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随着社会经济的迅速发展,对变电站运行的安全性和可靠性提出了更高的要求.运行经验表明,在10KV－110KV电力系统中,10KV过电压事故率较高.现行一些变电站其10KV系统经常发生一些不明原因的异常现象,如短路、跳闸、高压熔丝熔断、设备损坏甚至出现与避雷器并列运行的设备损坏等,特别在雷雨季节发生更频繁.例如雷雨季节压器虽在各级避雷器(该避雷器事后进行试验正常)的保护下却莫名其妙的损坏.为了掌握发生异常现象的规律和依据,有效分析异常原因,必须对运行系统中出现的过电压的捕捉和分析.
为此,若将10KV配网过电压在线监测技术运用到该变电站现场,可以提高变电站运行的安全性和可靠性.该技术主要采用基于PC总线的集中式过电压在线监测系统,能同时兼顾大气过电压和内过电压的采集,高速的频率响应,能够较好的满足工程实际的需要.该系统的主要结构如下：
图1中,高压分压器采用阻容式结构,其标准符合国家标准GB/T4704-92,是高低压变换装置,靠它连接一次系统和二次装置,耐短时冲击电压不小于电网额定电压的10倍,其线性范围不小于5－6倍的额定运行电压.具备良好的频域特性通频带,带宽为40Hz-20MHz,可以不失真传输广域频率过压波形,窄脉冲宽度50ns3600s.设计额定输出电压为AC3.5V.50Ω高频同轴电缆联结分压器与监测装置,其高频特性阻抗为50Ω,通频带为0-1000MHz,其长度不应大于150米.过电压监测装置是一套嵌入式微电脑智能化仪器.它具备高速连续采样、连续存储、大容量记录、波形再现、数据通讯、数据联网等功能.采样频率设定为5MHz.可监测所有内部、外部过电压.启动门槛为1.5倍额定电压(此值可设定).具备232、USB、485、422等接口可方便地安装于2.3m标准机柜内.数据存储格式为国际通用的电力系统暂态数据交换格式,可记录故障前1/2周波,过压存故障13个周波,平均每个周波能采集1020万个数据,可存储2000 个过电压记录文件.系统误差＜±2%.后台计算机采用最新配置的工控机,内预装有过电压监测分析软件,可以通过它强大的功能读出并分析所记录的波形.
该系统有五个技术关键.①传感器的线性动态范围和频率响应；②传输电缆的通频带；③A/D最佳采样频率选择；④大容量现场数据存储技术；⑤后台显示与分析软件.具体如下：
1.作为信号采集最前端的传感器有足够大的动态范围和良好线性
传感器我们叫做FYQ分压器,具备比普通电压互感器更为宽广的电压幅值传输特性.一般电压互感器有两倍的运行电压,而该分压器有6倍运行电压的传输特性.
电压线性范围很宽,才足以能够反映真实的过电压波形的幅度特征.一般电磁方式的PT因为达不到要求故不可以采用.该系统用的是RC组合电路.
分压器要有良好的频率线性度：要能将高压侧输入端的50Hz---20MHz的信号不失真地传输到低压输出侧,要求分压器要有良好的频带宽度.而一般电压互感器不具备这样的技术特性.该系统的频带宽度足以通过任何类型的过电压波形信号.雷电信号最宽的频带不会超过20MHz.分压器能够满足并超过高电压设备的打耐压标准.
2.采用了电视信号专用的50欧姆特性阻抗的同轴电缆连接线路
用同轴电缆作为从分压器到采样装置的连接信号线,避免了信号的频率失真和幅度失真.通常电视信号在1毫伏到10毫伏之间,通过有线电视50欧姆的同轴电缆输送.可以传输的频率为40MHz――500MHz.通常的过电压信号有5伏以上,频率也远远小于40MHz.所以在变电站范围内可以说能够足以满足要求.
3.采用了高密度采样技术
每个周波采样可以高达400,000次,合每秒A/D采样20,000,000个数据.这样可以不放过任何过电压波形的细节.A/D采样间隔最短可以达到50ns（纳秒）.一般以往的过电压监测装置,采样速率达不到这套系统那样高,仅仅能看到内部过电压,外部过电压看不到,原因是采样速率低.一般的国产芯片不能满足高速采样要求.该系统采用的硬件是国外最新产品.
4.大容量数据存储技术
该系统所采用的电子硬盘闪存器,是最新推出的40G双电子硬盘.有这种快速闪存硬盘,可以保证每一次过电压波形记录不会丢失,足够记录2000次过电压事件,实际使用中非常方便.
5.后台过电压波形分析软件
该系统的后台分析软件,从严格定义上看应是个专家系统.可以在大范围内变动时间轴,实现拉伸或压缩,既使变电站运行人员看的到过电压的全貌又能看的到细微部分.大范围的幅度拉伸可以对过电压的尖峰,低谷,斜率,脉冲交直流成分表现的淋漓尽致.分析软件是工具,有助于我们了解过电压的起因和过电压的保护动作情况以及提供解决过电压的有效途径.
从现场实际使用情况得出结论,变电站10KV配网过电压在线监测技术具有显而易见的优点：①实时在线监测电压,记录配网过电压的故障波形.②原理先进、采样率高、数据存储容量大,具有频率响应高、响应时间短、采样时间长等优点.③一体化工作站可以大量存储采样数据文件.文件格式为国际通用的电力系统暂态数据交换格式.当地可以通过简单分析软件进行分析及报告打印,也可通过网络进行数据共享（通讯方式根据现场条件决定）,在远方通过功能强大的过电压分析专用软件包进行全面的事故再现、故障诊断及管理统计.④系统软件包可直观反映网络的运行状态,分析过电压故障的形成原因、时间.结构合理、可维修性好、安装调试方便,现场工作人员容易掌握.
综上所述,变电站10KV配网过电压在线监测技术原理先进,结构合理,操作方便,各项技术指标优越,特别是采用了高速数字采集卡,解决了目前国内同类产品存在的采样率低的问题,性能价格比高,是目前国内电力系统电网过电压监测装置中较为理想的一种,对提高变电站的安全运行有较好作用.同时该技术具有较强的社会经济效益,一次过电压事故带来的直接经济损失少则几万元、十几万元,重则几十万元、上百万元；造成的间接损失可能更大,假设一条10KV母线一年停电2小时,就会少供600A×10000V×1.732×2H＝20784KWh的电量,以0.5元/KWh计算就会少收入10392元的电费,这些电量产生的社会产值在经济发达地区可达数十万元左右,除外,还有其他一些难以计算的损失.因此在变电站现场运用电网过电压在线监测技术,对电网内部过电网与外部过电压情况进行实时在线监测,可以大为改善电网运行环境,提高电网安全性,减少故障及停电事故,增强供电可靠性,具备很好的应用和推广价值.