蘆玉英 黃昆 蘇運(yùn)光

摘 要：考核電網(wǎng)電壓質(zhì)量的一項(xiàng)重要依據(jù)是變電站的電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前，電壓監(jiān)測儀已經(jīng)在我國各級變電站得到廣泛應(yīng)用，但是以傳統(tǒng)的只能監(jiān)測一個(gè)測試點(diǎn)的電壓監(jiān)測儀為主。我國提出建設(shè)統(tǒng)一智能電網(wǎng)后，開始快速推進(jìn)智能變電站建設(shè)。由于電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)具有統(tǒng)計(jì)電壓最值、按時(shí)間查詢、可多個(gè)回路同時(shí)監(jiān)測等眾多功能及優(yōu)勢，國內(nèi)大部分變電站開始大力推進(jìn)電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用。本文主要闡述電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)原理以及電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：變電站；電壓檢測系統(tǒng)；智能檢測；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

實(shí)驗(yàn)研究表明，引發(fā)電力系統(tǒng)絕緣事故的主要原因之一是過電壓。一般而言，過電壓幅值較小，對電力系統(tǒng)不構(gòu)成明顯的傷害。但是，如果過電壓幅值超過一定的范圍，便會(huì)嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要利用電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng)的過電壓，準(zhǔn)確完整記錄過電壓的變化過程，以便及時(shí)查找故障原因，有效處理和應(yīng)對。

1 電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)原理

目前，國內(nèi)大部分變電站主要依靠故障錄波儀實(shí)行電壓監(jiān)測，但是故障錄波儀只能進(jìn)行工頻電壓信號的監(jiān)測，不能有效反映過電壓波形以及頻率超過上兆赫茲的雷電過電壓。當(dāng)出現(xiàn)等效頻率較高的過電壓事故時(shí)，不能準(zhǔn)確、及時(shí)分析查找出故障原因。而電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)具有采集高頻暫態(tài)過電壓的功能，可以準(zhǔn)確完整地記錄不同過電壓暫態(tài)變化的整個(gè)過程。另外，與傳統(tǒng)電壓監(jiān)測系統(tǒng)相比，電壓智能檢測系統(tǒng)還具備頻率響應(yīng)特性好、采樣速度快、儲(chǔ)存深度大等諸多特點(diǎn)及優(yōu)勢。電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理是：通過高壓引線把過電壓接入分壓單元，將高電壓轉(zhuǎn)化成低電壓，并保持在采集單元能夠接受的范圍內(nèi)；利用隔離衰減電路對過電壓進(jìn)行二次分壓，并由高速數(shù)據(jù)采集卡將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；利用工控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，然后發(fā)送至后臺監(jiān)控中心；監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對接受的過電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。簡言之，電壓智能檢測系統(tǒng)就是一種依托在線監(jiān)測技術(shù)的可視化、智能化的監(jiān)測系統(tǒng)。把電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)布置在多個(gè)變電站內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)變電站過電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，有效解決暫時(shí)過電壓高速采樣頻率與存儲(chǔ)深度的矛盾，為及時(shí)分析故障原因、提供有效數(shù)據(jù)，對于站內(nèi)絕緣配合具有指導(dǎo)意義。

2 電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 后臺監(jiān)測中心

過電壓數(shù)據(jù)經(jīng)由工控機(jī)傳輸至后臺監(jiān)測中心。后臺監(jiān)測中心負(fù)責(zé)對接受的過電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。一般而言，監(jiān)測系統(tǒng)軟件采用編程技術(shù)OOP，系統(tǒng)數(shù)據(jù)由參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)查詢分析組成，采用SQL SERVER格式。數(shù)據(jù)采樣運(yùn)行方式包括兩種：手動(dòng)強(qiáng)制和自動(dòng)觸發(fā)。數(shù)據(jù)查詢可以為專業(yè)人員判斷和分析事故原因提供有效數(shù)據(jù)。

2.2 分壓單元

為了能夠良好地反映一次側(cè)的高頻暫態(tài)電壓信號，分壓單元一般不采用電磁式電壓互感器，而是選擇阻尼式電容分壓器。電容參數(shù)的設(shè)定主要由兩個(gè)因素決定：一是分壓器容量；二是分壓器分壓比。高壓臂電容容抗大小決定流過分壓器的電流。低壓臂電容容抗大小則取決于分壓器的分壓。

2.3 采集單元

采集單元的主要功能是二次分壓，把數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)到采集卡輸入量程之內(nèi)。接著采集卡的采集通道分別接入相應(yīng)的信號，并完成AD轉(zhuǎn)換采樣。采樣完成后，便可啟動(dòng)采集卡的存儲(chǔ)功能。一旦產(chǎn)生過電壓，采集卡便會(huì)經(jīng)由觸發(fā)信號啟動(dòng)。這一單元主要由兩部分組成：數(shù)據(jù)采集卡和隔離衰減電路。

3 典型波形及數(shù)據(jù)分析

電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行以來，捕獲的電壓數(shù)據(jù)量龐大。經(jīng)過分析、整理，總結(jié)出以下幾種有意義的波形。

3.1 暫時(shí)過電壓

暫時(shí)過電壓持續(xù)時(shí)間最長，有部分甚至長期存在。詳細(xì)劃分，暫時(shí)過電壓又分為以下幾種：（1）單相接地過電壓。這種過電壓在10kV和35kV電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的頻率最大，屬于典型的不對稱短路故障，表現(xiàn)為不穩(wěn)定的電弧燃燒。（2）鐵磁諧振過電壓。這種過電壓主要由帶芯片的電感元件飽和激發(fā)產(chǎn)生。

3.2 操作過電壓

操作過電壓的持續(xù)時(shí)間比暫時(shí)過電壓短，比雷電過電壓長，主要由斷路器動(dòng)作引起系統(tǒng)電磁能量轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生。可劃分為以下幾種：（1）弧光接地過電壓。主要存在于10kV和35kV電力系統(tǒng)。（2）投切電容器組過電壓。由兩組電容器斷路投切時(shí)的高頻振蕩產(chǎn)生。（3）開關(guān)跳閘過電壓。保護(hù)開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的過電壓，持續(xù)時(shí)間為4ms。

3.3 雷電過電壓

在春末或夏季，雷電過電壓發(fā)生比較頻繁。分為：直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。前者發(fā)生頻率較低，監(jiān)測系統(tǒng)捕獲的也比較少。后者由于雷電侵入波傳輸過程中電阻耗損、折反射、線路沖擊電暈等而導(dǎo)致過電壓陡度分散性大。

4 結(jié)語

電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)變電站得到普遍使用。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)不僅能夠完成高頻暫態(tài)過電壓的采集任務(wù)，對變電站過電壓防治、絕緣配合具有很大的支持作用，而且成本低。因此，有必要根據(jù)我國智能化變電站發(fā)展規(guī)劃，大力推進(jìn)電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，為保障我國電力系統(tǒng)安全運(yùn)行發(fā)揮積極作用。

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（作者單位：南瑞集團(tuán)公司）