一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高電壓測量技術(shù)，特別是涉及一種基于有限元分析的非接觸線路過電 壓監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)中，由于雷電、電磁能量的轉(zhuǎn)換會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生瞬間升高，其值可能 大大超過電氣設備的最高工頻運行電壓，這就是過電壓。過電壓會造成電氣設備的絕緣損 壞、使系統(tǒng)供電中斷等重大事故。
[0003] 由于電力系統(tǒng)接線的復雜性和系統(tǒng)故障、操作形式的多樣性，電力系統(tǒng)內(nèi)可能產(chǎn) 生的過電壓種類會有差別，其特征和危害性也各有不同。為了研究各種過電壓產(chǎn)生的機理， 掌握不同類型過電壓的特征，為防雷裝置和絕緣設計提供數(shù)據(jù)參考，需要對過電壓進行實 際測量。
[0004] 近年來，在電網(wǎng)中已有一些過電壓監(jiān)測裝置投入運行，但目前對于過電壓信號的 獲取大多數(shù)采用的是高壓電阻式或電容式分壓器。例如一些特制的電壓傳感器組成套管分 壓系統(tǒng)，從電容式套管的末屏抽頭處獲取電壓信號的方法，實現(xiàn)對電網(wǎng)過電壓信號的實時 采集。但是，在系統(tǒng)中安裝分壓器，額外增加了系統(tǒng)中一次設備投入。而且這種套管末屏電 壓傳感器也存在末屏接地線斷線或傳感器斷路造成末屏放電的潛在危險，給電網(wǎng)的安全運 行帶來潛在風險。對系統(tǒng)的運行來說，既不經(jīng)濟，也不安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于有限元分析的非接觸線路過 電壓監(jiān)測方法及裝置，該裝置由于采用非接觸的方式對線路過電壓進行測量，故具有安裝 方便、不影響一次設備運行、安全性好、監(jiān)測精度高、成本低廉、易于推廣等優(yōu)點，從而解決 現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006] 本發(fā)明所述一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置由平板電極、低壓 臂電容、電光轉(zhuǎn)換器、光纖、光電轉(zhuǎn)換器、波形記錄儀組成。其中，平板電極安裝于桿塔附近、 線路某相正下方；低壓臂電容上端與平板電極及電光轉(zhuǎn)換器電氣連接，下端與大地電氣連 接；電光轉(zhuǎn)換器前端與平板電極及低壓臂電容電氣連接，后端通過光纖與光電轉(zhuǎn)換器連接； 光電轉(zhuǎn)換器前端通過光纖與電光轉(zhuǎn)換器連接，后端與波形記錄儀電氣連接。
[0007] 本發(fā)明所述平板電極與線路某相之間存在雜散電容，雜散電容的電容量為C1;所 述低壓臂電容的電容量為C 2。
[0008] 本發(fā)明所述平板電極、低壓臂電容、電光轉(zhuǎn)換器整體封裝在金屬屏蔽外殼內(nèi)，通過 光纖與外部通信，以屏蔽現(xiàn)場的其他復雜電磁信號的干擾；平板電極與金屬屏蔽外殼間采 用絕緣支架進行支撐和絕緣。金屬屏蔽外殼與大地電氣連接。
[0009] 本發(fā)明通過有限元分析得到雜散電容的電容量C1，進而計算得到線路過電壓值 U1;本發(fā)明所述通過有限元分析得到雜散電容的電容量C i的步驟為：
[0010] 步驟1 :充分考慮線路、桿塔、周圍環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征后，建立桿塔、線路、周圍環(huán)境、 空氣域三維模型；
[0011] 步驟2 :賦予特性，如單元類型、材料屬性；
[0012] 步驟2:劃分網(wǎng)格；
[0013] 步驟3 :施加載荷和邊界條件；
[0014] 步驟4 :開始進行有限元分析計算；
[0015] 步驟5 :對有限元分析計算結(jié)果進行后處理，得到雜散電容的電容量C1;
[0016] 本發(fā)明所述線路過電壓U1的計算公式為：
[0018] 其中：
[0019] U2--波形記錄儀采集到的電壓有效值。
[0020] 本發(fā)明的有益效果是：采用非接觸的方式對線路過電壓進行測量，具有安裝方便、 不影響一次設備運行、安全性好、監(jiān)測精度高、成本低廉、易于推廣等優(yōu)點。
[0021] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0022] 圖1所示的為一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置；圖中：1、平板 電極；2、低壓臂電容；3、電光轉(zhuǎn)換器；4、光纖；5、光電轉(zhuǎn)換器；6、波形記錄儀；7、桿塔；8、線 路；9、大地；10、雜散電容；
[0023] 圖2所示的為平板電極、低壓臂電容、電光轉(zhuǎn)換器整體封裝在金屬屏蔽外殼內(nèi)的 示意圖；圖中：1、平板電極；2、低壓臂電容；3、電光轉(zhuǎn)換器；4、光纖；9、大地；11、金屬屏蔽 外殼；12、絕緣支架；
[0024] 圖3為通過有限元分析得到雜散電容（10)的電容量(；，進而計算得到線路過電壓 值U1的步驟。
【具體實施方式】
[0025] 圖1所示的為一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置。該裝置由平板 電極1、低壓臂電容2、電光轉(zhuǎn)換器3、光纖4、光電轉(zhuǎn)換器5、波形記錄儀6組成。其中，平板 電極1安裝于桿塔7附近、線路8下方；低壓臂電容2上端與平板電極1及電光轉(zhuǎn)換器3電 氣連接，下端與大地9電氣連接；電光轉(zhuǎn)換器3前端與平板電極1及低壓臂電容2電氣連 接，后端通過光纖4與光電轉(zhuǎn)換器5連接；光電轉(zhuǎn)換器5前端通過光纖4與電光轉(zhuǎn)換器3連 接，后端與波形記錄儀6電氣連接。
[0026] 圖2所示的為平板電極、低壓臂電容、電光轉(zhuǎn)換器整體封裝在金屬屏蔽外殼內(nèi)的 示意圖。平板電極1、低壓臂電容2、電光轉(zhuǎn)換器3整體封裝在金屬屏蔽外殼內(nèi)，通過光纖4 與外部通信，以屏蔽現(xiàn)場的其他復雜電磁信號的干擾；平板電極1與金屬屏蔽外殼5間采用 絕緣支架6進行支撐和絕緣。
[0027] 圖3為通過有限元分析得到雜散電容10的電容量(；，進而計算得到線路過電壓值 U1的步驟。通過有限元分析得到雜散電容10的電容量C i的步驟為：
[0028] 步驟1 :充分考慮線路、桿塔、周圍環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征后，建立桿塔7、線路8周圍環(huán) 境、空氣域三維實體模型；
[0029] 步驟2 :劃分網(wǎng)格，得到有限元模型；
[0030] 步驟3 :施加載荷和邊界條件；
[0031] 步驟4 :開始進行有限元分析計算；
[0032] 步驟5 :對有限元分析計算結(jié)果進行后處理，得到得到雜散電容10的電容量Q。
【主權(quán)項】
1. 一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置，其特征在于：由平板電極（I)、 低壓臂電容（2)、電光轉(zhuǎn)換器（3)、光纖（4)、光電轉(zhuǎn)換器（5)、波形記錄儀（6)組成。其中， 平板電極（1)安裝于桿塔（7)附近的線路（8)某相正下方；低壓臂電容（2)上端與平板電 極（1)及電光轉(zhuǎn)換器（3)電氣連接，下端與大地（9)電氣連接；電光轉(zhuǎn)換器（3)前端與平板 電極（1)及低壓臂電容（2)電氣連接，后端通過光纖（4)與光電轉(zhuǎn)換器（5)連接；光電轉(zhuǎn)換 器（5)后端與波形記錄儀（6)電氣連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述平板電極⑴與線路⑶某相之間存在雜散電容（10)，雜散電容（10)的電容量 為C1;所述低壓臂電容⑵的電容量為C2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置，其特征 在于：所述平板電極（1)、低壓臂電容（2)、電光轉(zhuǎn)換器（3)整體封裝在金屬屏蔽外殼（11) 內(nèi)，通過光纖（4)與外部通信，以屏蔽現(xiàn)場的其他復雜電磁信號的干擾；平板電極（1)與金 屬屏蔽外殼（11)間采用絕緣支架（12)進行支撐和絕緣；金屬屏蔽外殼（11)與大地（9)電 氣連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測裝置的監(jiān)測 方法，其特征在于：通過有限元分析得到雜散電容（10)的電容量(；，進而計算得到線路過 電壓值U1;通過有限元分析得到雜散電容（10)的電容量C1的步驟為： 步驟1 :充分考慮線路、桿塔、周圍環(huán)境等結(jié)構(gòu)特征后，建立桿塔（7)、線路（8)、周圍環(huán) 境、空氣域三維模型； 步驟2 :賦予特性，如單元類型、材料屬性； 步驟2 :劃分網(wǎng)格； 步驟3 :施加載荷和邊界條件； 步驟4 :開始進行有限元分析計算； 步驟5:對有限元分析計算結(jié)果進行后處理，得到雜散電容（10)的電容量C1; 所述線路過電壓U1的計算公式為：其中： U2--波形記錄儀（6)采集到的電壓有效值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于有限元分析的非接觸線路過電壓監(jiān)測方法及裝置。該裝置由平板電極(1)、低壓臂電容(2)、電光轉(zhuǎn)換器(3)、光纖(4)、光電轉(zhuǎn)換器(5)、波形記錄儀(6)組成。該裝置由于采用非接觸的方式對線路過電壓進行測量，故具有安裝方便、不影響一次設備運行、安全性好、監(jiān)測精度高、成本低廉、易于推廣等優(yōu)點。
【IPC分類】G01R19/28, G06F17/50
【公開號】CN105046018
【申請?zhí)枴緾N201510512930
【發(fā)明人】彭晶, 劉紅文, 王科, 譚向宇, 劉光祺, 彭兆裕, 程志萬
【申請人】云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月20日