过电压在线监测技术在变电站安全运行中的应用

过电压在线监测技术在变电站安全运行中的应用

发表时间：2018-05-14T17:12:34.953Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：方福歆薛欢

[导读] 摘要：变压器在整个电力系统中发护着巨大作用，但随着用电量的逐步扩大，不确定因素增多，再加上受其他因素影响，变压器在运行过程中难免会出现某些故障。

（国网安徽省电力有限公司经济技术研究院安徽省 230000）

摘要：变压器在整个电力系统中发护着巨大作用，但随着用电量的逐步扩大，不确定因素增多，再加上受其他因素影响，变压器在运行过程中难免会出现某些故障。过电压现象较为普遍，阻碍了系统的正常运行，对电网的安全构成威胁。为此必须采取相应的对策，建立在线监测系统能够及时获得过电压信息，从而做好防御对策。

关键词：变电站；过电压；在线检测

电是当前最不可缺少的资源之一，各类生产都与其密不可分。然而电网在实际运行中，常伴随着各种各样的故障，经实践分析发现，这些故障多是由过电压引起的。过电压即是指某阶段的电压出现异常，超过了额定电压，通常可分为外过电压和内过电压两种。电力系统中虽然设置有故障录波器，但由于其自身条件有限，难以准确把握过电压产生的过程，也就无法进行准确分析。最基本的工作是获取过压信息，因此必须建立一套完整系统的监测体系。

1. 配电网过电压的分类

（1）雷电过电压。雷电过电压不仅对电力设备造成损坏，同时会对电子产品造成损坏，其又分为直接雷过电压和感觉雷过电压。运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害最大，感应雷过电压只对35kV以下的线路有威胁。

（2）内部过电压。在电力系统中，由于对电力系统设备的各种操作而使得电力系统的参数瞬时发生变化，引起系统振荡产生过电压；另外系统故障同样会引起参数变化而导致系统振荡，或是使用系统不平衡而引起过电压。按照产生原因，内部过电压又可分为暂时过电压和操作过电压，暂时过电压是指持续时间较长的不衰减或弱衰减的振荡的超过额定值的电压，操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。

暂时过电压又可分为如下四种类型：①空载长线电容效应：线路很长，线路的长度与工频波长处于同一个数量级。在工频电源作用下，由于线路本身分布电感与远距离空载线路电容形成串联振荡，使沿线电压形成驻波，在末端电压最高，它超出规定的范围；②不对称短路接地：三相输电线路一相短路接地故障时，电压相对大地为零，另两相上的电压会升高到线电压；③甩负荷过电压：在输电线路发生故障而被迫突然用掉负荷吋，由于线路上存在储能元件，能量消耗要经过一定时间，由此引起的过电压；④谐振过电压：线路中，存在电感、电容元件，当这些元件自谐振频率等于工频或某一谐波频率时，就出现共振而引起过电压。

操作过电压又可分为如下四种类型：①空载线路合闸和重合闸过电压：线路本身存在电感和电容，在合闸和重合闸过程中，相当于给一个冲击电源，电容和电感在冲击电源下产生谐振。重合闸相当于多次给线路加入冲击电源，会引起更严重的过电压；②切除空载线路过电压：空载线路可以看作一个容性负荷，当断路器断开容性负荷，且断路器触头又间发生电弧重燃时，使容性负载从电源获得能量积累，形成过电压；③间歇弧光接地过电压：中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，故障点的电弧熄灭的间歇性现象，导致电网中电感、电容回路的电磁振荡，形成弧光接地过电压；④切断空载变压器过电压：因变压器为感性元件，在截流瞬间，开关上产生高压，会引起电弧重燃，重燃过程中将阐述高频振荡过电压。

2. 配电网过电压在线监测系统的结构

配电网过电压在线监测系统由高压分压部分、数据采集部分、过电压数据处理分析软件构成，对数据分析通常采用工控机，其中涉及的关键技术如下：

（1）高压分压器。作为实现过电压精确测量的重要环节，高压分压器需要能够将信号不失真变成低电压，利用后面的系统对信号采集。分压器的主要类型由电容分压器、电阻分压器和阻容分压器等几种结构形式，而在电力系统实际运用中，使用的是阻容分压器和电容分压器（以套管分压器为代表）。

（2）信号传输。信号传输负责将高压分压器形成的低电压信号，传输给数据采集装置，要求其对各种信号传输过程中不失真。目前信号传输主要以同轴电缆为主，也有采用光纤传输的，光纤作为传输媒介，具有可靠性高、传输容量大、绝缘性能好和不受电磁干扰的特点，但需要配备专门的接收机和光发射，安装维护比较困难且成本较高。

（3）数据采集装置。信号传输到数据采集装置，实时监测电网电压，为了装置运行安全，通常采集装置需要远离高压，避开高压大电流的强干扰。数据采集装置需要具备高速采样能力，一般采样频率在10MHz以上，并且要对电压信号进行判断，确认其是否为过电压，并且根据不同的情况进行记录，以利于减少占用的存储空间，并实现数据的准确上传。

（4）数据分析处理。作为配电网过电压在线监测系统的软件核心，数据分析处理分为在线监测和离线分析两类。在线监测软件不但要对数据进行分析，还要对采集过程进行控制，能够从采集装置内部读取各种数据；离线分析是对采集数据的分析和处理。

3. 配电网过电压在线监测系统的现状和发展趋势

3.1 配电网过电压在线监测系统的现状

目前国内所使用的配电网过电压在线监测装置，大多存在如下问题：

（1）分压器一般采用电容式分压器或电阻式分压器，由于采用不同的分压器，会得到不同的性能，导致参数差异较大，如电阻式分压器在高频时受分布电阻影响较大，容易实现信号阻抗匹配，在电压较高时功耗较大；电容式分压器在高频时容易实现信号阻抗匹配，但低频时会出现信号处理的失真。因此目前国内关于分压器的实际使用，还有待完善和成熟。

（2）目前配电网过电压在线监测装置以对内过电压监测为目标，对高频过电压（如雷电过电压）监测不到位，一般只是粗略监测到，而没有进行波形的记录和数据的分析处理。

（3）软件分析处理的能力较低。对过电压主要的产品是电能质量分析类仪器，它是要对电能质量进行分析，一般只分析32次到64次谐波，没有涉及到更高的频率，且分析电压幅值也只是一般过电压，而对雷电及其他的高频分析是个空白。

3.2 过电压在线监测系统的不足和发展趋势

获取电压信号时常会用到高压电阻分压器，在级别较高的电网中安全性难以保障，若再配置分压器，则会加大成本投入；目前的监测