配網諧波遠程在線監測裝置的設計與應用

秦銀海

（廣州供電局有限公司，廣州,510620）

配網諧波遠程在線監測裝置的設計與應用

秦銀海

（廣州供電局有限公司，廣州,510620）

為對配網系統的諧波進行在線監測，設計了一套配網諧波在線監測裝置。通過信號采集裝置采集線路的電壓互感器和電流互感器信號，把信號轉化數字信號，FFT模塊利用FPGA內部FFT IP核進行快速傅立葉變換得出諧波數據，用GPRS模塊將監測數據遠程傳輸至供電局主控計算機。通過將該裝置安裝于廣州某鋼廠高壓配電室內運行表明：該裝置能夠滿足配網諧波的在線監測的要求，監測到該鋼廠的諧波含量，其中部分諧波已超標；并能將監測結果遠程傳輸至主控計算機，完成配網諧波的遠程監測。

配網；諧波；遠程；在線監測

0 引言

諧波會使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱，產生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可能引起電力系統局部的并聯諧振或串連諧振，使得諧波含量放大，造成電容器等設備的燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂，諧波對通信設備及電子設備還可能會產生嚴重干擾。因此，準確監測出電網的諧波，為消除諧波污染，把諧波含量控制在允許的范圍內，具有重要意義。

本文針對配網系統的諧波在線監測問題，設計了一套配網諧波遠程在線監測裝置，并在廣州某鋼鐵公司高壓配電室安裝使用，結果表明本設計能有效地對配網諧波進行遠程實時監測。

1 裝置的整體設計

為實現對配網系統諧波進行在線監測，并將監測數據實時上傳至主控計算機，設計了如圖1所示的監測裝置原理框圖。

圖1 配網諧波在線監測裝置原理圖

如圖1所示，從變電站母線電壓互感器（PT）和電流互感器（CT）的輸出端獲取系統的電壓、電流信號，經信號分析裝置進行信號處理后由GPRS網絡將諧波信號上傳至主控計算機。

基于圖1的工作原理，信號分析裝置的原理結構如圖2所示。

圖2 配網諧波在線監測裝置結構圖

信號經由信號調理模塊進入AD轉換模塊進行數據轉換，AD轉換模塊的控制信號由FPGA提供。AD轉換模塊輸出的數字信號在FPGA中進行快速傅里葉變換，變換結果存入SRAM中，同時由時鐘模塊提供時鐘信號，定時將諧波數據經由MCU通過GPRS模塊傳輸至主控計算機。

2 在線監測裝置的設計

2.1 信號調理模塊

信號調理模塊的主要功能是把互感器輸出的電壓信號和電流信號轉化成適合A/D轉換的電壓信號。互感器電壓PT和電流互感器CT為電流隔離器件，其輸入輸出保持線性關系。

如圖3所示，電壓互感器的副邊輸出2mA電流經OP07轉換成-5～+5V的電壓量。電流互感器的副邊輸出經OP07轉換成-5～+5V的電壓量。D1、D2，D3、D4為輸入限幅保護電路；Cv、Rv2，Ci、Ri1為互感器相移補償電路。OP07的1、8腳間加電位器調節以消除自激振蕩。

2.2 數據采集模塊

數據采集模塊的核心是AD采集模塊，包括AD轉換模塊、FPGA、MCU。設計采用的AD轉換模塊為AD7982，該芯片為18位差分輸入的逐次逼近型串行模數轉換器，最高轉換速率可達1MSPS，其應用電路如圖4所示。FPGA與MCU為數據采集模塊的核心，本設計選用的MCU為3.3V電源供電，MCU除與FPGA相連，還有其最小系統電路和啟動采集電路。

2.3 FFT模塊

本設計利用FPGA內部FFTIP核進行快速傅立葉變換，FFT模塊的電路圖5所示。

圖3 信號調理模塊電路原理圖

圖4 AD轉換模塊電路原理圖

圖5 FFT模塊電路圖

2.4 GPRS通信模塊

諧波在線監測裝置通常安裝在變電站的測量柜內，而主控計算機一般位于供電公司的控制室內，為實現監測數據的遠距離傳輸，采用GPRS無線傳輸的數據通信方式。本設計采用MD-309DTU型無線通信模塊。該模塊的工作電壓為5-36V，通信接口為RS232，通信網絡結構為點到多點的模式，如圖6所示。

圖6 GPRS通信結構

3 裝置應用驗證

配網諧波在線監測裝置研制實物如圖7所示。為了測試該裝置的準確性，于廣州市某鋼鐵有限公司的高壓配電室內，完成了監測裝置的安裝。該鋼廠共有三臺主變，裝置監測的線路電壓等級為10kV，容量為12MVA。該線路上電壓互感器變比為100：1，最大輸出100V；電流互感器變比為200：1，最大輸出5A。

圖7 監測裝置實物圖

完成了配網諧波在線監測裝置的安裝后，將裝置供電運行，并于廣州供電局的主控計算機上接收到監測結果，這里僅列出了前15次諧波的數據。

4 結論

通過對配網諧波在線監測裝置的信號調理模塊、數據采集模塊、FFT模塊及GPRS通信模塊進行設計，完成了裝置的研制。該裝置于廣州某鋼鐵公司的配電室內進行了安裝測試，測試結果表明，配網諧波在線監測裝置的GPRS通信模式可以完成數據的遠程傳輸，諧波監測功能滿足要求，證明了設計的合理性及監測裝置的有效性。

[1]湯鈺鵬，徐建軍.高次諧波產生的原因、危害及其抑制. 電氣傳動自動化，2000，（2）：23-26.

[2]呂潤馀. 電力系統高次諧波. 北京：中國電力出版社，1998（電能質量技術叢書；第3分冊）.

The design and application of the remote on-line monitoring device for distribution network

Qin Yinhai
(Guangzhou Power Supply Bureau Co.,Ltd.,Guangzhou,510620)

In order to monitor distribution network harmonic online,a harmonic monitoring device is designed.Signals of PT and CT are collected into collecting part and transformed into digital signals.The FFT module completes FFT and obtains harmonic databy using the FFT IP core of FPGA.The data are transferred to master computer of power supply bureau by GPRS module.The device is installed into a high voltage power distribution room of a iron-works in Guangzhou,the result shows that the device is able to meet online monitoring requirements and monitor the harmonic content of the iron-works,some of those exceed the standard.And the device is able to transfer data to master computer by remote transmission, complete the remote monitoring of distribution network harmonic.

distribution network; harmonic wave; remote; online monitoring

TM932