一種過電壓在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了電力系統過電壓監測【技術領域】中的一種過電壓在線監測系統。該系統包括空心線圈電流互感器、信號調理電路和監測單元；變壓器套管末屏引出線垂直穿過空心線圈電流互感器中心，空心線圈電流互感器與信號調理電路相連，信號調理電路與監測單元相連；空心線圈電流互感器用于感應變壓器套管末屏引出線上流過的電壓信號，并將感應的電壓信號輸出到信號調理電路；信號調理電路用于對感應的電壓信號進行處理獲得波形信號，并將所述波形信號輸出到監測單元；監測單元用于對波形信號進行分析并識別過電壓類型。本發明可以獲得不失真的一次側電壓波形，實現對過電壓的類型的準確識別；并且本發明不需要改動電站一次接線，造價低且可靠性高。
【專利說明】一種過電壓在線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力系統過電壓監測【技術領域】，尤其涉及一種過電壓在線監測系統。【背景技術】
[0002]隨著中國電網電壓等級的不斷提高，電網運行的安全性越來越受到重視。運行經驗表明，電網中發生的各種事故大部分都是由系統的過電壓引起的。當系統發生過電壓事故時，如何正確分析事故具體原因，成為一直以來困擾人們的難題。因此，采用有效可靠的過電壓在線監測系統對電網進行過電壓的在線監測顯得十分必要。通過過電壓在線監測系統，了解事故發生前后過電壓的情況和發生過程中其對電網電壓的影響的準確資料，為技術人員分析事故原因提供可靠依據。
[0003]目前，現有的過電壓在線監測系統就其信號獲取原理來說有三種，一是通過電站本身的電壓互感器(簡稱PT )從二次側提取的電壓信號作為過電壓數據，進行過電壓在線監測；二是通過直接裝設在電站母線上的電容分壓器對過電壓信號進行在線監測；三是通過高壓容性設備套管末屏與電容連接組成電容分壓器獲取電壓信號。這三種方法均存在明顯缺陷:對于第一種監測系統來說，由于電壓互感器在過電壓的高頻信號作用下呈現的飽和特性(非線性)與頻關效應，二次側提取的電壓信號嚴重失真，不能直接使用，否則失真嚴重，且信號調理過程較為復雜，一次側波形的還原性準確度不高。第二種和第三種監測系統盡管可以真實再現一次系統的過電壓，但由于它采集信號所用的分壓器與電網一次回路有直接的電氣連接，因而現場改動大，施工困難，并且分壓器本身的故障也會對電網運行的可靠性產生不利的影響。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，針對現有過電壓在線監測系統存在的不足，提供一種過電壓在線監測系統。
[0005]為了實現上述目的，本發明提出的技術方案是，一種過電壓在線監測系統，通過感應變壓器套管末屏引出線上的電壓信號，識別電力系統中的過電壓，其特征是所述系統包括空心線圈電流互感器、信號調理電路和監測單元；
[0006]所述變壓器套管末屏引出線垂直穿過空心線圈電流互感器中心；
[0007]所述空心線圈電流互感器與信號調理電路相連；
[0008]所述信號調理電路與監測單元相連；
[0009]所述空心線圈電流互感器用于感應變壓器套管末屏弓丨出線上流過的電壓信號，并將感應的電壓信號輸出到信號調理電路；
[0010]所述信號調理電路用于對感應的電壓信號進行處理獲得波形信號，并將所述波形信號輸出到監測單元；
[0011]所述監測單元用于對波形信號進行分析并識別過電壓類型。
[0012]所述信號調理電路包括保護電路、積分電路、絕對值電路、放大電路和濾波電路；[0013]其中，所述保護電路和積分電路分別與空心線圈電流互感器相連；
[0014]所述積分電路、絕對值電路、放大電路、濾波電路和監測單元順序相連；
[0015]所述保護電路用于檢測空心線圈電流互感器的短路故障，并在檢測到空心線圈電流互感器發生短路故障時，切斷信號調理電路與空心線圈電流互感器的連接；
[0016]所述積分電路用于將感應的電壓信號轉換為電流信號并輸出到絕對值電路；
[0017]所述絕對值電路用于對轉換后的電流信號整流，得到幅值大于零的電流波形信號并輸出到放大電路；
[0018]所述放大電路用于對電流波形信號的幅值進行比例放大并輸出到濾波電路；
[0019]所述濾波電路用于濾除放大后的電流波形信號中的干擾信號并輸出到監測單元。
[0020]本發明可以獲得不失真的一次側電壓波形，從而實現對過電壓的類型的準確識別；同時，本發明提供的系統不需要改動電站一次接線，造價低且可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明提供的過電壓在線監測系統整體結構圖；
[0022]圖2是空心線圈電流互感器安裝示意圖；
[0023]圖3是變壓器套管的絕緣等效電路圖；其中(a)是變壓器套管的絕緣等效回路圖，(b)是變壓器套管的絕緣等效電路中的電壓電流向量圖；
[0024]圖4是空心線圈電流互感器產生感應電壓原理圖；
[0025]圖5是接入信號電阻的空心線圈電流互感器形成的等效積分電路圖；
[0026]圖6是信號調理電路結構圖；
[0027]圖7是過電壓分析識別過程示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0029]圖1是本發明提供的過電壓在線監測系統整體結構圖。如圖1所示，本發明提供的過電壓在線監測系統包括空心線圈電流互感器、信號調理電路和監測單元。變壓器套管末屏引出線垂直穿過空心線圈電流互感器中心，空心線圈電流互感器與信號調理電路相連，信號調理電路與監測單元相連。圖2是空心線圈電流互感器安裝示意圖，從圖2可以看出，由于空心線圈電流互感器和變壓器套管末屏引出線之間不存在電氣連接，因此本發明提供的系統安裝方便，不需要改動電站一次接線，且可靠性高。
[0030]本發明提供的過電壓在線監測系統通過感應變壓器套管末屏引出線上的電壓信號，識別電網中的過電壓。其中，空心線圈電流互感器用于感應變壓器套管末屏弓丨出線上流過的電壓信號，并將感應的電壓信號輸出到信號調理電路。信號調理電路用于對感應的電壓信號進行處理獲得波形信號，并將所述波形信號輸出到監測單元。監測單元用于對波形信號進行分析，識別過電壓類型。
[0031]過電壓產生的原理是，套管用于把電流引入或引出變壓器、斷路器、電容器或其他電器設備的金屬外殼，也用于導體或母線穿過建筑物或墻壁(如電站用套管)。電容式套管是目前高壓、超高壓系統中最常用的形式。電容式套管的絕緣采取內絕緣與外絕緣相結合的結構，電容套管的導桿常采用銅桿或銅管。通常的油紙電容式套管的電容芯子以電纜紙浸以礦物油為絕緣，在導桿上包以多層絕緣，在層間按設計所要求的位置上夾有鋁箔。在交流電壓作用下變壓器套管的絕緣等效電路如圖3所示。圖3中，(a)是變壓器套管的絕緣等效回路圖，(b)是變壓器套管的絕緣等效電路中的電壓電流向量圖。圖中，C和R分別為等效電路的并聯電容和并聯電阻，流過介質的電流I由阻性分量Ik和容性分量Ic組成。6為介質損耗角。《電力設備預防性試驗規程》規定運行中的IlOkV~500kV容性設備的介質損耗角的正切值tan S不超過0.8%-1.0%。在過電壓作用下，等效電路中絕緣電阻R很大，流經等效電路的容性電流Ic大大增加，有Ic遠大于IK，此時電容型設備可以近似等效為一純電容。因此，在過電壓通過母線進入套管絕緣等效電容，在套管末屏接地線上會產生瞬時過電流。這個瞬時過電流就是本發明所采集使用的過電壓信號。
[0032]圖4是空心線圈電流互感器產生感應電壓原理圖，其圓心的黑色圓圈代表變壓器套管末屏引出線。如圖4所示，空心線圈電流互感器感應變壓器套管末屏引出線上流過的電壓信號的原理是，空心線圈電流互感器測量電流的理論依據是電磁感應定律和安培環路定律。當被測電流沿軸線通過線圈時，在環形繞組所包圍的體積內產生相應變化的磁場。變化的磁場會在線圈兩端上產生感應電壓E。如果在環形線圈兩端接一個小阻值的信號電阻，由線圈自感和信號電阻，形成積分電路，如圖5所示，則在信號電阻上就可得到與被測電流成正比的電壓，這就是內積分型的空心線圈。其中，積分電路的電壓電流方程為:
【權利要求】
1.一種過電壓在線監測系統，通過感應變壓器套管末屏引出線上的電壓信號，識別電力系統中的過電壓，其特征是所述系統包括空心線圈電流互感器、信號調理電路和監測單元; 所述變壓器套管末屏引出線垂直穿過空心線圈電流互感器中心； 所述空心線圈電流互感器與信號調理電路相連； 所述信號調理電路與監測單元相連； 所述空心線圈電流互感器用于感應變壓器套管末屏弓I出線上流過的電壓信號，并將感應的電壓信號輸出到信號調理電路； 所述信號調理電路用于對感應的電壓信號進行處理獲得波形信號，并將所述波形信號輸出到監測單元； 所述監測單元用于對波形信號進行分析并識別過電壓類型。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征是所述信號調理電路包括保護電路、積分電路、絕對值電路、放大電路和濾波電路； 其中，所述保護電路和積分電路分別與空心線圈電流互感器相連； 所述積分電路、絕對值電路、放大電路、濾波電路和監測單元順序相連； 所述保護電路用于檢測空心線圈電流互感器的短路故障，并在檢測到空心線圈電流互感器發生短路故障時，切斷信號調理電路與空心線圈電流互感器的連接； 所述積分電路用于將感應的電壓信號轉換為電流信號并輸出到絕對值電路； 所述絕對值電路用于對轉換后的電流信號整流，得到幅值大于零的電流波形信號并輸出到放大電路； 所述放大電路用于對電流波形信號的幅值進行比例放大并輸出到濾波電路； 所述濾波電路用于濾除放大后的電流波形信號中的干擾信號并輸出到監測單元。
【文檔編號】G01R19/165GK103558446SQ201310596309
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】王永強, 詹寧寧, 律方成, 畢建剛, 鄧彥國 申請人:國家電網公司, 華北電力大學（保定）, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 中國電力科學研究院