专利名称：一种电能质量谐波及过电压在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在线监测电能质量谐波及过电压的装置。
背景技术：
近年来，由于电气化铁道的发展以及化工、冶金、钢铁、有色金属、煤炭和交通等工 业部门大量使用了电力电子设备和应用电力整流和换流技术，如500kV高压直流输电工程 葛上线的投入运行，产生了大量谐波注入电网。国家电网公司近年加大特高压直流输电，电 压等级达到800kV，同时，国家大力推广风电等清洁能源的建设。这样，大量的整流设备的投 入，必将造成电力系统电压和电流波形的严重畸变。具有非线性设备的电力用户越来越多，这些用户会产生大量的谐波注入到公用电 网和自身电力用户的电网中，当其谐波注入到自身的电网时，导致自身的变压器温度升高、 损耗增加、噪声增加、无功补偿装置的保险和电容器烧损，电缆绝缘降低以至爆炸，精密仪 器无法使用，自动生产线不能正常运行，白帜灯闪烁，电压波动，导致低电压跳闸，功率因数 降低导致利率罚款。电力系统中的非线形负荷及冲击性负荷日益增加，对电网质量污染加剧，使电网 的非线形(谐波)、非对称性(负序)和波动性日趋严重，已引发电网不少异常和事故，例 如电能计量不准、变压器过热、电容器组不能正常投运、继电器保护和自动装置误动跳间、 电机的烧损等，对电力系统的安全经济运行造成严重危害。GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准明确规定了电网的谐波监测标准。 而工业的发展和科技的进步使得越来越多的用户采用性能好、效率高，但对电源特性变化 敏感和对供电系统注入干扰的新设备，电能质量谐波污染的问题逐渐明显起来，电能质量 谐波监测和抑制谐波的重要性越来越得到重视。高压电力系统运行的可靠性，在极大程度上决定于绝缘的工作状况，正确地规定 系统的绝缘水平，具有十分重大的意义。而过电压对于系统绝缘水平的选择起着决定性的 作用。国家标准GB/T 18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》中5. 5和电力行 业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中4. 2. 10明确规定了 “为监测系统运行中出现的工频过电压、谐振过电压和操作过电压，宜在变电站安装过电压 波形或幅值的自动记录装置，并妥为收集实测结果。”根据标准中的要求，当设备在受到过电压损害后，为了实现正确的绝缘配合，防止 过电压对电力运行设备的损害，或把损害减到最小，建立暂态过电压响应监测是很重要的， 特别是能确切知道变电站内受到了多大过电压的长期侵袭，设备是否能承受过电压冲击， 某些重点设备是否需要特别保护，系统参数配合是否恰当(引起操作过电压幅值)，避雷器 残压是否达到要求等。所以，装设及建立暂态过电压监测系统能对运行变电站的过电压状 况、避雷器保护水平及残压等是否有效等数据有清晰的资料数据，并可以快速查找故障和 异常事故的原因，减少电力系统的故障率。发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种能有效地解决谐波定 时测量和过电压暂态波形记录两方面的技术，同时，能长期稳定适应电力系统从IOkV到 IOOOkV各个电压等级的谐波和过电压在线监测装置。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是它包括信号采集处理前端、交 流电源隔离部分、标准电气屏、输入端子和报警回路等，所述的信号采集处理前端包含有电 压信号处理板、电流信号处理板、嵌入式工控主板、半长高速同步采集卡、硬盘、8寸液晶显 示屏和电源供电装置。本实用新型的优点是(1)本实用新型装置监测的过电压和激磁涌流，采集频率最高可达16通道同步采 集250kHz，一次记录时间可达30秒，并且对于电力装置过电压和涌流等现象可以全过程记 录；(2)本实用新型可以对自动记录的暂态过程波形中数据文件任何部分进行暂态谐 波的计算，计算到100次的谐波含量，可以给出谐波总畸变率，各次谐波值和谐波含量，这 是已知其他电能质量在线监测装置所不具备的暂态谐波波形记录和计算功能；(3)本实用新型同时具备根据国家标准谐波测量需要记录的定时谐波功能，能够 以任意设定好的谐波测量时间间隔，定时测量计算谐波稳态量，并且提供长达一年的统计 数据；(4)自动记录采用电压、电流突变量启动方式。本实用新型可以以任意值设定任意 通道的启动值，一个采集卡半满记录周期就可以计算判断是否启动记录，测量通道的峰值 无论是突升或突降，如果超出设定值范围即可启动，同时，提供任何时刻人为手动记录的功 能，用于调试设备及测量当前时刻的波形；(5)本实用新型采用Iinux操作系统，因此具备多任务功能，并具备计算机联网功 能，可以实现远程控制、数据传输和数据分析，提供在线和离线的数据分析软件，提供丰富 的数据分析功能。
图1是本实用新型整体硬件构成图；图2是本实用新型信号处理采集前端内部结构图；图3是本实用新型电能质量谐波及过电压在线监测方法流程图图4是本实用新型电压信号处理板一路输入放大电路图；图5是本实用新型电流信号处理板一路输入放大电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。由图1-图5可知，本实用新型它包括信号采集处理前端1、交流电源隔离部分、标 准电气屏、输入端子和报警回路等，所述的信号采集处理前端1包含有电压信号处理板2、 电流信号处理板3、嵌入式工控主板4、半长高速同步采集卡5、6、硬盘7、8寸液晶显示屏8 和电源供电装置9。[0023]16路电气量同步采集，同步采集频率最高达到2500kHz，交流电压和交流电流信 号从电力装置电压互感器和电流互感器二次侧接入，信号采集处理前端采用标准19英寸 6U高上架机箱，并采用黑匣子方式设计，电压信号采用双端输入，各路信号彼此隔离不共 地，同时，对一次电压和二次电压进行光电隔离。电力装置的电压和电流信号经过电压互感器和电流互感器变换后接入信号采集 处理前端1，经过电压信号处理板2和电流信号处理板3隔离处理后的低压信号，分别与两 块8通道250kHz半长高速同步采集卡5、6连接，半长高速同步采集卡5的时钟采用基准时 钟，半长高速同步采集卡6用外触发方式接半长高速同步采集卡5的时钟管脚，半长高速同 步采集卡5、6各有8个采集通道，每个采集通道有一个A/D采集芯片，信号采集处理前端采 用隔离的电源供电装置9，自动启动信号采用电压、电流突变量方式启动。所述的电压信号处理板2的芯片ICl输出端与三极管Tl基极相连，三极管Tl集 电极接至-5V，发射极接至发光二极管。电流信号处理板3的芯片IC2输出端与三极管Tl基极相连，三极管Tl集电极接 至-5V，发射极接至发光二极管。本实用新型所述的电能质量谐波及过电压在线监测装置，应用16路高速同步采 集、自动启动、定时测量、存储、显示电气量谐波和过电压的监测装置，同时监测电力装置的 暂态过电压和稳态谐波电气量。采用嵌入式的Iirmx操作系统和嵌入式硬件，提供多任务 功能，将过电压波形记录和谐波定时测量两方面技术进行数据共享，提供Web/Brower使用 开发方式，提供FTP数据传输服务等。变电站或发电厂的一次交流电压和一次交流电流信号经过电压互感器和电流互 感器变换，交流电压变成100V以内交流电压信号，交流电流变成5A以内交流电流信号。变 换后的电压和电流信号接入本实用新型装置的接线端子，其中，每个通道都是隔离不共地 的。所有信号经过电缆接入信号处理采集前端。交流电压信号接入电压信号处理板，隔离的 每路电压信号经过电压信号处理板进行分压、滤波、限幅、放大和光隔的处理，变成-5V +5V范围内的电压信号。交流电流信号接入电流信号处理板，隔离的每路电流信号经过电流 信号处理板进行电压变换、分压、滤波、限幅、放大和光隔的处理，同样变成-5V +5V范围 内的电压信号。所有的经过处理后的-5V +5V范围内的电压信号经过专用电缆接入多通 道高速同步采集卡中，采集计算软件将根据具体的设置参数实时循环采集信号，达到设定 的条件后或接到控制命令后进行数据记录计算或相应的操作，同时定时采集计算和存储谐 波值。本实用新型所述的电压、电流信号可以从电压互感器、电流互感器二次侧，或分压 器低压臂接入本装置的接线端子，信号经过电缆接入信号处理采集前端，经电压和电流信 号处理板转换成采集卡接受的小电压信号，将小电压信号接入高速同步采集卡中，软件将 根据具体的设置参数实时循环采集信号，达到设定的条件后或接到控制命令后进行数据记 录计算或相应的操作，同时定时采集计算和存储谐波值。
权利要求1.一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，其特征在于它包括信号采集处理前端 (1)、交流电源隔离部分、标准电气屏、输入端子和报警回路等，所述的信号采集处理前端 (1)包含有电压信号处理板(2)、电流信号处理板(3)、嵌入式工控主板(4)、半长高速同步 采集卡(5)、(6)、硬盘(7)、8寸液晶显示屏⑶和电源供电装置(9)。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，其特征在于16 路电气量同步采集，同步采集频率最高达到2500kHz，交流电压和交流电流信号从电力装置 电压互感器和电流互感器二次侧接入，信号采集处理前端采用标准19英寸6U高上架机箱， 并采用黑匣子方式设计，电压信号采用双端输入，各路信号彼此隔离不共地，同时，对一次 电压和二次电压进行光电隔离。
3.根据权利要求1所述的一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，其特征在于 电力装置的电压和电流信号经过电压互感器和电流互感器变换后接入信号采集处理前端 (1)，经过电压信号处理板⑵和电流信号处理板⑶隔离处理后的低压信号，分别与两块 8通道250kHz半长高速同步采集卡(5)、(6)连接，半长高速同步采集卡(5)的时钟采用基 准时钟，半长高速同步采集卡(6)用外触发方式接半长高速同步采集卡(5)的时钟管脚，半 长高速同步采集卡(5)、(6)各有8个采集通道，每个采集通道有一个A/D采集芯片，信号采 集处理前端采用隔离的电源供电装置(9)，自动启动信号采用电压、电流突变量方式启动。
4.根据权利要求1所述的一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，其特征在于所 述的电压信号处理板(2)的芯片(IC1)输出端与三极管(T1)基极相连，三极管(T1)集电极 接至-5V，发射极接至发光二极管。
5.根据权利要求1所述的一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，其特征在于电 流信号处理板(3)的芯片(IC2)输出端与三极管(T1)基极相连，三极管(T1)集电极接至-5V， 发射极接至发光二极管。
专利摘要本实用新型涉及一种电能质量谐波及过电压在线监测装置，它包括信号采集处理前端、交流电源隔离部分、标准电气屏、输入端子和报警回路等，所述的信号采集处理前端包含有电压信号处理板、电流信号处理板、嵌入式工控主板、半长高速同步采集卡、硬盘、8寸液晶显示屏和电源供电装置。本实用新型装置监测的过电压和激磁涌流，采集频率最高可达16通道同步采集250kHz，一次记录时间可达30秒，并且对于电力装置过电压和涌流等现象可以全过程记录。
文档编号G01R23/16GK201788233SQ20092010095
公开日2011年4月6日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者王彬, 王德义 申请人:黑龙江硕实电力科技有限公司