變電站電壓智能監測系統設計

蘆玉英 黃昆 蘇運光

摘 要：考核電網電壓質量的一項重要依據是變電站的電壓監測數據。目前，電壓監測儀已經在我國各級變電站得到廣泛應用，但是以傳統的只能監測一個測試點的電壓監測儀為主。我國提出建設統一智能電網后，開始快速推進智能變電站建設。由于電壓智能監測系統具有統計電壓最值、按時間查詢、可多個回路同時監測等眾多功能及優勢，國內大部分變電站開始大力推進電壓智能監測系統的應用。本文主要闡述電壓智能監測系統原理以及電壓智能監測系統的構成。

關鍵詞：變電站；電壓檢測系統；智能檢測；系統設計

0 引言

實驗研究表明，引發電力系統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，對電力系統不構成明顯的傷害。但是，如果過電壓幅值超過一定的范圍，便會嚴重危害電力系統的安全可靠穩定運行。因此，有必要利用電壓智能監測系統實時監測電力系統的過電壓，準確完整記錄過電壓的變化過程，以便及時查找故障原因，有效處理和應對。

1 電壓智能監測系統原理

目前，國內大部分變電站主要依靠故障錄波儀實行電壓監測，但是故障錄波儀只能進行工頻電壓信號的監測，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。當出現等效頻率較高的過電壓事故時，不能準確、及時分析查找出故障原因。而電壓智能監測系統具有采集高頻暫態過電壓的功能，可以準確完整地記錄不同過電壓暫態變化的整個過程。另外，與傳統電壓監測系統相比，電壓智能檢測系統還具備頻率響應特性好、采樣速度快、儲存深度大等諸多特點及優勢。電壓智能監測系統的基本原理是：通過高壓引線把過電壓接入分壓單元，將高電壓轉化成低電壓，并保持在采集單元能夠接受的范圍內；利用隔離衰減電路對過電壓進行二次分壓，并由高速數據采集卡將其轉化成數字信號；利用工控機對數據進行打包處理，然后發送至后臺監控中心；監控中心負責對接受的過電壓數據進行分析和處理。簡言之，電壓智能檢測系統就是一種依托在線監測技術的可視化、智能化的監測系統。把電壓智能監測系統布置在多個變電站內，可以實現對多個變電站過電壓的實時監測，有效解決暫時過電壓高速采樣頻率與存儲深度的矛盾，為及時分析故障原因、提供有效數據，對于站內絕緣配合具有指導意義。

2 電壓智能監測系統構成

2.1 后臺監測中心

過電壓數據經由工控機傳輸至后臺監測中心。后臺監測中心負責對接受的過電壓數據進行分析和處理。一般而言，監測系統軟件采用編程技術OOP，系統數據由參數設置、數據采樣和數據查詢分析組成，采用SQL SERVER格式。數據采樣運行方式包括兩種：手動強制和自動觸發。數據查詢可以為專業人員判斷和分析事故原因提供有效數據。

2.2 分壓單元

為了能夠良好地反映一次側的高頻暫態電壓信號，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。電容參數的設定主要由兩個因素決定：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，把數據調節到采集卡輸入量程之內。接著采集卡的采集通道分別接入相應的信號，并完成AD轉換采樣。采樣完成后，便可啟動采集卡的存儲功能。一旦產生過電壓，采集卡便會經由觸發信號啟動。這一單元主要由兩部分組成：數據采集卡和隔離衰減電路。

3 典型波形及數據分析

電壓智能監測系統運行以來，捕獲的電壓數據量龐大。經過分析、整理，總結出以下幾種有意義的波形。

3.1 暫時過電壓

暫時過電壓持續時間最長，有部分甚至長期存在。詳細劃分，暫時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電力系統中出現的頻率最大，屬于典型的不對稱短路故障，表現為不穩定的電弧燃燒。（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產生。

3.2 操作過電壓

操作過電壓的持續時間比暫時過電壓短，比雷電過電壓長，主要由斷路器動作引起系統電磁能量轉化而產生。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。（2）投切電容器組過電壓。由兩組電容器斷路投切時的高頻振蕩產生。（3）開關跳閘過電壓。保護開關動作產生的過電壓，持續時間為4ms。

3.3 雷電過電壓

在春末或夏季，雷電過電壓發生比較頻繁。分為：直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。前者發生頻率較低，監測系統捕獲的也比較少。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致過電壓陡度分散性大。

4 結語

電壓智能監測系統已經在國內變電站得到普遍使用。實踐證明，該系統不僅能夠完成高頻暫態過電壓的采集任務，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，有必要根據我國智能化變電站發展規劃，大力推進電壓智能監測系統的應用，為保障我國電力系統安全運行發揮積極作用。

參考文獻

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（作者單位：南瑞集團公司）