電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的電壓監(jiān)測系統(tǒng)，具體地，涉及一種電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓 監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 暫態(tài)現(xiàn)象表現(xiàn)為從一個穩(wěn)定的狀態(tài)過度到另外一個狀態(tài)，也可以說是系統(tǒng)從一種 能量分配方式變化為另一種能量分配方式。在電力系統(tǒng)中，最主要的引起暫態(tài)現(xiàn)象的擾動 是投切斷路器或者一個開關(guān)裝置、短路、接地故障或者雷擊。電力系統(tǒng)過電壓是電力系統(tǒng)在 特定條件下所出現(xiàn)的超過正常工作電壓的異常電壓升高的暫態(tài)現(xiàn)象。電力系統(tǒng)過電壓的類 型從根本的產(chǎn)生根源來說，可以分為兩大類型，即外部過電壓和內(nèi)部過電壓。
[0003] 國外過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)一般采用分散式結(jié)構(gòu)，即前置智能化過電壓在線采集 器。國外過電壓在線監(jiān)測采集器具有多個串行接口，多個過電壓在線采集器通過以太網(wǎng)連 到1臺PC機或?qū)Ｓ锰幚砥魃?，實現(xiàn)對多條母線電壓的監(jiān)測。利用后臺機的管理分析軟件， 進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與顯示。
[0004] 國內(nèi)過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)多采用集中式結(jié)構(gòu)，即通過屏蔽電纜將被測信號引入系 統(tǒng)主機，然后由主機進(jìn)行集中循環(huán)檢測和數(shù)據(jù)處理。集中式過電壓在線檢測裝置一般采用 分層式結(jié)構(gòu)，管理層一般采用PC系列工控機，主要完成數(shù)據(jù)的存儲、分析、處理、顯示，以及 數(shù)據(jù)采集層的定時互檢和對時等。但這種設(shè)計受硬件配置的限制，采樣頻率不高，分辨率一 般為12位，同時容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i效應(yīng)，不利于故障信息的及時傳輸和處理。
[0005] 經(jīng)檢索，中國發(fā)明專利CN104101773A，該專利公開一種電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓采集 系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：電容式套管、電壓傳感器、二次阻容分壓器、傳感器、放大器、校正電路， 其中，所述電容式套管、所述電壓傳感器、所述二次阻容分壓器、所述傳感器、所述放大器、 所述液晶顯示屏依次連接，所述校正電路輸出連接到所述二次阻容分壓器，所述電壓傳感 器輸出的電壓信號傳輸?shù)剿龆巫枞莘謮浩鳎渲?，所述校正電路包括：倍壓電路和波?調(diào)節(jié)電路，所述倍壓電路與所述波形調(diào)節(jié)電路連接，所述倍壓電路用于將輸入電壓成倍輸 出給所述波形調(diào)節(jié)電路，所述波形調(diào)節(jié)電路用于產(chǎn)生并調(diào)節(jié)電壓，模擬雷電脈沖電壓波形。
[0006] 中國實用新型專利CN203149025U，該實用新型公開了一種暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)， 外接母線，包括高壓脈沖分壓器、衰減器、前置信號處理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機，其中： 所述高壓脈沖分壓器、衰減器、前置信號處理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機依次連接；所述高 壓脈沖分壓器連接母線并接地。
[0007] 現(xiàn)有的暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)存在這樣或那樣的不足，諸如：不能解決大容量數(shù)據(jù) 存儲與傳輸問題、沒有具有可靠和完善的通信功能，數(shù)據(jù)采集速率和頻率響應(yīng)等滿足不了 現(xiàn)有技術(shù)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓監(jiān)測系 統(tǒng)，可以建立暫態(tài)過電壓響應(yīng)；當(dāng)設(shè)備在受到雷擊等暫態(tài)過電壓損害后，系統(tǒng)記錄相關(guān)的數(shù) 據(jù)作為對其損害的判斷依據(jù)，實現(xiàn)正確的絕緣配合，并能解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0009] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0010] 一種電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)，包括弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器、信號 調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集模塊和工控機；其中：
[0011] 所述弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器，獲取電力系統(tǒng)的電壓信號，此電壓信號輸 出到信號調(diào)理電路；
[0012] 所述信號調(diào)理電路，將電壓信號調(diào)理為適合于數(shù)據(jù)采集模塊的信號；
[0013] 所述數(shù)據(jù)采集模塊，對信號調(diào)理電路調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行多通道同步A/D轉(zhuǎn) 換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號通過通信接口進(jìn)入工控機；
[0014] 所述工控機，對數(shù)據(jù)采集模塊采集到的信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)暫態(tài)過電 壓的在線監(jiān)測、離線分析以及遠(yuǎn)程訪問與控制。
[0015] 優(yōu)選的，所述弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器包括高壓臂、低壓臂，高壓臂采用聚 苯乙烯電容器，低壓臂采用多個脈沖電容器同軸并聯(lián)而成，脈沖電容器同軸放置在金屬圓 柱容器。弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器具有良好的高低頻響應(yīng)，能滿足內(nèi)外過電壓監(jiān)測 需要。為減小振蕩，在高壓臂末端串聯(lián)阻尼電阻R1，在分壓器輸出端需串聯(lián)匹配電阻R2。所 述高壓臂末端連接處用環(huán)氧樹脂澆注，作為高壓臂末端對地的絕緣。
[0016] 更優(yōu)選的，所述弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器的分壓比k = 200:1。
[0017] 優(yōu)選的，在變電站三相母線上分別安裝一只弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器，從 弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器低壓臂得到的電壓信號通過同軸電纜傳輸?shù)叫盘栒{(diào)理電 路。
[0018] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊，采用4通道PCI數(shù)據(jù)采集卡，最高采樣率20MSPS，并采 用PCI總線方式與工控機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0019] 更優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集卡設(shè)有預(yù)觸發(fā)功能，預(yù)觸發(fā)長度可通過軟件設(shè)置，這樣能 提前采樣到過電壓到來前的工頻電壓波形，從而能夠保證波形的完整性和能觀察到過電壓 出現(xiàn)時的工頻電壓的波形。
[0020] 優(yōu)選的，所述工控機設(shè)有SDRAM存儲器，SDRAM存儲器連接FPGA邏輯控制電路，通 過FPGA進(jìn)行時序控制，把數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號存儲到SDRAM存儲器中。當(dāng)SDRAM存儲 器中的數(shù)據(jù)達(dá)到半滿狀態(tài)后，由FPGA控制邏輯產(chǎn)生中斷信號給PCI總線控制器，PCI總線 控制器向系統(tǒng)申請總線控制權(quán)，通過DM傳輸把數(shù)據(jù)讀到系統(tǒng)內(nèi)存中存儲或處理。
[0021] 所述工控機，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的在線監(jiān)測、離線分析，所述在線監(jiān)測是 指電壓波形顯示與過電壓數(shù)據(jù)提取，實時的顯示電壓波形，并通過判據(jù)來監(jiān)測波形參數(shù)的 變化，一旦有過電壓事故發(fā)生，便提取過電壓數(shù)據(jù)，將過電壓數(shù)據(jù)按日期和時間命名后保存 至指定的存儲空間；離線分析是指過電壓波形時域與頻域分析。
[0022] 所述工控機通過判據(jù)來監(jiān)測波形參數(shù)的變化，其中判據(jù)不是一個恒定的基準(zhǔn)值， 弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器二次側(cè)電壓波形在正常情況下是正弦波形，對弱阻尼等電 位屏蔽式電容分壓器二次側(cè)電壓的正常波形進(jìn)行采樣，然后利用差分方程計算每個采樣點 處的電壓變化率，對于一個周期的波形而言，存在一個最大的電壓變化率，將此最大的電壓 變化率乘以一設(shè)定的過電壓保護(hù)水平，即得到電壓變化率閾值，當(dāng)監(jiān)測到實時采集到的電 壓波形中某點處的電壓變化率大于此閾值時，則認(rèn)為發(fā)生了過電壓事故。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0024] 1)、本發(fā)明從變電站現(xiàn)場的互感器二次側(cè)獲取過電壓信號，一方面使得監(jiān)測系統(tǒng) 與一次設(shè)備沒有直接的電氣聯(lián)系，從而不會影響到設(shè)備和人員的安全，也不會影響電力系 統(tǒng)的正常運行，另一方面也節(jié)省了設(shè)備投資；選擇了高速同步數(shù)據(jù)采集卡，采集異常情況下 的系統(tǒng)電壓狀況，監(jiān)控電網(wǎng)電壓質(zhì)量；并采用PCI總線方式，同時進(jìn)行了較充分的抗干擾設(shè) 計，具有較高的數(shù)據(jù)采集速率和頻率響應(yīng)，以及可靠的通信功能，保證了對過電壓信號的可 靠監(jiān)測以及系統(tǒng)的可靠工作。
[0025] 2)、本發(fā)明實現(xiàn)在線監(jiān)測和離線分析、并設(shè)置了遠(yuǎn)程訪問和控制，采用全新的過電 壓數(shù)據(jù)判斷方法來監(jiān)測過電壓事故的發(fā)生并保存過電壓數(shù)據(jù)，大大縮短故障判斷時間，提 高供電可靠性。
[0026] 3)本發(fā)明能有效減少暫時過電壓對電力系統(tǒng)和設(shè)備造成的危害，提高電力系統(tǒng)供 電質(zhì)量和安全可靠性，該系統(tǒng)的應(yīng)用將有效減少設(shè)備的絕緣損壞，提高電力系統(tǒng)運行安全 和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0027] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0028] 圖1為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的數(shù)據(jù)采集、存儲的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明一較優(yōu)實施例的工控機實現(xiàn)功能的原理圖；
[0032] 圖中：弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1、信號調(diào)理電路2、數(shù)據(jù)采集模塊3和工控 機4。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0034] 如圖1所示，為本發(fā)明的電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)的一實施例結(jié)構(gòu)框圖，該 系統(tǒng)包括弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1、信號調(diào)理電路2、數(shù)據(jù)采集模塊3和工控機4 ; 其中：
[0035] 所述弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1，獲取電力系統(tǒng)的電壓信號，此電壓信號輸 出到信號調(diào)理電路2 ;具體的，在變電站三相母線上分別安裝一只弱阻尼等電位屏蔽式電 容分壓器1，從弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1低壓臂得到的電壓信號通過同軸電纜傳 輸?shù)叫盘栒{(diào)理電路2。
[0036] 所述信號調(diào)理電路2,將電壓信號調(diào)理為適合于數(shù)據(jù)采集模塊3的信號；
[0037] 所述數(shù)據(jù)采集模塊3,對信號調(diào)理電路2調(diào)理后的電壓信號進(jìn)行多通道同步A/D轉(zhuǎn) 換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號通過通信接口進(jìn)入工控機4 ;
[0038] 所述工控機4,對數(shù)據(jù)采集模塊3采集到的信號進(jìn)行處理，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)暫態(tài)過 電壓的在線監(jiān)測、離線分析以及遠(yuǎn)程訪問與控制。
[0039] 如圖2所示，作為一個優(yōu)選實施方式，弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1包括高壓 臂、低壓臂，高壓臂采用聚苯乙烯電容器Cl，低壓臂采用多個脈沖電容器C2同軸并聯(lián)而成， 脈沖電容器同軸放置在金屬圓柱容器中。弱阻尼等電位屏蔽式電容分壓器1具有良好的高 低頻響應(yīng)，能滿足內(nèi)外過電壓監(jiān)測需要。為減小振蕩，在高壓臂末端串聯(lián)阻尼電阻R1，在分 壓器輸出端需串聯(lián)匹配電阻R2。所述高壓臂末端連接處用環(huán)氧樹脂澆注，作為