趙桂娟，耿東勇

(晉城煤業(yè)集團(tuán)供電分公司，山西 晉城 048006)

0 引言

電力系統(tǒng)中的各種絕緣在運(yùn)行過(guò)程中除了長(zhǎng)期受到工作電壓的作用外，還會(huì)受到各種比工作電壓高很多的過(guò)電壓的短時(shí)作用［1］。系統(tǒng)承受的各種過(guò)電壓大都是各種暫態(tài)過(guò)電壓，目前國(guó)內(nèi)的普通錄波裝置是在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路事故時(shí)才開始工作，系統(tǒng)遭受嚴(yán)重事故前的各種過(guò)電壓都沒(méi)有進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，非常不利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而且普通故障錄波裝置錄取的波形時(shí)間都非常短，不利于事故的分析，給徹底解決各種過(guò)電壓引起的事故帶來(lái)很大影響，嚴(yán)重威脅著設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行［2-3］。

電力系統(tǒng)中的變電設(shè)備隨時(shí)都可能會(huì)受到雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓的侵襲，當(dāng)變電站出線較多或處于多雷區(qū)時(shí)，雷電過(guò)電壓會(huì)隨線路入侵造成故障;當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行切空載線路和變壓器等操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部過(guò)電壓;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障會(huì)產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓。這些過(guò)電壓幅值都非常高(可達(dá)系統(tǒng)工作電壓的2～5倍)。當(dāng)保護(hù)配置不當(dāng)或保護(hù)器有缺陷時(shí)，過(guò)電壓很可能對(duì)一次變電設(shè)備造成危害。一些絕緣存在缺陷或老化的變電設(shè)備，在較高的過(guò)電壓作用下更容易造成絕緣擊穿，在工頻電壓作用下都有可能出現(xiàn)故障。應(yīng)用于電網(wǎng)中的故障錄波裝置主要記錄的是工頻的故障波形，對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓的高頻信號(hào)則難以記錄。因此，電網(wǎng)中有必要安裝能自動(dòng)跟蹤記錄暫態(tài)過(guò)電壓出現(xiàn)的時(shí)間、幅值和波形的裝置。這些波形的大量采集、分析，將形成過(guò)電壓診斷的專家系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)分類識(shí)別［4-7］。

該過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄35 kV系統(tǒng)發(fā)生各種過(guò)電壓事故時(shí)的數(shù)據(jù)、在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)能完整準(zhǔn)確記錄過(guò)電壓的實(shí)際變化過(guò)程、記錄保存過(guò)電壓的波形和各種參數(shù)、存儲(chǔ)事故發(fā)生前后過(guò)電壓的情況、區(qū)分出各種過(guò)電壓類型，并綜合分析給出系統(tǒng)解決方向。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

(1)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于工控機(jī)的WINDOWS NT操作系統(tǒng)平臺(tái)上真正32位的在線故障錄波分析軟件，具有廣泛的先進(jìn)性。實(shí)現(xiàn)了真正的GPS故障錄波時(shí)標(biāo)系統(tǒng)，各采集記錄單元由GPS時(shí)鐘同步信號(hào)控制數(shù)據(jù)采集。采集卡線程獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、故障檢驗(yàn)、錄波啟動(dòng)、故障數(shù)據(jù)保存。

(2)該系統(tǒng)提供四個(gè)通道的高速同步測(cè)量，可同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)母線的各相瞬態(tài)、暫態(tài)過(guò)電壓波形數(shù)據(jù)。每通道的采樣頻率最高為30 MHz/s(一般設(shè)為單通道20 MHz/s)，A/D分辨率為12Bit。每通道緩存最高可達(dá)8 M字節(jié)(4 M采樣點(diǎn))，一次過(guò)電壓觸發(fā)能記錄7個(gè)工頻周期的系統(tǒng)正常電壓波形、3 000個(gè)工頻周期(1分鐘)時(shí)間的暫態(tài)過(guò)電壓波形，記錄時(shí)間為60秒;能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)各相過(guò)電壓的發(fā)生過(guò)程，自動(dòng)采集記錄每次過(guò)電壓事件，并自動(dòng)存儲(chǔ)至硬盤，每次過(guò)電壓記錄自動(dòng)依次寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，均含波形、記錄時(shí)間等數(shù)據(jù)。具有完善的通信功能，能夠通過(guò)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)終端控制系統(tǒng)運(yùn)行，也能遠(yuǎn)距離(GPRS/GSM)將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)送至運(yùn)行管理部門。

(3)該系統(tǒng)原理示意圖，如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由依次連接的高壓限流熔斷器、寬頻電壓傳感器、控制器、交換機(jī)和工控機(jī)等幾部分組成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 暫態(tài)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理示意圖

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

(1)高壓限流熔斷器:規(guī)格型號(hào)為 XRNP1-40.5/0.5-31.5.

(2)寬頻電壓傳感器:帶寬0 MHz～100 MHz，高精度，無(wú)飽和;能夠準(zhǔn)確檢測(cè)系統(tǒng)中各種工頻及高頻過(guò)電壓，有效保證采集信號(hào)、波形不失真;能夠長(zhǎng)期在系統(tǒng)最高工作電壓下安全運(yùn)行。

(3)控制器:采用20 M高速采樣卡(PCI接口)對(duì)采樣信號(hào)實(shí)施50 ns A/D轉(zhuǎn)換，確保采樣數(shù)據(jù)精準(zhǔn);CPU采用 2.0G INTEL＆DSP雙處理單元技術(shù)實(shí)施分析處理，嵌入式美國(guó)TI的DSP互為監(jiān)測(cè)，確保產(chǎn)品的可靠性。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)可對(duì)三相電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。根據(jù)分析結(jié)果判斷電路故障，對(duì)故障電壓進(jìn)行故障錄波?？膳袛嗟墓收项愋碗妷洪W變、電壓變動(dòng)、雷擊過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、三相不平衡度、電壓的暫升暫降和零序電壓過(guò)高等。軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。軟件流程圖如圖4所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

(1)電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):初始化采集卡參數(shù)打開數(shù)據(jù)采集開并完成配置，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡開始采集數(shù)據(jù);建立數(shù)據(jù)采集線程。建立對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的監(jiān)測(cè)線程，實(shí)時(shí)監(jiān)控采集卡的狀態(tài)，管理采集卡數(shù)據(jù)讀取線程;建立多個(gè)采集卡的數(shù)據(jù)讀取線程，將數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)存中生成數(shù)據(jù)記錄，供其它程序使用;判斷是否有過(guò)電壓(雷擊和操作);對(duì)于過(guò)電壓故障保存過(guò)電壓數(shù)據(jù)和發(fā)出告警;將高頻的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，便于后續(xù)的計(jì)算和分析。

圖4 軟件流程圖

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng):對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各種操作和故障、采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和讀取的管理系統(tǒng);對(duì)于故障錄波數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量大寫入時(shí)間短的原因放在文件數(shù)據(jù)中直接讀取和寫入;有自我修復(fù)功能，對(duì)于由突然停電的故障造成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的損壞能自行修復(fù)。

(3)電壓故障分析報(bào)警系統(tǒng):對(duì)處理后采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析做出故障判斷;故障類型分別是:弧光、暫升、暫降、中斷、不平衡度、諧波畸變和電壓波動(dòng);發(fā)現(xiàn)電壓故障時(shí)，記錄電壓故障啟動(dòng)故障錄波，并將信息傳給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和故障報(bào)警管理系統(tǒng)。

(4)故障報(bào)警管理系統(tǒng):接收到故障信息，可在主界面彈出故障警報(bào)和故障錄波，并將故障記錄傳給短信報(bào)警系統(tǒng);對(duì)于并發(fā)性的故障根據(jù)故障的優(yōu)先級(jí)，選取優(yōu)先級(jí)高的故障進(jìn)行報(bào)警。

(5)短信報(bào)警系統(tǒng):錄入短信接收人員的信息;讀取短信人員的數(shù)據(jù);接收到故障記錄后;生成短信內(nèi)容，發(fā)送的手機(jī)號(hào)碼;發(fā)送短信。

(6)DSP串口通訊系統(tǒng):通過(guò)串口訪問(wèn)消諧裝置，讀取消諧控制器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和報(bào)告;修改消諧控制器的參數(shù)和發(fā)出動(dòng)作。

(7)GPS串口通訊系統(tǒng):讀取GPS信息，同步控制器的時(shí)鐘。

(8)103規(guī)約錄波上傳系統(tǒng):按照電力103規(guī)約通過(guò)以太網(wǎng)上傳故障錄波信息。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

(1)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)標(biāo)準(zhǔn)雷電過(guò)電壓進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)圖如圖5所示。

(2)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在某站35 kV兩回線路上分別安裝了一套暫態(tài)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用于監(jiān)測(cè)整個(gè)片區(qū)35 kV系統(tǒng)的電壓情況。2014年4月16日20:28∶27，當(dāng)?shù)乩子晏鞖?，在打雷后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生告警，告警信息為B相雷擊過(guò)電壓。經(jīng)過(guò)對(duì)整個(gè)片區(qū)所屬6個(gè)35 kV變電站避雷器動(dòng)作情況摸排。發(fā)現(xiàn)片區(qū)系統(tǒng)中的有1個(gè)變電站35 kV線路B相避雷器動(dòng)作。由暫態(tài)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)波形可以看出35 kV線路B相有遭受過(guò)電壓侵襲。實(shí)測(cè)雷擊過(guò)電壓波形如圖6所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)雷電過(guò)電壓監(jiān)測(cè)圖

圖6 實(shí)測(cè)雷擊過(guò)電壓波形

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄35 kV電力系統(tǒng)發(fā)生各種過(guò)電壓事故時(shí)的數(shù)據(jù)、在過(guò)電壓發(fā)生時(shí)能完整準(zhǔn)確記錄過(guò)電壓的實(shí)際變化過(guò)程、記錄保存過(guò)電壓的波形和各種參數(shù)、存儲(chǔ)事故發(fā)生前后過(guò)電壓的情況、區(qū)分出各種過(guò)電壓類型。為過(guò)電壓的防治提供科學(xué)，準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］趙大智.高電壓技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1998

［2］張重遠(yuǎn)，黃濤，任寅寅，等.應(yīng)用電站設(shè)備寬頻特性的過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置［J］.高電壓技術(shù)，2011，37(2):310-317.

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