一种过电压在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了电力系统过电压监测【技术领域】中的一种过电压在线监测系统。该系统包括空心线圈电流互感器、信号调理电路和监测单元；变压器套管末屏引出线垂直穿过空心线圈电流互感器中心，空心线圈电流互感器与信号调理电路相连，信号调理电路与监测单元相连；空心线圈电流互感器用于感应变压器套管末屏引出线上流过的电压信号，并将感应的电压信号输出到信号调理电路；信号调理电路用于对感应的电压信号进行处理获得波形信号，并将所述波形信号输出到监测单元；监测单元用于对波形信号进行分析并识别过电压类型。本发明可以获得不失真的一次侧电压波形，实现对过电压的类型的准确识别；并且本发明不需要改动电站一次接线，造价低且可靠性高。
【专利说明】一种过电压在线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统过电压监测【技术领域】，尤其涉及一种过电压在线监测系统。【背景技术】
[0002]随着中国电网电压等级的不断提高，电网运行的安全性越来越受到重视。运行经验表明，电网中发生的各种事故大部分都是由系统的过电压引起的。当系统发生过电压事故时，如何正确分析事故具体原因，成为一直以来困扰人们的难题。因此，采用有效可靠的过电压在线监测系统对电网进行过电压的在线监测显得十分必要。通过过电压在线监测系统，了解事故发生前后过电压的情况和发生过程中其对电网电压的影响的准确资料，为技术人员分析事故原因提供可靠依据。
[0003]目前，现有的过电压在线监测系统就其信号获取原理来说有三种，一是通过电站本身的电压互感器(简称PT )从二次侧提取的电压信号作为过电压数据，进行过电压在线监测；二是通过直接装设在电站母线上的电容分压器对过电压信号进行在线监测；三是通过高压容性设备套管末屏与电容连接组成电容分压器获取电压信号。这三种方法均存在明显缺陷:对于第一种监测系统来说，由于电压互感器在过电压的高频信号作用下呈现的饱和特性(非线性)与频关效应，二次侧提取的电压信号严重失真，不能直接使用，否则失真严重，且信号调理过程较为复杂，一次侧波形的还原性准确度不高。第二种和第三种监测系统尽管可以真实再现一次系统的过电压，但由于它采集信号所用的分压器与电网一次回路有直接的电气连接，因而现场改动大，施工困难，并且分压器本身的故障也会对电网运行的可靠性产生不利的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对现有过电压在线监测系统存在的不足，提供一种过电压在线监测系统。
[0005]为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种过电压在线监测系统，通过感应变压器套管末屏引出线上的电压信号，识别电力系统中的过电压，其特征是所述系统包括空心线圈电流互感器、信号调理电路和监测单元；
[0006]所述变压器套管末屏引出线垂直穿过空心线圈电流互感器中心；
[0007]所述空心线圈电流互感器与信号调理电路相连；
[0008]所述信号调理电路与监测单元相连；
[0009]所述空心线圈电流互感器用于感应变压器套管末屏弓丨出线上流过的电压信号，并将感应的电压信号输出到信号调理电路；
[0010]所述信号调理电路用于对感应的电压信号进行处理获得波形信号，并将所述波形信号输出到监测单元；
[0011]所述监测单元用于对波形信号进行分析并识别过电压类型。
[0012]所述信号调理电路包括保护电路、积分电路、绝对值电路、放大电路和滤波电路；[0013]其中，所述保护电路和积分电路分别与空心线圈电流互感器相连；
[0014]所述积分电路、绝对值电路、放大电路、滤波电路和监测单元顺序相连；
[0015]所述保护电路用于检测空心线圈电流互感器的短路故障，并在检测到空心线圈电流互感器发生短路故障时，切断信号调理电路与空心线圈电流互感器的连接；
[0016]所述积分电路用于将感应的电压信号转换为电流信号并输出到绝对值电路；
[0017]所述绝对值电路用于对转换后的电流信号整流，得到幅值大于零的电流波形信号并输出到放大电路；
[0018]所述放大电路用于对电流波形信号的幅值进行比例放大并输出到滤波电路；
[0019]所述滤波电路用于滤除放大后的电流波形信号中的干扰信号并输出到监测单元。
[0020]本发明可以获得不失真的一次侧电压波形，从而实现对过电压的类型的准确识别；同时，本发明提供的系统不需要改动电站一次接线，造价低且可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明提供的过电压在线监测系统整体结构图；
[0022]图2是空心线圈电流互感器安装示意图；
[0023]图3是变压器套管的绝缘等效电路图；其中(a)是变压器套管的绝缘等效回路图，(b)是变压器套管的绝缘等效电路中的电压电流向量图；
[0024]图4是空心线圈电流互感器产生感应电压原理图；
[0025]图5是接入信号电阻的空心线圈电流互感器形成的等效积分电路图；
[0026]图6是信号调理电路结构图；
[0027]图7是过电压分析识别过程示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0029]图1是本发明提供的过电压在线监测系统整体结构图。如图1所示，本发明提供的过电压在线监测系统包括空心线圈电流互感器、信号调理电路和监测单元。变压器套管末屏引出线垂直穿过空心线圈电流互感器中心，空心线圈电流互感器与信号调理电路相连，信号调理电路与监测单元相连。图2是空心线圈电流互感器安装示意图，从图2可以看出，由于空心线圈电流互感器和变压器套管末屏引出线之间不存在电气连接，因此本发明提供的系统安装方便，不需要改动电站一次接线，且可靠性高。
[0030]本发明提供的过电压在线监测系统通过感应变压器套管末屏引出线上的电压信号，识别电网中的过电压。其中，空心线圈电流互感器用于感应变压器套管末屏弓丨出线上流过的电压信号，并将感应的电压信号输出到信号调理电路。信号调理电路用于对感应的电压信号进行处理获得波形信号，并将所述波形信号输出到监测单元。监测单元用于对波形信号进行分析，识别过电压类型。
[0031]过电压产生的原理是，套管用于把电流引入或引出变压器、断路器、电容器或其他电器设备的金属外壳，也用于导体或母线穿过建筑物或墙壁(如电站用套管)。电容式套管是目前高压、超高压系统中最常用的形式。电容式套管的绝缘采取内绝缘与外绝缘相结合的结构，电容套管的导杆常采用铜杆或铜管。通常的油纸电容式套管的电容芯子以电缆纸浸以矿物油为绝缘，在导杆上包以多层绝缘，在层间按设计所要求的位置上夹有铝箔。在交流电压作用下变压器套管的绝缘等效电路如图3所示。图3中，(a)是变压器套管的绝缘等效回路图，(b)是变压器套管的绝缘等效电路中的电压电流向量图。图中，C和R分别为等效电路的并联电容和并联电阻，流过介质的电流I由阻性分量Ik和容性分量Ic组成。6为介质损耗角。《电力设备预防性试验规程》规定运行中的IlOkV~500kV容性设备的介质损耗角的正切值tan S不超过0.8%-1.0%。在过电压作用下，等效电路中绝缘电阻R很大，流经等效电路的容性电流Ic大大增加，有Ic远大于IK，此时电容型设备可以近似等效为一纯电容。因此，在过电压通过母线进入套管绝缘等效电容，在套管末屏接地线上会产生瞬时过电流。这个瞬时过电流就是本发明所采集使用的过电压信号。
[0032]图4是空心线圈电流互感器产生感应电压原理图，其圆心的黑色圆圈代表变压器套管末屏引出线。如图4所示，空心线圈电流互感器感应变压器套管末屏引出线上流过的电压信号的原理是，空心线圈电流互感器测量电流的理论依据是电磁感应定律和安培环路定律。当被测电流沿轴线通过线圈时，在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场。变化的磁场会在线圈两端上产生感应电压E。如果在环形线圈两端接一个小阻值的信号电阻，由线圈自感和信号电阻，形成积分电路，如图5所示，则在信号电阻上就可得到与被测电流成正比的电压，这就是内积分型的空心线圈。其中，积分电路的电压电流方程为:
【权利要求】
1.一种过电压在线监测系统，通过感应变压器套管末屏引出线上的电压信号，识别电力系统中的过电压，其特征是所述系统包括空心线圈电流互感器、信号调理电路和监测单元; 所述变压器套管末屏引出线垂直穿过空心线圈电流互感器中心； 所述空心线圈电流互感器与信号调理电路相连； 所述信号调理电路与监测单元相连； 所述空心线圈电流互感器用于感应变压器套管末屏弓I出线上流过的电压信号，并将感应的电压信号输出到信号调理电路； 所述信号调理电路用于对感应的电压信号进行处理获得波形信号，并将所述波形信号输出到监测单元； 所述监测单元用于对波形信号进行分析并识别过电压类型。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述信号调理电路包括保护电路、积分电路、绝对值电路、放大电路和滤波电路； 其中，所述保护电路和积分电路分别与空心线圈电流互感器相连； 所述积分电路、绝对值电路、放大电路、滤波电路和监测单元顺序相连； 所述保护电路用于检测空心线圈电流互感器的短路故障，并在检测到空心线圈电流互感器发生短路故障时，切断信号调理电路与空心线圈电流互感器的连接； 所述积分电路用于将感应的电压信号转换为电流信号并输出到绝对值电路； 所述绝对值电路用于对转换后的电流信号整流，得到幅值大于零的电流波形信号并输出到放大电路； 所述放大电路用于对电流波形信号的幅值进行比例放大并输出到滤波电路； 所述滤波电路用于滤除放大后的电流波形信号中的干扰信号并输出到监测单元。
【文档编号】G01R19/165GK103558446SQ201310596309
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】王永强, 詹宁宁, 律方成, 毕建刚, 邓彦国 申请人:国家电网公司, 华北电力大学（保定）, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 中国电力科学研究院