電網過電壓在線監測解決方案

1.系統結構

        BYV-Ⅳ型過電壓在線監測裝置在變電站三相母線上每相分別安裝一只分壓器，從分壓器低壓臂得到的電壓信號通過同軸電纜傳輸到信號處理單元。信號處理單元的主要功能是把分壓器來的信號進行二次分壓，并產生觸發信號。然后，二次分壓后的信號和觸發高電平信號同時輸入到采集單元(即高速采集卡)，采集卡接收到觸發信號后進行模數轉換和存儲，最后通過工控機的PC總線將數據讀入工控機進行存儲和處理。其系統結構圖如下：

2.系統的功能特點

2.1系統功能

• 高的采樣速率：實時采樣率可達20 MS/s。采樣速率從1KS/s到20 MS/s范圍內可以設定。
• 每通道8M大容量板載內存。
• 10 MS/s采樣速率下可記錄過電壓前后共400ms波形，前后記錄時間可以設定；在1MS/s采樣速率下，可記錄8s（400個工頻周期）波形；記錄周期數，可隨采樣速率降低倍數成比例增長。
• 具備多個同步采樣通道，可記錄多段母線A、B、C三相波形。每通道獨立工作，滿足雷電、操作、諧振和工頻過電壓的記錄要求。
• 電壓事件啟動：可在波形的峰值或波形上升時間改變等條件下，啟動一次記錄。
• 同時滿足在線監測與現場試驗要求。
• 具有波形復原功能，可對波形進行操作（如拉伸、縮放、通道選擇等），附帶的兩組光標使測量更方便、更準確，具有良好的可擴展性。
• 采用SQL server數據庫，可查詢并顯示過電壓歷史數據。 
•  響應帶寬：0～6MHZ的模擬輸入帶寬。
• 采集全過程可對采樣速率、采樣深度、輸入阻抗、參考位置及保存路徑等參數手動或自動設置
• 運行過程實現自動化、智能化，可實現運行過程中無人值守自動進行。
• 通過電磁兼容試驗與環境耐受試驗。

2.2 系統技術特點

• 對于瞬態雷電過電壓信號亦能有效采集，（對于波形1.2μs的上升時間，可大于10個采樣點進行描述），對于其他過電壓波形，亦能有效采集。
• 較好地解決了瞬態信號測量的高采樣速率與存儲容量的矛盾。
• 系統具有良好的寬頻響應（從工頻至MHz級），頻帶響應良好。
• 采用預觸發技術與觸發相結合技術，解決了瞬態過電壓信號的觸發時延問題。
• 采用美國國家儀器公司的LabVIEW開發平臺，系統具有長期運行穩定性。

2.3技術指標

• 采樣速率：最高實時采樣率可達20 MS/s。采樣速率從1K S/s到20 MS/s范圍內可以設定。
• 采樣精度：12位 A/D
• 測量誤差：對于上升時間1μs波形，脈沖幅值誤差<5％，時間長度誤差<5％。
• 記錄時間長度：10 MS/s采樣速率下可記錄過電壓前后共800ms波形，前后記錄時間可以設定；在1MS/s采樣速率下，可記錄8s（400個工頻周期）波形據；記錄周期數，可隨采樣速率降低倍數成比例增長。
• 存儲次數：無限制（取決于工控機硬盤大小，目前80G滿足長期記錄要求）。 
•  記錄容量：每通道8M大容量板載內存，工控機虛擬內存可根據需要擴充。
• 輸入通道：6通道（兩段母線）或9通道（三段母線）。
• 電源電壓：AC 220V。
• 工作溫度：－25℃～55℃，相對濕度：0% ～95%(不結霜)。

3.BYV-Ⅳ型過電壓監測系統硬件結構

3.2 BYV-Ⅳ型過電壓監測系統硬件部分：

    前置采集單元、前端光纖收發器、后端光纖收發器、工控機與機柜。

3.2.1前置采集單元

    信號經一次高壓分壓器分壓后，進入前置采集單元。此單元含有二級分壓電路和觸發電路.在信號調理單元中，每路信號首先經過二次分壓，然后一路信號與采集卡的信號輸入通道相連，另一路信號則進入觸發電路。觸發電路產生的觸發信號控制采集模塊采集。

    前置采集單元內部集成一3通道20MS/S同步采集模塊，可實現對A、B、C三相的過電壓信號進行同步采集，每通道的板載內存為8M。

    采集單元通過通訊光纖，采用TCP/IP協議實現與主控機的實時數據交換。

3.2.3光纖收發器

    負責將電信號轉換為光信號，以進行數字信號的傳輸。

3.2.3工控機

采用研華原裝高性能工控機，其相關技術參數如下：

• CPU ：Intel 奔四2.4GHZ
• 內存：2G DDR 
• 硬盤：80G
• 軟驅：無
• 光驅：光驅
• I/O接口：4個USB2.0；2個串口；1個并口
• 電源：300W ATX電源

3.2.4 機柜

    機柜放置于主控室。

工控機的尺寸：

    長：800mm;    寬：600mm;        高：2360mm;

3.3 10kV高壓電容分壓器（TBF10­­—400型弱阻尼分壓器）

    有高的響應帶寬,有快的響應速度,能滿足雷過電壓電壓測量的需要,能滿足在電網長期運行的需要,具有輕便易拆裝的特點,滿足JB/T8169—1999的需要.

技術指標：

• 額定分壓比:6000:1
• 分壓比誤差: ＜5%
• 額定電壓: kV
• 高壓臂電容：400PF~1000PF
• 頻率范圍：50Hz~1MHz
• 外絕緣爬電距離：＞29cm

性能指標：

• 密封性能：具有良好的密封性，良好的防潮性。
• 外絕緣材料：硅橡膠傘裙
• 電容的溫度系數：下限溫度和上限溫度高15K的范圍內，電容溫度系數的絕對值應不大于5×10-4K-1。
• 電容偏差：與額定值之差不超過額定值的－5%～+5%。
• 損耗角正切值（tgδ）：扣除電容器內串接電阻的損耗，不超過0.0015，測試電壓為15kV(r.m.s)。
• 方波響應時間  ＜120ns（過沖不大于15%）
• 絕緣水平：短時（1min）工頻耐受電壓（均方根值）：＞42kV；雷電沖擊電壓（峰值）：＞75kV
• 低壓端子和接地端子之間的絕緣強度：2500V，時間1min
• 有低壓測量端子和局放測量端子，可接二次電纜
• 局放要求：在額定電壓下局部放電量不大于10PC，0.8倍額定電壓下局部放電量不大于3 PC。

其他：有明顯可靠接地端子，接地螺栓使用ф/6mm的銅螺絲和外徑ф/12mm，厚度L/16mm的銅螺母。

分壓器外形尺寸如圖2所示。

現場安裝實例：

    以山東威海澇臺變電站為例，在316＃開關柜和325＃開關柜三相高壓出線處，各安裝了分壓器(如圖3所示)，分壓器與35kV母線連接。

4.軟件技術

     采用美國NI儀器公司的圖形化編程軟件LabVIEW進行軟件編制，采用仿Windows風格的人機界面，界面友好，操作簡單、維護方便。

    過電壓監測儀軟件主要實現對過電壓的在線監測、自動跟蹤、存儲和顯示，對采集單元的控制及用虛擬儀器設計的多輸入示波器實現對已保存過電壓歷史數據的查詢、操作等功能。其軟件結構圖如下：

 

    采集程序主要完成對采集過程的控制和對過電壓的捕捉、存儲的過程，并將捕捉到得過電壓波形實時顯示出來。采集程序包含了采集參數設置和實時采集。

    相關于觸發、采集的各個參數將被控制。觸發方式、輸入阻抗、參考位置、觸發門檻、信號范圍、采樣速率、采樣深度、過電壓數據保存路徑均可用鼠標、鍵盤進行設置。

    將按參數設置界面所設置的方式進行采集，當跟蹤到過電壓，就會實時顯示被捕捉到的過電壓波形，并顯示與此次采集相關的信息（如采集速率、采集長度、保存路徑等）。

    數據調用部分相當于用虛擬儀器技術設計的多輸入示波器的應用界面，完成對已保存數據波形的調用及實現對波形的各種操作。主要實現以下功能：

• 設置顯示通道，可選擇任意通道顯示，單路或多路 
• 調用過電壓歷史數據，可重復調用
• 設置光標參數，并顯示光標的位置及對應光標的差值
• 調用數據相關信息的顯示，如這個數據的采集時間，采集速率等 
• 波形的拉伸：①旋轉X軸或Y軸的分度值旋鈕 利用光標進行拉伸縮放；波形的平移：①移動X方向或Y方向對應的平移標度尺 ①利用光標進行平移。
• 退出數據調用界面，并返回主界面

4.1采集參數設定界面 

    可對觸發方式、輸入阻抗、參考位置、觸發門檻、信號范圍、采樣速率、采樣深度、過電壓數據保存路徑進行設置。設置界面如圖5所示：

4.2數據采集界面 

    這個界面將按參數設置界面所設置的方式控制采集單元進行采集，當跟蹤到過電壓，就會實時顯示被撲捉到得過電壓波形，并顯示與此次采集相關的信息（如采集速率、采集長度、保存路徑等）。采集界面如圖6所示。

4.3數據調用程序

    數據調用界面相當于用虛擬儀器技術設計的多輸入示波器的應用界面，完成對已保存數據波形的調用及實現對波形的各種操作。

5.現場數據

    以下是南陽電業局云陽站10KV系統實際捕獲到幾種典型的電過電壓的波形，所采用的參數為采樣速率20MS/s,采樣長度10MS，預觸發參考位置為10％（即采集卡觸發后能記錄觸發信號前10％和后90％的數據，例如上述采樣參數下可采集總時長為0.5s，系統觸發后可采集0.05s觸發沿之前數據和0.45s觸發沿之后數據）：

    如圖8為在電網中實測到的雷電過電壓波形，從圖8可以看到雷電過電壓的上升沿時間為7μs左右，折算后的幅值為22kV左右， 圖9為合閘操作產生的一次典型的操作過電壓波形，可以看到此次過電壓前端高頻振蕩的峰值為15.5kV左右，后部低頻振蕩波形的峰值為8.9kV左右。其中前部0~1ms是機械合閘動作過度過程，后部1～10ms時段是電氣合閘后的過度過程。

 

發布人：admin

2009/11/24 21:59:40