高压电网过电压在线监测数据采集方法研究_兰海涛
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 33 卷 第 3 期 2007 年 3 月
高电压技术 H igh V olt ag e Engineering
V ol . 33 N o. 3 M ar. 2007
# 79 #
高压电网过电压在线监测数据采集方法研究
兰海涛, 司马文霞, 姚陈果, 杨 庆 ( 重庆大学高电压及电工新技术教育部重点实验室, 重庆 400044)
2 硬件设计
2. 1 套管末屏电压传感器 电压传感器的实现是过电压在线监测系统的关
键环节, 其性能直接关系系统测量精度。本文所述
系统采用了特制的套管末屏电压传感器, 它体积小, 绝缘水平高, 具有较好的稳态、暂态响应特性和完善
的保护措施, 能满足过电压在线监测运行的要求。
传感器主要由分压单元、保护单元和信号传输
单元组成( 见图 2) 。分压单元包括分压电容和分压 电阻, 分压电容容量选择决定传感器输出信号幅值,
分压电阻的作用是限制传感器低频响应信号幅值。
为了减小流过电流的元件和输出回路间的磁耦合,
减少测量电感影响, 传感器中多个阻容元件并联连 接, 并按圆周对中心均匀对称排列, 且固定在绝缘支
架上, 测量电缆包括其匹配电阻, 穿过传感器中心。
式套管对该装置的性能进行实测。结果表明该系统的响应特性良好, 测量精度高, 工作情况稳 定可靠, 满足电网 过
电压监测的要求, 达到了预期设计目标。
关键词: 电网; 过电压; 在线监测; 套管; 电压传感器; 数据采集
中图分类号: T M 866
文献标识码: A
文章编 号: 1003- 6520( 2007) 03- 0079-04
电容分压器[ 2] 采集过电压信 号, 这可用于 [ 35 kV 等级的配电网[ 3-7] , 且实践了效果较好。但电压等级 较高的系统中分压器长期并联母线运行将对系统安 全带来潜在风险。本方法采用专门设计的套管末屏 电压传感器实现过电压信号的采集。
1 系统总体结构
本系统主要针对 110kV 电网设计, 由套管末屏 电压传感器、同轴电缆、信号预处理电路、触发电路、 数据采集卡及工控机构成, 其构成原理框图见图 1。
套管导杆对地的主电容 C 通常约 280 pF 。为了准 确可靠获取电网过电压信号, 可在套管末屏上串入
分压电容, 合理选择电压传感器分压电容 C2容量及
其它性能指标, 同时可保证传感器输出电压信号在
合理范围内, 同时可得到很好的信号频率响应特性。 这样既可提高信号的信噪比, 保证了测量准确度, 又
( U 1 / U2 ) = 2( C1 + C2 ) / C1 , t= 0
到达稳定后的最终分压比为:
( U1 / U2 )
= (C1 + C2 + C3 + CC)/ C1。
t= ]
电路中选择 C1 + C2 = C3 + CC , 可得电路的初始
分压比等于最终分压比。
由电路设计参数可知 C1 = 280 pF, C2= 0. 68 LF,
0引 言
现代工业及国民经济的快速发展, 对电力供应 提出了很高的要求。如何保障电网的安全稳定运行 已成为国内外关注的热点。随着我国电网建设的不 断发展, 系统电压等级越来越高, 电网过电压[ 1] 幅值 也随之增大, 对电气设备的绝缘构成严重威胁。故 对电网过电压实施在线监测, 并根据其提供的监测 数据, 采取过电压快速响应抑制措施, 对保证电网安 全运行具有重要意义。
o f Ecucat io n, Chong qing U niv ersity , Chongqing 400044, China)
Abstract: Ov erv olt age is a critical facto r of that influence t he secur ity o f the po wer sy st em. It is due necessar y to do the r esea rch on over voltag e so as to guar antee safe operation o f pow er gr id. T his paper pr esents a metho d that a special desig ned v oltage transducer is installed at the tap o f bushing to g et the v oltage signal fr om the po wer g rid. F irst, it brief ly int roduces structure of the whole sy st em and it s operat ional principle. And then, structure and par amet ers sett ing of the vo ltag e t ransducer mo unted at tap o f bushing ar e presented in detail. T he paper intro duces the pr imary pr inciples and concretes met ho d o f over vo ltag e online monito ring data acquisitio n sy stem, part icularly discusses the scheme and the function o f signal tr ansfo rmatio n cir cuit and tr ig ger circuit. M o reov er, it br iefly illustr ates the operational principle of data acquisition car d. D iscr ete desig n pattern is chosen as the system softw are or ganizing fo rm in this paper. T he online monito ring softw are idea and flow char t are intr oduced in detail. T he paper accomplishes the adjustment and test to the w ho le o verv oltage online mo nitor ing sy st em. T he tests ar e acco mplished in lab by using capacitiv e bushing as a testing platfo rm. T he test r esults indicate that the desig n scheme and the realization method br ought fo rw ard in this paper can satisfy the requirements of o ver voltage monito ring in pow er g r id, and obtain the anticipated tar get. Key words: pow er g r id; ov ervo ltag e; o nline monito ring ; bushing; vo ltag e transducer; data acquisit ion
Study on Data Acquisition of Overvoltage Online Monitoring System of High Voltage Power Grid
L AN H a-i tao, SIMA Wen- xia, YA O Chen- g uo, YANG Qing ( T he Key L aborat ory of H igh Volt age and Electr ical New T echno logy of M inist ry
图 2 套管末屏电压传感器结构示意图 Fig. 2 Schematic structure of the voltage sensor
图 3 套管末屏电压传感器安装示意图 Fig. 3 Schematic installation of voltage sensor
图 4 系统电路模型 Fig. 4 Diagram of system circuit model
电网出现的过电压信号经套管末屏电压传感器 采集, 通过同轴电缆传输到信号预处理电路和触发 电路。传感器采集到的信号经信号预处理电路放大 滤波后, 送至数据采集卡, 触发电路为启动数据采集 卡提供同步触发电平。
#Байду номын сангаас80 # M ar. 2007
H ig h Volt age Engineering
Vol. 33 No. 3
目前国内过电压自动记录装置主要采用电阻或
基 金 项 目: 重 庆 市 科 委 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 资 助 ( 2005BA6021) 。
Financiall y Support ed by t he N at ural Science Foun dat ion of C hongqing Science and Techn ol ogy Commis sion( 2005BA 6021) .
分布电容, 约几千 pF 。进入电缆的波为:
U1
C1 C1 + C2
Z
Z + R3
=
U1
C1
C1 +
C2
Z
Z +
Z
=
1 2
C1U C1 +
1
C
。(
2
1)
同轴电缆末端连接 R4 、C3 , R4 = Z, C3 U C2 , U 2
为传感器输出电压, 因进入波到达末端时不发生反
射, 故初始分压比为:
图 1 系统构成原理框图 Fig. 1 Block diagram f or the hardware of the system
为了防止套管末屏开路可能带来的高压危险, 在传感器上设有必要的保护单元。保护单元采用压
敏电阻( 金属氧化物阀片 M OV ) 和末屏开路检测电
路组成混合保护电路, 通过长时间的连续试验, 可靠
地实现末屏开路的监测和保护。传感器安装于电容
式套管[ 8, 9] 末屏抽头处, 安装示意图见图 3。
由大量现场实验数据可得, 110 kV 变压器高压
CC 很小, 可忽略, 得 C3 = C2 U0. 68 LF。即分压比
k=
2( C1 + C1
C2 ) =
2@ ( 280@ 10- 12+ 0. 68@ 10- 6 ) 280 @ 10- 12
U
4 85 7。
2007 年 3 月
高电压技术
第 33 卷第 3 期 # 81 #
故当一次侧母线电压为额定电压时, 电压传感 器输出传送到前置电路的电压幅值为 13 V, 本装置 设计电网最高过电压为 5 倍相电压, 电压最高可达 60 V, 这样信号可得较高的信噪比, 同时保证电缆安 全传输。 2. 2 信号预处理电路
保证了测量的安全性。为使电压传感器输出电压信
号幅值在 10~ 60 V , 可选择 C2 为 0. 68 LF。 图 4 为系统电路模型, 图中 C1 为套管主电容,
R1 为套管导杆对末屏绝缘电阻, R2 为分压电阻, C1 、
C2 、R1 、R 2 共同构成电容分压电路, 因 R1 、R2 通常很
大且测量单元电路的输入阻抗为 M 8 级, 为便于分 析, 可忽略 R 1、R2 及测量单元电路输入阻抗的影响。
本装置采用模拟信号直接传输的方法, 电压传
感器输出的信号直接通过同轴 电缆传送到前 置电
路。同轴电缆采用首末两端匹配。R 3 、R4 为匹配电 阻, 其阻值均等于电缆波阻抗 Z= 50 8, CC 为电缆的
摘 要: 为了 保证电网的安全运行, 介绍了一种利用 变压器 电容式 套管, 安装特 制的电 压传感器 组成套 管分压 系
统, 从电容式套管的末屏抽头处实时采集电网过 电压信号的 方法后, 分析 了过电 压在线 监测数据 采集系 统各组 成
部分的基本原理和具体实现方法, 并提出了在线 监测软件的 设计思 想和软件 运行流 程图, 最后在 实验室 利用电 容
高电压技术 H igh V olt ag e Engineering
V ol . 33 N o. 3 M ar. 2007
# 79 #
高压电网过电压在线监测数据采集方法研究
兰海涛, 司马文霞, 姚陈果, 杨 庆 ( 重庆大学高电压及电工新技术教育部重点实验室, 重庆 400044)
2 硬件设计
2. 1 套管末屏电压传感器 电压传感器的实现是过电压在线监测系统的关
键环节, 其性能直接关系系统测量精度。本文所述
系统采用了特制的套管末屏电压传感器, 它体积小, 绝缘水平高, 具有较好的稳态、暂态响应特性和完善
的保护措施, 能满足过电压在线监测运行的要求。
传感器主要由分压单元、保护单元和信号传输
单元组成( 见图 2) 。分压单元包括分压电容和分压 电阻, 分压电容容量选择决定传感器输出信号幅值,
分压电阻的作用是限制传感器低频响应信号幅值。
为了减小流过电流的元件和输出回路间的磁耦合,
减少测量电感影响, 传感器中多个阻容元件并联连 接, 并按圆周对中心均匀对称排列, 且固定在绝缘支
架上, 测量电缆包括其匹配电阻, 穿过传感器中心。
式套管对该装置的性能进行实测。结果表明该系统的响应特性良好, 测量精度高, 工作情况稳 定可靠, 满足电网 过
电压监测的要求, 达到了预期设计目标。
关键词: 电网; 过电压; 在线监测; 套管; 电压传感器; 数据采集
中图分类号: T M 866
文献标识码: A
文章编 号: 1003- 6520( 2007) 03- 0079-04
电容分压器[ 2] 采集过电压信 号, 这可用于 [ 35 kV 等级的配电网[ 3-7] , 且实践了效果较好。但电压等级 较高的系统中分压器长期并联母线运行将对系统安 全带来潜在风险。本方法采用专门设计的套管末屏 电压传感器实现过电压信号的采集。
1 系统总体结构
本系统主要针对 110kV 电网设计, 由套管末屏 电压传感器、同轴电缆、信号预处理电路、触发电路、 数据采集卡及工控机构成, 其构成原理框图见图 1。
套管导杆对地的主电容 C 通常约 280 pF 。为了准 确可靠获取电网过电压信号, 可在套管末屏上串入
分压电容, 合理选择电压传感器分压电容 C2容量及
其它性能指标, 同时可保证传感器输出电压信号在
合理范围内, 同时可得到很好的信号频率响应特性。 这样既可提高信号的信噪比, 保证了测量准确度, 又
( U 1 / U2 ) = 2( C1 + C2 ) / C1 , t= 0
到达稳定后的最终分压比为:
( U1 / U2 )
= (C1 + C2 + C3 + CC)/ C1。
t= ]
电路中选择 C1 + C2 = C3 + CC , 可得电路的初始
分压比等于最终分压比。
由电路设计参数可知 C1 = 280 pF, C2= 0. 68 LF,
0引 言
现代工业及国民经济的快速发展, 对电力供应 提出了很高的要求。如何保障电网的安全稳定运行 已成为国内外关注的热点。随着我国电网建设的不 断发展, 系统电压等级越来越高, 电网过电压[ 1] 幅值 也随之增大, 对电气设备的绝缘构成严重威胁。故 对电网过电压实施在线监测, 并根据其提供的监测 数据, 采取过电压快速响应抑制措施, 对保证电网安 全运行具有重要意义。
o f Ecucat io n, Chong qing U niv ersity , Chongqing 400044, China)
Abstract: Ov erv olt age is a critical facto r of that influence t he secur ity o f the po wer sy st em. It is due necessar y to do the r esea rch on over voltag e so as to guar antee safe operation o f pow er gr id. T his paper pr esents a metho d that a special desig ned v oltage transducer is installed at the tap o f bushing to g et the v oltage signal fr om the po wer g rid. F irst, it brief ly int roduces structure of the whole sy st em and it s operat ional principle. And then, structure and par amet ers sett ing of the vo ltag e t ransducer mo unted at tap o f bushing ar e presented in detail. T he paper intro duces the pr imary pr inciples and concretes met ho d o f over vo ltag e online monito ring data acquisitio n sy stem, part icularly discusses the scheme and the function o f signal tr ansfo rmatio n cir cuit and tr ig ger circuit. M o reov er, it br iefly illustr ates the operational principle of data acquisition car d. D iscr ete desig n pattern is chosen as the system softw are or ganizing fo rm in this paper. T he online monito ring softw are idea and flow char t are intr oduced in detail. T he paper accomplishes the adjustment and test to the w ho le o verv oltage online mo nitor ing sy st em. T he tests ar e acco mplished in lab by using capacitiv e bushing as a testing platfo rm. T he test r esults indicate that the desig n scheme and the realization method br ought fo rw ard in this paper can satisfy the requirements of o ver voltage monito ring in pow er g r id, and obtain the anticipated tar get. Key words: pow er g r id; ov ervo ltag e; o nline monito ring ; bushing; vo ltag e transducer; data acquisit ion
Study on Data Acquisition of Overvoltage Online Monitoring System of High Voltage Power Grid
L AN H a-i tao, SIMA Wen- xia, YA O Chen- g uo, YANG Qing ( T he Key L aborat ory of H igh Volt age and Electr ical New T echno logy of M inist ry
图 2 套管末屏电压传感器结构示意图 Fig. 2 Schematic structure of the voltage sensor
图 3 套管末屏电压传感器安装示意图 Fig. 3 Schematic installation of voltage sensor
图 4 系统电路模型 Fig. 4 Diagram of system circuit model
电网出现的过电压信号经套管末屏电压传感器 采集, 通过同轴电缆传输到信号预处理电路和触发 电路。传感器采集到的信号经信号预处理电路放大 滤波后, 送至数据采集卡, 触发电路为启动数据采集 卡提供同步触发电平。
#Байду номын сангаас80 # M ar. 2007
H ig h Volt age Engineering
Vol. 33 No. 3
目前国内过电压自动记录装置主要采用电阻或
基 金 项 目: 重 庆 市 科 委 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 资 助 ( 2005BA6021) 。
Financiall y Support ed by t he N at ural Science Foun dat ion of C hongqing Science and Techn ol ogy Commis sion( 2005BA 6021) .
分布电容, 约几千 pF 。进入电缆的波为:
U1
C1 C1 + C2
Z
Z + R3
=
U1
C1
C1 +
C2
Z
Z +
Z
=
1 2
C1U C1 +
1
C
。(
2
1)
同轴电缆末端连接 R4 、C3 , R4 = Z, C3 U C2 , U 2
为传感器输出电压, 因进入波到达末端时不发生反
射, 故初始分压比为:
图 1 系统构成原理框图 Fig. 1 Block diagram f or the hardware of the system
为了防止套管末屏开路可能带来的高压危险, 在传感器上设有必要的保护单元。保护单元采用压
敏电阻( 金属氧化物阀片 M OV ) 和末屏开路检测电
路组成混合保护电路, 通过长时间的连续试验, 可靠
地实现末屏开路的监测和保护。传感器安装于电容
式套管[ 8, 9] 末屏抽头处, 安装示意图见图 3。
由大量现场实验数据可得, 110 kV 变压器高压
CC 很小, 可忽略, 得 C3 = C2 U0. 68 LF。即分压比
k=
2( C1 + C1
C2 ) =
2@ ( 280@ 10- 12+ 0. 68@ 10- 6 ) 280 @ 10- 12
U
4 85 7。
2007 年 3 月
高电压技术
第 33 卷第 3 期 # 81 #
故当一次侧母线电压为额定电压时, 电压传感 器输出传送到前置电路的电压幅值为 13 V, 本装置 设计电网最高过电压为 5 倍相电压, 电压最高可达 60 V, 这样信号可得较高的信噪比, 同时保证电缆安 全传输。 2. 2 信号预处理电路
保证了测量的安全性。为使电压传感器输出电压信
号幅值在 10~ 60 V , 可选择 C2 为 0. 68 LF。 图 4 为系统电路模型, 图中 C1 为套管主电容,
R1 为套管导杆对末屏绝缘电阻, R2 为分压电阻, C1 、
C2 、R1 、R 2 共同构成电容分压电路, 因 R1 、R2 通常很
大且测量单元电路的输入阻抗为 M 8 级, 为便于分 析, 可忽略 R 1、R2 及测量单元电路输入阻抗的影响。
本装置采用模拟信号直接传输的方法, 电压传
感器输出的信号直接通过同轴 电缆传送到前 置电
路。同轴电缆采用首末两端匹配。R 3 、R4 为匹配电 阻, 其阻值均等于电缆波阻抗 Z= 50 8, CC 为电缆的
摘 要: 为了 保证电网的安全运行, 介绍了一种利用 变压器 电容式 套管, 安装特 制的电 压传感器 组成套 管分压 系
统, 从电容式套管的末屏抽头处实时采集电网过 电压信号的 方法后, 分析 了过电 压在线 监测数据 采集系 统各组 成
部分的基本原理和具体实现方法, 并提出了在线 监测软件的 设计思 想和软件 运行流 程图, 最后在 实验室 利用电 容