CN201302591Y - 过电压在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种过电压在线监测装置，属监测技术领域，用于解决电网过电压监测中的问题。其技术方案是：它由依次连接的电压互感器、信号调理保护电路、数据采集卡以及工控机组成，所述电压互感器接在高压母线上，所述信号调理保护电路由分压电路和隔离电路组成，所述分压电路由高压电容和低压电容组成，它们串联连接后经信号传输匹配电缆接电压互感器的输出端，所述隔离电路由运算放大器构成，所述运算放大器接成电压跟随器，其输入端接低压电容两端的输出信号，输出端接数据采集卡。本实用新型不仅能够长期在线运行，实时捕捉、存储电力系统的暂态过电压波形，为事故原因分析提供可靠数据，而且结构简单，工作可靠。

Description

过电压在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于电压互感器传递特性的电网过电压在线监测装置，属监测技术领域。

背景技术

随着电力系统的迅速发展，过电压对电网安全的影响越来越受到人们的重视。近年来，电网的电气设备绝缘事故时有发生，而且引发事故的原因难以直接查明，需要使用一种高性能、自动化的在线监测设备，在过电压发生时完整准确地记录故障过电压的波形和各种参数，为了解事故发生前后过电压的情况和发生过程中对电网电压的影响提供准确资料，并为技术人员分析事故原因提供可靠依据。

目前，市场中现有的过电压在线监测装置就其原理来说有三种，一是通过电站本身的电压互感器(简称PT)二次端口提取的电压信号作为过电压数据；二是对于10kV和35kV配电网直接在电站母线上装设电容分压器测量过电压；三是对于110kV及以上的电网采用高压容性设备套管末屏接电容组成电容分压器获取电压信号。这三种方式均存在明显缺点：对于第一种监测装置来说，由于PT在过电压的高频信号作用下呈现的饱和特性(非线性)与频关效应，二次端口提取的电压信号严重失真，根本不能直接使用。第二种和第三种监测装置尽管可以真实再现一次系统的过电压，但由于分压器直接接到一次母线或容性设备接地端，因而现场改动大，施工困难，并且分压器本身的故障也会对电站带来诸多不利影响。另外，第二种和第三种监测装置还需要加装通信装置，将过电压信号发送到控制室。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单且能在过电压发生时完整准确地记录故障过电压的波形和各种参数的过电压在线监测装置。

本实用新型的问题是以下述技术方案实现的：

一种过电压在线监测装置，由依次连接的电压互感器、信号调理保护电路、数据采集卡以及工控机组成，所述电压互感器接在高压母线上，所述信号调理保护电路由分压电路和隔离电路组成，所述分压电路由高压电容和低压电容组成，它们串联连接后经信号传输匹配电缆接电压互感器的输出端，所述隔离电路由运算放大器构成，所述运算放大器接成电压跟随器，其输入端接低压电容两端的输出信号，输出端接数据采集卡。

上述过电压在线监测装置，增设一个过流保护器和两个过压保护器，所述过流保护器与分压电路串联连接，第一过压保护器并联于分压电路上，第二过压保护器并接在电压跟随器的输出端。

本实用新型采用电压互感器在控制室内对母线电压进行采样，采用工控机用于对PT的二次侧信号进行快速反演还原计算，获得不失真的一次侧电压波形并对过电压的类型进行判断。所有设备、装置均可布置在控制室内，不需要改动电站一次接线，也不需要在现场与控制室之间进行信号传输，不仅造价低，而且避免了电压波形传输过程中产生的衰减与变形以及电磁兼容问题。信号调理保护电路用于将PT的输出信号无畸变地传输到数据采集卡，过流保护器可以限制后续电路的短路和过载电流，过压保护器可以防止过电压对后续高速数据采集卡的侵扰，隔离电路将信号调理电路的输入和输出进行电气隔离，起到相互保护作用，高速数据采集卡可以采集高频过电压信号。本实用新型不仅能够长期在线运行，实时捕捉、存储电力系统的暂态过电压波形，通过对暂态过电压波形进行分析，为电力系统事故原因分析提供可靠数据，而且结构简单，工作可靠。

附图说明

下面结合附图对实用新型进一步说明。

图1是本实用新型电原理框图；

图2是信号调理保护电路的电原理图；

图中各标号为：PT、电压互感器，Fu、过流保护器，VP1、第一过压保护器，VP2、第二过压保护器，F、运算放大器，C1、高压电容，C2、低压电容。

具体实施方式

基本原理

参看图1，过电压在线监测装置直接从PT在控制室内的测量二次端口提取电压信号，经无畸变分压器转变后输入到工控机，由工控机的后台处理软件对PT的二次侧信号进行快速反演还原计算，获得一次侧电压波形。

将PT、二次电缆和分压器分别等效为三个互相级联的二端口网络，通过测量和电磁场数值计算获得它们的宽频传递函数，在此基础上应用黑盒方法建立它们的电路模型。

设PT高压端(高压母线)上的时域电压信号为v₁(t)，经PT转化后的电压为v₂(t)。该电压信号经二次电缆传输后施加在分压器高压侧的信号为v₃(t)。v₃(t)经分压器转变后的信号为v₄(t)，将v₄(t)输入到数据采集卡进行模数转换，由工控机读取该数据，依据建立的电路模型，由后台处理软件对v₄(t)进行快速反演还原计算依次获得v₃(t)，v₂(t)和一次侧电压波形v₁(t)。

本实用新型采用电压互感器二次测量输出作为采样信号；通过经仔细匹配的传输电缆与信号调理保护电路连接，信号调理保护电路包括分压器(C1和C2)、过流保护器、两个过压保护器和隔离电路；分压器包括高压臂和低压臂，高压臂内的高压电容C1和低压臂内的低压电容C2串联，将100V电压及过电压信号分压至5V以下，其高压臂经过流保护器和输入传输电缆相连，同时其高压端和地之间接有过电压保护器，分压输出端经隔离单元和过电压保护器同高速数据采样板相连；过流保护器可以限制后续电路的短路和过载电流；过压保护器可以防止过电压对后续高速采样板的侵扰；隔离电路将信号调理单元的输入和输出进行电气隔离，起到相互保护作用；高速采样板可以采集高频过电压信号；高速数据采样卡通过总线插槽与工控计算机系统连接。

本实用新型能够长期在线运行实时采样、能够捕捉、存储电力系统的暂态过电压波形、通过暂态过电压波形进行分析，为电力系统事故原因分析提供数据。

参看图2，信号调理保护单元包括分压器、过流保护器、过压保护器Fu和隔离电路；分压器由高压电容C1和低压电容C2串联构成，将100V电压及过电压信号分压至5V以下，高压电容C1经过流保护器Fu和输入传输电缆相连，同时其高压端和地之间接有过电压保护器VP1，分压输出端经由运算放大器F构成的隔离电路和过电压保护器VP2同高速数据采样板相连，本分压器特点是采用精确计算选取的电容，输入阻抗高，方波响应特性小于50纳秒；过流保护器可以限制后续电路的短路和过载电流，其电阻极小，无电感；过压保护器Fu可以防止过电压对后续高速采样板的侵扰，过压保护器采用高输入阻抗间隙结构，不会对分压器输入阻抗造成影响；隔离电路将信号调理单元的输入和输出进行电气隔离，起到相互保护作用，隔离电路采用高输入阻抗放大器，输入阻抗达10⁹Ω。这样，信号调理单元具有输入阻抗高、功耗小、分压精确、波形无畸变的特点。

Claims (2)

1、一种过电压在线监测装置，其特征是：它由依次连接的电压互感器(PT)、信号调理保护电路、数据采集卡以及工控机组成，所述电压互感器(PT)接在高压母线上，所述信号调理保护电路由分压电路和隔离电路组成，所述分压电路由高压电容(C1)和低压电容(C2)组成，它们串联连接后经信号传输匹配电缆接电压互感器(PT)的输出端，所述隔离电路由运算放大器(F)构成，所述运算放大器(F)接成电压跟随器电路，其输入端接低压电容(C2)两端的输出信号，输出端接数据采集卡。

2、根据权利要求1所述过电压在线监测装置，其特征是，增设一个过流保护器(Fu)和两个过压保护器，所述过流保护器(Fu)与分压电路串联连接，第一过压保护器(VP1)并联于分压电路上，第二过压保护器(VP2)并接在电压跟随器的输出端。

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