CN204832330U - 暂态过电压监测设备 - Google Patents

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甘慧勇
李怀军
艾学智
贾雅君
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SHANGHAI JUNSHI ELECTRICAL SCIENCE and TECHNOLOGY Co Ltd
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State Grid Henan Linzhou Power Supply Co
SHANGHAI JUNSHI ELECTRICAL SCIENCE and TECHNOLOGY Co Ltd
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本实用新型提供了一种暂态过电压监测设备,包括弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器、信号调理电路、数据采集模块和计算机;其中:在变电站三相母线上分别安装一只弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器,从弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号调理电路;所述信号调理电路连接数据采集模块,并将电压信号调理为适合数据采集模块的信号;所述数据采集模块对信号调理电路调理后的电压信号进行多通道同步A/D转换,经过转换的数字信号通过通信接口进入计算机。本实用新型在受到雷击等暂态过电压损害后,能记录相关的数据作为对其损害的判断依据,实现正确的绝缘配合。

Description

暂态过电压监测设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及电力系统中的电压监测设备,具体地,涉及一种暂态过电压监测 设备。
背景技术
[0002] 暂态现象表现为从一个稳定的状态过度到另外一个状态,也可以说是系统从一种 能量分配方式变化为另一种能量分配方式。在电力系统中,最主要的引起暂态现象的扰动 是投切断路器或者一个开关装置、短路、接地故障或者雷击。电力系统过电压是电力系统在 特定条件下所出现的超过正常工作电压的异常电压升高的暂态现象。电力系统过电压的类 型从根本的产生根源来说,可以分为两大类型,即外部过电压和内部过电压。
[0003] 国外过电压在线监测系统一般采用分散式结构,即前置智能化过电压在线采集 器。国外过电压在线监测采集器具有多个串行接口,多个过电压在线采集器通过以太网连 到1台PC机或专用处理器上,实现对多条母线电压的监测。利用后台机的管理分析软件, 进行数据的分析与显示。
[0004] 国内过电压在线监测系统多采用集中式结构,即通过屏蔽电缆将被测信号引入系 统主机,然后由主机进行集中循环检测和数据处理。集中式过电压在线检测装置一般采用 分层式结构,管理层一般采用PC系列计算机,主要完成数据的存储、分析、处理、显示,以及 数据采集层的定时互检和对时等。但这种设计受硬件配置的限制,采样频率不高,分辨率一 般为12位,同时容易产生数据传输的瓶颈效应,不利于故障信息的及时传输和处理。
[0005] 经检索,中国实用新型专利CN203149025U,该实用新型公开了一种暂态过电压监 测系统,外接母线,包括高压脉冲分压器、衰减器、前置信号处理电路、数据采集卡和计算 机,其中:所述高压脉冲分压器、衰减器、前置信号处理电路、数据采集卡和计算机依次连 接;所述高压脉冲分压器连接母线并接地。
[0006] 现有的暂态过电压监测系统存在这样或那样的不足,诸如:不能解决大容量数据 存储与传输问题、没有具有可靠和完善的通信功能,数据采集速率和频率响应等满足不了 现有技术的要求。 实用新型内容
[0007] 针对现有技术中的缺陷,本实用新型的目的是提供一种暂态过电压监测设备,能 解决上述现有技术存在的问题。
[0008] 为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
[0009] 一种暂态过电压监测设备,包括弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器、信号调理电路、 数据采集模块和计算机;其中:在变电站三相母线上分别安装一只弱阻尼等电位屏蔽式电 容分压器,从弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到 信号调理电路;所述信号调理电路连接数据采集模块,并将电压信号调理为适合数据采集 模块的信号;所述数据采集模块对信号调理电路调理后的电压信号进行多通道同步A/D转 换,经过转换的数字信号通过通信接口进入计算机。
[0010] 优选的,所述弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器包括高压臂、低压臂,高压臂采用聚 苯乙烯电容器,低压臂采用多个脉冲电容器同轴并联而成,脉冲电容器同轴放置在金属圆 柱容器。弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器具有良好的高低频响应,能满足内外过电压监测 需要。为减小振荡,在高压臂末端串联阻尼电阻R1,在分压器输出端需串联匹配电阻R2。 [0011] 更优选的,所述高压臂末端连接处设有环氧树脂,作为高压臂末端对地的绝缘。
[0012] 更优选的,所述弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器的分压比k = 200:1。
[0013] 优选的,所述数据采集模块,采用4通道PCI数据采集卡,最高采样率20MSps,并采 用PCI总线方式与计算机之间进行数据传输。
[0014] 优选的,所述计算机设有SDRAM存储器,SDRAM存储器用于存储数据采集模块采集 的信号,同时,SDRAM存储器连接FPGA逻辑控制电路,通过FPGA逻辑控制电路控制数据的 存储或处理。
[0015] 与现有技术相比,本实用新型具有如下的有益效果:
[0016] 1)、本实用新型从变电站现场的互感器二次侧获取过电压信号,一方面使得监测 设备与一次设备没有直接的电气联系,从而不会影响到设备和人员的安全,也不会影响电 力系统的正常运行,另一方面也节省了设备投资;选择了高速同步数据采集卡,采集异常情 况下的系统电压状况,监控电网电压质量;并采用PCI总线方式,同时进行了较充分的抗干 扰设计,具有较高的数据采集速率和频率响应,以及可靠的通信功能,保证了对过电压信号 的可靠监测以及设备的可靠工作。
[0017] 2)本实用新型有效减少暂时过电压对电力系统和设备造成的危害,提高电力系统 供电质量和安全可靠性。
附图说明
[0018] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本实用新型的其它特 征、目的和优点将会变得更明显:
[0019] 图1为本实用新型一较优实施例的设备结构示意图;
[0020] 图2为本实用新型一较优实施例的弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器结构原理图;
[0021] 图中:弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1、信号调理电路2、数据采集模块3和计算 机4。
具体实施方式
[0022] 下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的 技术人员进一步理解本实用新型,但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是,对本领 域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。 这些都属于本实用新型的保护范围。
[0023] 如图1所示,为本实用新型的暂态过电压监测设备的一实施例结构框图,该设备 包括弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1、信号调理电路2、数据采集模块3和计算机4 ;在变 电站三相母线上分别安装一只弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1,从弱阻尼等电位屏蔽式 电容分压器1低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号调理电路2。所述信号调理 电路2,将电压信号调理为适合于数据采集模块3的信号;所述数据采集模块3,对信号调理 电路2调理后的电压信号进行多通道同步A/D转换,经过转换的数字信号通过通信接口进 入计算机4。
[0024] 如图2所示,作为一个优选实施方式,弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1包括高压 臂、低压臂,高压臂采用聚苯乙烯电容器Cl,低压臂采用多个脉冲电容器C2同轴并联而成, 脉冲电容器同轴放置在金属圆柱容器中。弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1具有良好的高 低频响应,能满足内外过电压监测需要。为减小振荡,在高压臂末端串联阻尼电阻R1,在分 压器输出端需串联匹配电阻R2。所述高压臂末端连接处用环氧树脂浇注,作为高压臂末端 对地的绝缘。
[0025] 在一实施例中,设计弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1最高能承受IOOkV的过电 压(相对地),按标准大气压下外绝缘爬距3kV/cm计算,弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1 高度不小于33cm,本设备高度取60cm。要考虑弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器1分压后的 电压值不能太大或太小,否则对于信号的传输和处理将较困难,此处取分压比k = 200:1。
[0026] 选取合适的阻尼电阻是分压器设计的重要环节。分压器测量雷电波时波头的振 荡是常见问题为减小振荡,要求分压器具有较小的电感。但分压器电感通常总是存在, 因此需考虑加合适的阻尼电阻抑制振荡。低压臂上的电压上升时间受高压臂时间常数 (ClRl)控制。为减小误差,要求此时间常数不大于被测波形波头时间的1/10,如需测量 1. 2 μ s/50 μ s的标准雷电波,则要求ClRl < 120ns。为消除低频振荡的临界阻尼电阻为 Rl,为获得较小的响应时间,Rl可取得小一些,在实验基础上,Rl选取为:
Figure CN204832330UD00051
[0028] 式中:L为整个测量回路的电感值;Cl为分压器高压臂电容值。
[0029] 比如,在一实例中,实际测得的分压器电感约为1. 27 μ H,根据上式在高压臂中应 串接的阻尼电阻Rl为119Ω,此处取100Ω,则ClRl = 20ns〈120ns,可满足雷电波测量要 求。此外,阻尼电阻应选用较大功率的无感电阻,至少2W以上,否则可能导致损。
[0030] 在本实用新型一实施例中,所述信号调理电路2可以包括衰减器、滤波器、运算放 大器、A/D转换器等等部件,调节至适合于数据采集卡接收的水平后,转换成数字信号进入 数据采集卡。
[0031] 在一优选实施方式中,所述数据采集模块3,采用4通道PCI数据采集卡,最高采 样率20MSps,14Bit。因要满足采样内过电压和大气过电压需要,要求在高频率下采样较长 的时间如2~3个工频周期,导致每次采样的数据量较大,如采用ISA,EPP等总线方式,因 数据传输速度较慢,需考虑较复杂的硬件双缓冲设计或降低采样频率,而用PCI总线方式, 因 PCI总线传输带宽较高达132MB/S,数据读入计算机时间可大为缩短,能满足实时采集需 要。
[0032] 对于数据的存储,所述计算机4设有SDRAM存储器,SDRAM存储器连接FPGA逻辑控 制电路。采用FPGA进行时序控制,把数据采集模块3采集的信号存储到SDRAM存储器中。 当SDRAM存储器中的数据达到半满状态后,由FPGA逻辑控制电路产生中断信号给PCI总线 控制器,通过DM传输把数据读到内存中存储或处理。
[0033] 进一步,所述计算机4后续可以对数据采集模块3采集到的信号进行处理,实现对 电力系统暂态过电压的在线监测、离线分析以及远程访问与控制,包括采集参数设置、电压 波形显示、过电压数据提取与存储、过电压波形"再现"、过电压波形参数计算、过电压波形 时域及频域分析、远程访问与控制等。通过这些分析可以判断过电压事故。这些分析可以 采用现有技术实现。
[0034] 上述的设备在某处的IlOkV变电站IOkV系统进行现场安装测试,通过现场模拟, 设备准确记录了现场过电压波形,为现场运行操作及事故处理提供了波形依据,为后期的 深入研究提供了分析依据。
[0035] 以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本实用新型并不局 限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改, 这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (6)

1. 一种暂态过电压监测设备,其特征在于,包括弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器、信号 调理电路、数据采集模块和计算机;其中:在变电站三相母线上分别安装一只弱阻尼等电 位屏蔽式电容分压器,从弱阻尼等电位屏蔽式电容分压器低压臂得到的电压信号通过同轴 电缆传输到信号调理电路;所述信号调理电路连接数据采集模块,并将电压信号调理为适 合数据采集模块的信号;所述数据采集模块对信号调理电路调理后的电压信号进行多通道 同步A/D转换,经过转换的数字信号通过通信接口进入计算机。
2. 根据权利要求1所述的暂态过电压监测设备,其特征在于,所述弱阻尼等电位屏蔽 式电容分压器包括高压臂、低压臂,高压臂采用聚苯乙烯电容器,低压臂采用多个脉冲电容 器同轴并联而成,脉冲电容器同轴放置在金属圆柱容器,在高压臂末端串联阻尼电阻Rl,在 分压器输出端需串联匹配电阻R2。
3. 根据权利要求2所述的暂态过电压监测设备,其特征在于,所述高压臂末端连接处 设有环氧树脂,作为高压臂末端对地的绝缘。
4. 根据权利要求2所述的暂态过电压监测设备,其特征在于,所述弱阻尼等电位屏蔽 式电容分压器的分压比k = 200:1。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的暂态过电压监测设备,其特征在于,所述数据采集 模块,采用4通道PCI数据采集卡,最高采样率20MSps,并采用PCI总线方式与计算机之间 进行数据传输。
6. 根据权利要求1-4任一项所述的暂态过电压监测设备,其特征在于,所述计算机设 有SDRAM存储器,SDRAM存储器用于存储数据采集模块采集的信号,同时,SDRAM存储器连接 FPGA逻辑控制电路。
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