁式传感器存在直流饱和问题，因此采用什么方法从电网准确提取被测信号是保证测量结果准确度的关键。对监测变压器中性点GIC，采用本装置专用、特制的霍尔传感器能够保证测量结果准确，但对采集输电线路的GIC，由于目前霍尔传感器绝缘水平的限制，直接用霍尔传感器的采集方法不可能实现，而从互感器二次侧采集会带来很大的饱和误差。因此，对输电线路的GIC信号采集，本发明采用基于双磁通门传感器的信号提取方法。

磁通门传感器是数字化地震观测台用于监测地磁场变化的传感器，在没有人工系统电磁场干扰的情况下，磁通门传感器对地电场、磁场变化相当敏感，因此有很高的测量精度；但由于变电站附近电磁场很强，因此采用单只磁通门传感器测量输电线路GIC产生的磁场变化没有意义。因此，本发明采用两只相隔一定距离的磁通门传感器，测量输电线路附近不同位置的磁场变化，因此两只传感器磁场变化的差值就是GIC流过输电线路产生的磁场变化，依据GIC引起的磁场变化和法拉第电磁感应原理，可以计算流过输电线路产生的GIC，从而实现对输电线路GIC的准确测量。这种方法即能实现对输电线路GIC的测量，并且不直接涉及电网的运行设备，对电网设备的正常运行没有任何影响。

本发明所述装置的硬件结构如图4所示，装置在结构上虽然与一般监测装置没有根本区别，但本发明所述的电网GIC信号提取方法、监测方法和装置功能，是本发明创新的具体体现和关键技术；除上述信号提取方法、监测方法关键创新外，在功能上与国外同类装置相比，实现了电网GIC及谐波、功率等相关电气参数的集成测量，具有一台装置监测多个相关参数的特点。

装置的16路模拟量输入通道的10路，用于采集变电站两台变压器高低压侧B相电流、AC线电压和中性点电流，剩余6路通道用于采集3条输电线路的B相电流、AC线电压；变压器中性点电流信号的采集，用于录制变压器的GIC波形和数值；变压器进出线电流、电压信号的采集，用于计算变压器饱和产生的谐波和引起的有功、无功功率变化；输电线路电流、电压信号的采集，用于录制GIC和计算谐波及有功功率、无功功率。装置有8路开关量输出通道实现报警。

本发明所述装置监测的GIC和相关量数值是分析GIC对变压器、继电保护及电网安全运行影响的重要依据。因此，本发明具有重要意义和实用价值。

Claims

1、一种电网地磁感应电流GIC监测方法，其特征在于：采用磁通门和霍尔传感器采集信号，以直流电流阈值和电网GIC特征量作启动判据及分析判据，来录制、记录磁暴在电网产生的GIC；具体信号采集和处理为：

a、采用两只磁通门传感器采集输电线路的GIC；采用霍尔传感器采集变压器中性点的GIC；对电网GIC产生的谐波和引起的功率变化分析，采用霍尔传感器采集互感器的二次电压、电流；

b、对被采集信号的分析、处理，采用以直流电流阈值作记录启动判据，以电网GIC持续时间和“准直流”特征作分析判据的方法，实现对电网GIC信号的采集，以及电网谐波和有功、无功功率变化的分析；

c、在变压器中性点、输电线路GIC采集和互感器二次电压、电流采集上，采用16路同步采集卡实现同步采样；对变压器、输电线路原始采集信号处理，采用了常用的软件数字滤波技术消除噪声。

2、按照权利要求1所述的监测方法，其特征在于：采用磁通门和霍尔传感器从电网采集信号；以直流电流阈值和GIC“准直流”特征作启动判据及分析判据；具有电网GIC录波、谐波分析、有功与无功变化分析和GIC超限报警功能。

3、一种实施权利要求1所述监测方法的电网GIC监测装置，它包括信号采集传感器、同步信号采集卡和工控计算机三部分；其特征在于：

a、采用磁通门传感器、霍尔传感器采集输电线路和变压器的电压、电流信号，被采集信号采用屏蔽电缆接入信号调理板；

b、在变压器中性点、输电线路GIC采集和互感器二次电压、电流采集上，采用16路通道同步采集卡实现对信号的同步采样；

c、信号调理板采用扁平电缆接同步采集卡，同步采集卡采用USB接口与工控计算机相连接，装置采用电话拨号方式组网，实现与电网调度中心的信息传输。