电网过电压在线监测解决方案

1.系统结构

        BYV-Ⅳ型过电压在线监测装置在变电站三相母线上每相分别安装一只分压器，从分压器低压臂得到的电压信号通过同轴电缆传输到信号处理单元。信号处理单元的主要功能是把分压器来的信号进行二次分压，并产生触发信号。然后，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元(即高速采集卡)，采集卡接收到触发信号后进行模数转换和存储，最后通过工控机的PC总线将数据读入工控机进行存储和处理。其系统结构图如下：

2.系统的功能特点

2.1系统功能

• 高的采样速率：实时采样率可达20 MS/s。采样速率从1KS/s到20 MS/s范围内可以设定。
• 每通道8M大容量板载内存。
• 10 MS/s采样速率下可记录过电压前后共400ms波形，前后记录时间可以设定；在1MS/s采样速率下，可记录8s（400个工频周期）波形；记录周期数，可随采样速率降低倍数成比例增长。
• 具备多个同步采样通道，可记录多段母线A、B、C三相波形。每通道独立工作，满足雷电、操作、谐振和工频过电压的记录要求。
• 电压事件启动：可在波形的峰值或波形上升时间改变等条件下，启动一次记录。
• 同时满足在线监测与现场试验要求。
• 具有波形复原功能，可对波形进行操作（如拉伸、缩放、通道选择等），附带的两组光标使测量更方便、更准确，具有良好的可扩展性。
• 采用SQL server数据库，可查询并显示过电压历史数据。 
•  响应带宽：0～6MHZ的模拟输入带宽。
• 采集全过程可对采样速率、采样深度、输入阻抗、参考位置及保存路径等参数手动或自动设置
• 运行过程实现自动化、智能化，可实现运行过程中无人值守自动进行。
• 通过电磁兼容试验与环境耐受试验。

2.2 系统技术特点

• 对于瞬态雷电过电压信号亦能有效采集，（对于波形1.2μs的上升时间，可大于10个采样点进行描述），对于其他过电压波形，亦能有效采集。
• 较好地解决了瞬态信号测量的高采样速率与存储容量的矛盾。
• 系统具有良好的宽频响应（从工频至MHz级），频带响应良好。
• 采用预触发技术与触发相结合技术，解决了瞬态过电压信号的触发时延问题。
• 采用美国国家仪器公司的LabVIEW开发平台，系统具有长期运行稳定性。

2.3技术指标

• 采样速率：最高实时采样率可达20 MS/s。采样速率从1K S/s到20 MS/s范围内可以设定。
• 采样精度：12位 A/D
• 测量误差：对于上升时间1μs波形，脉冲幅值误差<5％，时间长度误差<5％。
• 记录时间长度：10 MS/s采样速率下可记录过电压前后共800ms波形，前后记录时间可以设定；在1MS/s采样速率下，可记录8s（400个工频周期）波形据；记录周期数，可随采样速率降低倍数成比例增长。
• 存储次数：无限制（取决于工控机硬盘大小，目前80G满足长期记录要求）。 
•  记录容量：每通道8M大容量板载内存，工控机虚拟内存可根据需要扩充。
• 输入通道：6通道（两段母线）或9通道（三段母线）。
• 电源电压：AC 220V。
• 工作温度：－25℃～55℃，相对湿度：0% ～95%(不结霜)。

3.BYV-Ⅳ型过电压监测系统硬件结构

3.2 BYV-Ⅳ型过电压监测系统硬件部分：

    前置采集单元、前端光纤收发器、后端光纤收发器、工控机与机柜。

3.2.1前置采集单元

    信号经一次高压分压器分压后，进入前置采集单元。此单元含有二级分压电路和触发电路.在信号调理单元中，每路信号首先经过二次分压，然后一路信号与采集卡的信号输入通道相连，另一路信号则进入触发电路。触发电路产生的触发信号控制采集模块采集。

    前置采集单元内部集成一3通道20MS/S同步采集模块，可实现对A、B、C三相的过电压信号进行同步采集，每通道的板载内存为8M。

    采集单元通过通讯光纤，采用TCP/IP协议实现与主控机的实时数据交换。

3.2.3光纤收发器

    负责将电信号转换为光信号，以进行数字信号的传输。

3.2.3工控机

采用研华原装高性能工控机，其相关技术参数如下：

• CPU ：Intel 奔四2.4GHZ
• 内存：2G DDR 
• 硬盘：80G
• 软驱：无
• 光驱：光驱
• I/O接口：4个USB2.0；2个串口；1个并口
• 电源：300W ATX电源

3.2.4 机柜

    机柜放置于主控室。

工控机的尺寸：

    长：800mm;    宽：600mm;        高：2360mm;

3.3 10kV高压电容分压器（TBF10­­—400型弱阻尼分压器）

    有高的响应带宽,有快的响应速度,能满足雷过电压电压测量的需要,能满足在电网长期运行的需要,具有轻便易拆装的特点,满足JB/T8169—1999的需要.

技术指标：

• 额定分压比:6000:1
• 分压比误差: ＜5%
• 额定电压: kV
• 高压臂电容：400PF~1000PF
• 频率范围：50Hz~1MHz
• 外绝缘爬电距离：＞29cm

性能指标：

• 密封性能：具有良好的密封性，良好的防潮性。
• 外绝缘材料：硅橡胶伞裙
• 电容的温度系数：下限温度和上限温度高15K的范围内，电容温度系数的绝对值应不大于5×10-4K-1。
• 电容偏差：与额定值之差不超过额定值的－5%～+5%。
• 损耗角正切值（tgδ）：扣除电容器内串接电阻的损耗，不超过0.0015，测试电压为15kV(r.m.s)。
• 方波响应时间  ＜120ns（过冲不大于15%）
• 绝缘水平：短时（1min）工频耐受电压（均方根值）：＞42kV；雷电冲击电压（峰值）：＞75kV
• 低压端子和接地端子之间的绝缘强度：2500V，时间1min
• 有低压测量端子和局放测量端子，可接二次电缆
• 局放要求：在额定电压下局部放电量不大于10PC，0.8倍额定电压下局部放电量不大于3 PC。

其他：有明显可靠接地端子，接地螺栓使用ф/6mm的铜螺丝和外径ф/12mm，厚度L/16mm的铜螺母。

分压器外形尺寸如图2所示。

现场安装实例：

    以山东威海涝台变电站为例，在316＃开关柜和325＃开关柜三相高压出线处，各安装了分压器(如图3所示)，分压器与35kV母线连接。

4.软件技术

     采用美国NI仪器公司的图形化编程软件LabVIEW进行软件编制，采用仿Windows风格的人机界面，界面友好，操作简单、维护方便。

    过电压监测仪软件主要实现对过电压的在线监测、自动跟踪、存储和显示，对采集单元的控制及用虚拟仪器设计的多输入示波器实现对已保存过电压历史数据的查询、操作等功能。其软件结构图如下：

 

    采集程序主要完成对采集过程的控制和对过电压的捕捉、存储的过程，并将捕捉到得过电压波形实时显示出来。采集程序包含了采集参数设置和实时采集。

    相关于触发、采集的各个参数将被控制。触发方式、输入阻抗、参考位置、触发门槛、信号范围、采样速率、采样深度、过电压数据保存路径均可用鼠标、键盘进行设置。

    将按参数设置界面所设置的方式进行采集，当跟踪到过电压，就会实时显示被捕捉到的过电压波形，并显示与此次采集相关的信息（如采集速率、采集长度、保存路径等）。

    数据调用部分相当于用虚拟仪器技术设计的多输入示波器的应用界面，完成对已保存数据波形的调用及实现对波形的各种操作。主要实现以下功能：

• 设置显示通道，可选择任意通道显示，单路或多路 
• 调用过电压历史数据，可重复调用
• 设置光标参数，并显示光标的位置及对应光标的差值
• 调用数据相关信息的显示，如这个数据的采集时间，采集速率等 
• 波形的拉伸：①旋转X轴或Y轴的分度值旋钮 利用光标进行拉伸缩放；波形的平移：①移动X方向或Y方向对应的平移标度尺 ①利用光标进行平移。
• 退出数据调用界面，并返回主界面

4.1采集参数设定界面 

    可对触发方式、输入阻抗、参考位置、触发门槛、信号范围、采样速率、采样深度、过电压数据保存路径进行设置。设置界面如图5所示：

4.2数据采集界面 

    这个界面将按参数设置界面所设置的方式控制采集单元进行采集，当跟踪到过电压，就会实时显示被扑捉到得过电压波形，并显示与此次采集相关的信息（如采集速率、采集长度、保存路径等）。采集界面如图6所示。

4.3数据调用程序

    数据调用界面相当于用虚拟仪器技术设计的多输入示波器的应用界面，完成对已保存数据波形的调用及实现对波形的各种操作。

5.现场数据

    以下是南阳电业局云阳站10KV系统实际捕获到几种典型的电过电压的波形，所采用的参数为采样速率20MS/s,采样长度10MS，预触发参考位置为10％（即采集卡触发后能记录触发信号前10％和后90％的数据，例如上述采样参数下可采集总时长为0.5s，系统触发后可采集0.05s触发沿之前数据和0.45s触发沿之后数据）：

    如图8为在电网中实测到的雷电过电压波形，从图8可以看到雷电过电压的上升沿时间为7μs左右，折算后的幅值为22kV左右， 图9为合闸操作产生的一次典型的操作过电压波形，可以看到此次过电压前端高频振荡的峰值为15.5kV左右，后部低频振荡波形的峰值为8.9kV左右。其中前部0~1ms是机械合闸动作过度过程，后部1～10ms时段是电气合闸后的过度过程。

 

发布人：admin

2009/11/24 21:59:40