專利名稱：電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線自動(dòng)測(cè)量電力系統(tǒng)過(guò)電壓瞬變過(guò)程的數(shù)字測(cè)量裝置。
經(jīng)聯(lián)機(jī)查尋國(guó)內(nèi)外專利文獻(xiàn)，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相同或類似的裝置。八十年代以來(lái)，在數(shù)字測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成波形記錄器(如HP5180A waveform recorder)及磁帶錄波器(如Honey well Model 101 Magnetic tape recorder)，只能記錄予計(jì)在短時(shí)間(數(shù)秒)內(nèi)發(fā)生的電氣瞬變過(guò)程，不能長(zhǎng)期處于在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)捕捉隨機(jī)出現(xiàn)的電信號(hào)，也難以抗御電力系統(tǒng)在瞬變過(guò)程中出現(xiàn)的危及其安全的地電位升高和各種電干擾。目前，電力系統(tǒng)常用的具有記憶功能的故障錄波器，如FY-96型，雖然可接入電力系統(tǒng)對(duì)某些電量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，但其頻率響應(yīng)低，測(cè)量的電信號(hào)是取自電壓、電流互感器的二次側(cè)，所以無(wú)法用于測(cè)量系統(tǒng)的過(guò)電壓過(guò)程。
本發(fā)明的目的在于解決上述存在的問(wèn)題，提供一種測(cè)量準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行可靠，操作方便，自動(dòng)測(cè)量的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，從而可長(zhǎng)期直接測(cè)量高電壓系統(tǒng)隨機(jī)或瞬時(shí)發(fā)生的各種過(guò)電壓過(guò)程。
以下結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，由UPS電源，Ⅰ型、Ⅱ型、連環(huán)耦合隔離變壓器，電容分壓器C1、C2，光纖隔離傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)等組成，如附圖1所示。Ⅰ型電源通過(guò)交直流變換后作為光纖隔離傳輸系統(tǒng)的電-光轉(zhuǎn)換器供電電源，Ⅱ型電源作為其他所有部分的供電電源，電容器C1、C2串聯(lián)回路的兩端接入高壓監(jiān)測(cè)線路，用較短的同軸電纜線將低壓臂電容器C2兩端的電壓信號(hào)引入光纖隔離傳輸系統(tǒng)傳送到數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)過(guò)電壓時(shí)，在微機(jī)的控制下自動(dòng)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、結(jié)果處理等。
本發(fā)明所述的光纖隔離傳輸系統(tǒng)，其聯(lián)接方式如附圖2所示，是由輸入匹配器[A1]、發(fā)光器[A2]、光導(dǎo)纖維[A3]、光檢器[A4]等電路組成的模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)。附圖2中，[A1]和[A2]又稱之為“電-光”轉(zhuǎn)換器，[A3]和[A4]又稱之為“光-電”轉(zhuǎn)換器。取自低壓臂電容器C2兩端的原始電信號(hào)，經(jīng)輸入匹配器[A1]進(jìn)入發(fā)光器[A2]，發(fā)光器[A2]將模擬電信號(hào)變成模擬光信號(hào)，該光信號(hào)通過(guò)光纖材料[A3]到達(dá)光檢器[A4]，光檢器[A4]再將光信號(hào)變成模擬電信號(hào)，輸入到數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)。由于光纖材料的良好電氣絕緣性能，實(shí)現(xiàn)了可能處于瞬時(shí)高電位的部分監(jiān)測(cè)元件(如輸入匹配器[A1]和發(fā)光器[A2])與處于較低電位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主體之間的電氣隔離。
本發(fā)明若不使用光纖隔離傳輸系統(tǒng)時(shí)，測(cè)量誤差不大于2.%，若使用時(shí)，對(duì)低頻信號(hào)(如零至1千赫)誤差也在2%左右，對(duì)高頻信號(hào)(如1千赫至20千赫)最大測(cè)量誤差小于10.%。
本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)，其聯(lián)接方式如附圖3所示，該系統(tǒng)由放大器[B1]、[B3]、衰減器[B2]、采樣保持器[B4]、模數(shù)變換器[B5]、循環(huán)存儲(chǔ)器RAM[B6]、接口[B7]、控制器[B8]、啟動(dòng)予置器[B9]、絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]、負(fù)或非門電路[B11]、報(bào)警器[B12]、數(shù)模變換器[B13]、電子示波器[B14]等電路組成。來(lái)自光檢器[A4]的電信號(hào)，經(jīng)放大器[B1]、衰減器[B2]、放大器[B3]的調(diào)整，使進(jìn)入采樣保持器[B4]的信號(hào)達(dá)到合適的電平，采樣保持器[B4]把隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬電信號(hào)波形，按采樣頻率和時(shí)序分割為不連續(xù)的點(diǎn)狀階梯電壓，模數(shù)變換器[B5]又將該離散化的點(diǎn)狀電壓變換成數(shù)字電壓，存儲(chǔ)于循環(huán)存儲(chǔ)器RAM[B6]中;經(jīng)衰減器[B2]衰減后的信號(hào)還進(jìn)入絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]，它與來(lái)自啟動(dòng)予置器[B9]的予置電平相比較，予置電平的大小，用裝置中設(shè)置的電位器進(jìn)行調(diào)整，按過(guò)電壓實(shí)際采集需要來(lái)整定最小過(guò)電壓的倍數(shù)。由于信號(hào)電平有正、負(fù)，予置電平也分正、負(fù)，因此，絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]中，每個(gè)通道有兩個(gè)比較器，分別對(duì)正、負(fù)值起作用。如果任何一個(gè)通道中信號(hào)電平絕對(duì)值超過(guò)予置電平絕對(duì)值，則絕對(duì)值觸發(fā)器就輸出觸發(fā)脈沖，進(jìn)入負(fù)或非門電路[B11]產(chǎn)生輸出信號(hào)，即只要任一通道有過(guò)電壓信號(hào)，則全部通道都進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集。該負(fù)或非門電路[B11]的輸出信號(hào)，一方面去啟動(dòng)報(bào)警器[B12]發(fā)出音響信號(hào)，告訴值班員有高于予置電平的過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)，另一方面去控制器[B8]，發(fā)出控制信號(hào)，使循環(huán)存儲(chǔ)器RAM[B6]進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)記錄，此時(shí)，RAM[B6]中的地址計(jì)數(shù)器從予置地址數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿地址單元數(shù)8K(RAM分三段)或24K(RAM不分段)時(shí)，控制器[B8]停止RAM[B6]“寫入”工作，分段時(shí)處于等待狀態(tài);不分段時(shí)立即發(fā)“讀出”控制信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)微機(jī)系統(tǒng)工作，若微機(jī)系統(tǒng)處于準(zhǔn)備好等待工作狀態(tài)，便產(chǎn)生“準(zhǔn)備好”回答信號(hào)，此時(shí)RAM[B6]中所記錄的數(shù)據(jù)通過(guò)接口[B7]傳送到微機(jī)系統(tǒng)，并存入事先準(zhǔn)備好的磁盤中，再送回微機(jī)內(nèi)存，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、打印、繪圖等結(jié)果處理工作。完后，微機(jī)發(fā)出“音響”召喚信號(hào)，通知值班員換盤，為下一次過(guò)電壓過(guò)程的監(jiān)測(cè)錄波和結(jié)果處理作好準(zhǔn)備。
已經(jīng)寫入RAM[B6]中的數(shù)據(jù)，當(dāng)需要時(shí)，可通過(guò)數(shù)模變換器[B13]變成模擬電壓信號(hào)，在地址指針的循環(huán)作用下，RAM[B6]中的數(shù)字化數(shù)據(jù)將周而復(fù)始地變成周期性穩(wěn)定的模擬電壓信號(hào)，以供普通電子示波器[B14]觀察監(jiān)示。
由于電力系統(tǒng)分A、B、C三相，本裝置從[B1]到[B6]的通道數(shù)至少為3個(gè)，如果需要同時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中N個(gè)點(diǎn)的過(guò)電壓，則[B1]到[B6]的通道數(shù)應(yīng)為3N個(gè)。
采樣保持器[B4]和模數(shù)變換器[B5]的節(jié)拍脈沖，由控制器[B8]提供。采樣頻率可由控制器中的波段開(kāi)關(guān)選擇，即設(shè)定各個(gè)與門的輸入點(diǎn)，達(dá)到選擇頻率之目的。采樣頻率與所選“模-數(shù)”板有關(guān)，對(duì)內(nèi)過(guò)電壓一般最高選為500千赫，對(duì)大氣過(guò)電壓一般最高選為20000千赫，以適應(yīng)各種信號(hào)的捕捉。本裝置的采樣時(shí)間，可調(diào)低到秒級(jí)、毫秒級(jí)采樣。采樣分A采、B采兩部分，在控制器[B8]上先用手動(dòng)分別整定A采和B采的頻率。A采是追憶采樣，應(yīng)用較低采樣頻率，B采是過(guò)電壓正規(guī)記錄，應(yīng)用較高采樣頻率。在過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)時(shí)(即絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]產(chǎn)生觸發(fā)脈沖時(shí))，采樣頻率自動(dòng)由A采轉(zhuǎn)入B采，以記錄過(guò)電壓過(guò)程，而前面的追憶信號(hào)時(shí)間過(guò)程，由預(yù)置RAM[B6]地址單元數(shù)和追憶采樣頻率A采兩者決定。
本發(fā)明的循環(huán)存儲(chǔ)器[B6]，容量為24K，可任意擴(kuò)充。借助于裝置面板上的旋鈕，RAM可分三段或不分段，分三段的目的是為了適應(yīng)電力系統(tǒng)可能連續(xù)三次出現(xiàn)過(guò)電壓過(guò)程，例如，開(kāi)關(guān)“分”-“重合”-“再分”，就會(huì)出現(xiàn)三次過(guò)電壓過(guò)程。平時(shí)，采樣保持器[B4]和模數(shù)變換器[B5]在不停地工作，將輸入的模擬電信號(hào)變換成數(shù)字電信號(hào)，存儲(chǔ)于RAM[B6]中，當(dāng)電力系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)電壓信號(hào)時(shí)，在地址計(jì)數(shù)器的推動(dòng)下，各通道RAM[B6]按循環(huán)方式不斷地寫入被采集的數(shù)據(jù)，當(dāng)RAM[B6]存滿后，又從頭開(kāi)始，后面的數(shù)據(jù)將取代前面的數(shù)據(jù)。當(dāng)有過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)(即絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]輸出觸發(fā)脈沖時(shí))，存儲(chǔ)器RAM[B6]的地址計(jì)數(shù)器從予置地址數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)總數(shù)計(jì)滿8K(RAM分三段)或24K(RAM不分段)時(shí)，控制器使RAM[B6]停止“寫入”，使已經(jīng)寫入的過(guò)電壓信號(hào)保持住。在RAM分段時(shí)(即計(jì)滿8K單元后)，裝置處于等待狀態(tài)，若又有過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)，其絕對(duì)值超過(guò)予置電平時(shí)，第二段RAM開(kāi)始工作，又重復(fù)上述過(guò)程，于是第二段RAM中寫入的過(guò)電壓信號(hào)又保持住。同理，若又有過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，第三段RAM又開(kāi)始工作，又重復(fù)上述過(guò)程。在等待狀態(tài)中，時(shí)間持續(xù)約30秒還沒(méi)有下一次過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)，或者RAM[B6]已經(jīng)全部完成“寫入”，控制器將自動(dòng)命令RAM[B6]由“寫”態(tài)轉(zhuǎn)入“讀”態(tài)，以致進(jìn)行如前所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理工作。
絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]，啟動(dòng)予置器[B9]，負(fù)或非門電路[B11]，報(bào)警器[B12]組成的電路，其聯(lián)接方式，如附圖6所示。每個(gè)通道絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]由LF353線性雙運(yùn)放中的一個(gè)和兩路各有一個(gè)LM311比較器、一個(gè)74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、74LS00中的兩個(gè)與非門及電阻、二極管電子元件等組成。啟動(dòng)予置器[B9]由啟動(dòng)予置電平調(diào)節(jié)器(4.7K電位器)、三級(jí)LM741運(yùn)放電路和電阻元件等組成，該電路的輸出分別為各個(gè)比較器的可調(diào)基準(zhǔn)電源。報(bào)警器[B12]由D型觸發(fā)器，三個(gè)振蕩電路(分別由六個(gè)反相器中的各兩個(gè)反相器及各有一組決定振蕩頻率的電阻、電容組成)，一個(gè)LA4100功放電路和其附屬電阻、電容、晶體管電子元件及揚(yáng)聲器[Y]等組成。首先將啟動(dòng)予置電平設(shè)定在需要采集的最小過(guò)電壓倍數(shù)上，對(duì)于附圖6，予置器[B9]的第一級(jí)、第三級(jí)運(yùn)放分別產(chǎn)生正、負(fù)基準(zhǔn)電壓，第二級(jí)運(yùn)放跟隨器作為正、負(fù)基準(zhǔn)電源之間的隔離。第一級(jí)、第三極輸出的正、負(fù)基準(zhǔn)電壓，分別各經(jīng)三個(gè)相同的電阻接到A相、B相、C相的正、負(fù)電平比較器，實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)予置電平的予置目的。[CH1]來(lái)自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)[B1]、[B2]放大及衰減后的信號(hào)經(jīng)線性運(yùn)放LF353放大調(diào)整后與基準(zhǔn)電壓比較，該信號(hào)為正時(shí)在正比較器中比較，為負(fù)時(shí)在負(fù)比較器中比較，若絕對(duì)值電壓信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓，即有過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，比較器輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖經(jīng)74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器整形后，再經(jīng)74LS00中的兩個(gè)與非門到負(fù)或非門電路[B11]，[B11]產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，一路經(jīng)三個(gè)與非門到控制器[B8]，另一路使D型觸發(fā)器輸出一個(gè)信號(hào)電平，兩只復(fù)合三極管[3DK]導(dǎo)通，繼電器[J]中有電流通過(guò)，于是其常開(kāi)接點(diǎn)[J1]吸合，接通各振蕩器的工作電源，使得三個(gè)振蕩器起振，前一個(gè)振蕩器輸出信號(hào)的正、負(fù)半周，分別控制后兩個(gè)振蕩器的起振和停振，以達(dá)到周期性輸出不同頻率的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功放LA4100放大后，使揚(yáng)聲器發(fā)出“音響”報(bào)警信號(hào)，以示有過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)。
附圖7所示為絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]、啟動(dòng)予置器[B9]、負(fù)或非門電路[B11]的又一組合形式電路。絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]由一個(gè)前置LF353運(yùn)放電路和兩個(gè)LF353雙運(yùn)放及多只電阻、二極管構(gòu)成的線性全波檢波器、LM311比較器、74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、74LS00中的兩個(gè)與非門和其他附屬的電阻電子元件等組成。啟動(dòng)予置器[B9]由啟動(dòng)予置電平調(diào)節(jié)器(4.7K電位器)、LM741運(yùn)放電路和電阻元件組成。啟動(dòng)予置電平設(shè)定后經(jīng)LM741運(yùn)放電路跟隨輸出一個(gè)正的基準(zhǔn)電壓，經(jīng)三個(gè)相同的電阻分別到A相、B相、C相的比較器，[CH1]來(lái)自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的[B2]衰減器的信號(hào)不論是正是負(fù)，先經(jīng)過(guò)LF353運(yùn)放再經(jīng)由LF353運(yùn)放和兩個(gè)二極管及電阻構(gòu)成的線性全波檢波器后，輸出總是一個(gè)與原來(lái)絕對(duì)值相同的正電壓信號(hào)，與比較器中的基準(zhǔn)電壓相比較，若大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，觸發(fā)74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，使之輸出一個(gè)信號(hào)經(jīng)74LS00中的兩個(gè)與非門進(jìn)入負(fù)或非門電路[B11]，產(chǎn)生輸出信號(hào)，一路經(jīng)三個(gè)與非門到控制器[B8]，另一路去啟動(dòng)報(bào)警電路，使之發(fā)出“音響”信號(hào)，以示有過(guò)電壓信號(hào)出現(xiàn)。
附圖6、附圖7所示的電路，根據(jù)主電路配置使用。
附圖6、附圖7所示電路為A相通道電路，B相、C相通道電路與A相完全相同。
整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被屏蔽于雙層金屬殼之中，外層屏蔽殼對(duì)地能耐受工頻30千伏以上1分鐘瞬時(shí)高電壓的沖擊，內(nèi)、外層之間設(shè)置有低壓絕緣，有效地防止了瞬時(shí)“地電位”升高的危害及空間電磁場(chǎng)的干擾，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，使用安全。
本發(fā)明所述的微機(jī)系統(tǒng)(全稱微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng))由微機(jī)(包括主機(jī)、操作鍵盤、顯示器、兩個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器)和打印機(jī)、繪圖機(jī)等組成。磁盤驅(qū)動(dòng)器1放置自動(dòng)過(guò)電壓監(jiān)測(cè)裝置的工作程序，磁盤驅(qū)動(dòng)器2放置空磁盤用于存入過(guò)電壓原始數(shù)據(jù)。開(kāi)機(jī)后，磁盤驅(qū)動(dòng)器1自動(dòng)將工作程序送入內(nèi)存，并執(zhí)行程序使微機(jī)系統(tǒng)處于“準(zhǔn)備好”等待狀態(tài)，當(dāng)采集系統(tǒng)RAM[B6]由“寫”態(tài)轉(zhuǎn)入“讀”態(tài)后，由匯編語(yǔ)言程序控制，自動(dòng)將RAM[B6]中的數(shù)據(jù)通過(guò)接口[B7]經(jīng)微機(jī)存入磁盤2，磁盤按文件名依次順序?qū)懭霐?shù)據(jù)。存完后，磁盤數(shù)據(jù)按文件名各相依次送回微機(jī)內(nèi)存，各相過(guò)電壓用BASIC語(yǔ)言程序判別代數(shù)值大小，得出最大與最小值，然后打印最大、最小代數(shù)值及過(guò)電壓過(guò)程的波形圖，打印完后，發(fā)出換磁盤及剪紙的“音響召喚”信號(hào)。換盤后，采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)器RAM[B6]又由“讀”態(tài)轉(zhuǎn)入“寫”態(tài)。因此，整個(gè)過(guò)電壓過(guò)程的監(jiān)測(cè)、錄波和結(jié)果處理是全自動(dòng)化的。
對(duì)所記錄的過(guò)電壓過(guò)程的處理，可以在以后由過(guò)電壓研究人員在離線情況下統(tǒng)一處理，也可以送回微機(jī)通過(guò)接口[B7]到存儲(chǔ)器RAM[B6]中，經(jīng)數(shù)模變換器[B13]，輸入到電子示波器觀察其過(guò)電壓波形。
本發(fā)明所使用的電源是由UPS電源、Ⅰ型、Ⅱ型電源(Ⅰ型、Ⅱ型電源全稱為Ⅰ型、Ⅱ型連環(huán)耦合隔離變壓器電源)及交直流變換部分等組成，聯(lián)接方式如附圖4所示。
所述的Ⅰ型、Ⅱ型電源，其變壓器原理、結(jié)構(gòu)相似，如附圖5所示。一次線圈[2]均勻繞制在園環(huán)型鐵芯[1]上，二次線圈[3]穿過(guò)園環(huán)型鐵芯[1]的中心集中繞制成緊密的束狀，兩者固定在絕緣支架[4]、[5]、[6]、[7]上，一二次線圈之間的最小距離不小于5厘米，以獲得一、二次線圈之間可能達(dá)到的最高絕緣強(qiáng)度以及較小的分布電容，Ⅰ型的分布電容小于15PF，Ⅱ型的分布電容小于30PF，一、二次間的絕緣強(qiáng)度不小于工頻30千伏耐壓試驗(yàn)1分鐘。這種連環(huán)耦合隔離變壓器可以隔離來(lái)自各種“地電位梯度”升高的影響。
目前，測(cè)量電力系統(tǒng)過(guò)電壓，只能在停止電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，人為地設(shè)計(jì)和模擬各種可能的故障，在一定電網(wǎng)參數(shù)下進(jìn)行斷路器的分閘或合閘操作，采用人工同步的方法來(lái)記錄瞬間發(fā)生的過(guò)電壓過(guò)程，這種測(cè)量方法組織工作量大，試驗(yàn)所涉及的電力設(shè)備可能會(huì)受到額外過(guò)電壓的沖擊，造成設(shè)備絕緣不必要的損傷，試驗(yàn)需要電網(wǎng)停止正常運(yùn)行，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且往往難以很好的再現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行中各種過(guò)電壓過(guò)程的真實(shí)情況。對(duì)這些，本發(fā)明正是具有其他任何過(guò)電壓測(cè)量設(shè)備無(wú)法比擬的優(yōu)越性，它的監(jiān)測(cè)工作，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就能捕捉被測(cè)系統(tǒng)隨機(jī)出現(xiàn)的各種過(guò)電壓過(guò)程，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，召喚運(yùn)行人員分析和處理。并且，通過(guò)對(duì)各種采集數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析、統(tǒng)計(jì)、研究，就可為改進(jìn)高壓電網(wǎng)絕緣配合及反事故措施提供依據(jù)。
與傳統(tǒng)的具有記憶功能的故障錄波器和現(xiàn)代數(shù)字波形記錄器相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)1.全部工作過(guò)程是自動(dòng)化、智能化的，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)量少，一般電氣值班人員易于掌握，不需專門培訓(xùn);
2.不用感光材料，避免了沖洗膠卷和感光紙的麻煩，降低了運(yùn)行費(fèi)用，縮短了數(shù)據(jù)處理時(shí)間，改善了對(duì)記錄進(jìn)行分析處理的工作條件;
3.記錄精度高;
4.可任意檢索或以列表方式給出每個(gè)RAM單元中的電壓瞬時(shí)值。


附圖1為本發(fā)明的原理框圖。
附圖2為光纖隔離傳輸系統(tǒng)的原理框圖。
附圖3為數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)的原理框圖。
附圖4為供電電源系統(tǒng)的原理框圖。
附圖5為Ⅰ型、Ⅱ型連環(huán)耦合隔離變壓器結(jié)構(gòu)圖。
附圖6為具有兩路比較器的絕對(duì)值觸發(fā)器、基準(zhǔn)電壓、負(fù)或非門電路、報(bào)警系統(tǒng)等電氣原理圖。
附圖7為具有一路比較器的絕對(duì)值觸發(fā)器、基準(zhǔn)電壓、負(fù)或非門電路等電氣原理圖。
附圖8為云南省祿豐變電站內(nèi)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)實(shí)施例的電氣原理圖。
附圖9為110千伏B相過(guò)電壓過(guò)程波形圖。
附圖10為35千伏B相過(guò)電壓過(guò)程、諧振波形圖。
附圖11、附圖12、附圖13為對(duì)應(yīng)附圖10的部分內(nèi)存單元波形展開(kāi)圖。
以下結(jié)合

實(shí)施例按上述原理、方法研制成的“電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置”，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)錄波工作，取得了十分豐富的過(guò)電壓數(shù)據(jù)，同時(shí)裝置也承受了高壓電網(wǎng)安全性能方面的考驗(yàn)。實(shí)踐證明，該裝置的各部分工作是正確的，運(yùn)行是可靠的，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)錄波是準(zhǔn)確的，微機(jī)處理操作是直觀的、方便的。本發(fā)明革新了電力系統(tǒng)過(guò)電壓過(guò)程的研究方法，對(duì)分析瞬間變量提供了一種十分有效可行的工具?，F(xiàn)將在云南省祿豐變電站作過(guò)的試驗(yàn)，部分列舉如下試驗(yàn)線路原理圖如附圖8所示，其中T為110KV/35KV/10KV，20MVA電力變壓器;
PT為JDJJ35型電壓互感器組;
FZ1、FZ2、MOA為避雷器;
FU為熔斷器。
例1.將本裝置接于110千伏側(cè)，如附圖8中右上方所示。選擇采樣時(shí)間，觸發(fā)前追憶為50微秒/字(追憶1K RAM單元)，觸發(fā)后為正規(guī)記錄5微秒/字。選擇電容分壓器分壓比為C2/C1＝299000。然后從110KV側(cè)用SW6型少油斷路器切空載變壓器。本裝置所記錄的過(guò)電壓過(guò)程波形圖如附圖9所示，圖形的橫坐標(biāo)為RAM單元號(hào)碼(RAM單元數(shù)與采樣時(shí)間的乘積即為時(shí)間坐標(biāo))，縱坐標(biāo)為電壓瞬時(shí)值。在圖形的下方，根據(jù)需要將打印出以下數(shù)據(jù)DATA-B-1 (N1＝0 N2＝8191)(MAX.DATA) NO.(104)＝90.896(KV)(MIN.DATA) NO.(3090)＝-174.616(KV)DATA-B-1 (N1＝0 N2＝900)(MAX.DATA) NO.(104)＝90.896(KV)(MIN.DATA) NO.(304)＝-90.896(KV)從第一段零到8K RAM單元看出，3090號(hào)單元中記錄了最大絕對(duì)值為174.616千伏(極性為負(fù))，304號(hào)單元中記錄了B相對(duì)地工頻電壓穩(wěn)態(tài)幅值為90.896千伏(極性為負(fù))，過(guò)電壓倍數(shù)為Kb＝174.616/90.896＝1.92(倍)。
第二段、第三段已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，約為零值。磁盤中對(duì)應(yīng)每相24K RAM中各都記錄了過(guò)電壓的瞬變過(guò)程，如有必要，也可用表格形式打印之。
例2.本裝置接于35千伏側(cè)，如附圖8中右下方所示。選擇采樣時(shí)間，觸發(fā)前后均為50微秒/字，觸發(fā)前仍追憶1K RAM單元。選擇電容分壓器分壓比C2/C1＝299000，C0為機(jī)械電子示波器分壓電容(對(duì)C1的影響可忽略)。在附圖8中，祿舍線保留5千米空載線，母線和線路側(cè)各有一組JDJJ35型電壓互感器，發(fā)生C相瞬間接地后，迅速斷開(kāi)接地點(diǎn)，引起分頻諧振過(guò)程。本裝置所記錄的過(guò)電壓過(guò)程波形圖如附圖10所示，圖形的橫坐標(biāo)為RAM單元號(hào)碼(RAM單元數(shù)與采樣時(shí)間的乘積即為時(shí)間坐標(biāo))，縱坐標(biāo)為電壓瞬時(shí)值。附圖11為附圖10中500號(hào)到1500號(hào)單元的波形展開(kāi)圖，附圖12為附圖10中1500號(hào)到2500號(hào)單元的波形展開(kāi)圖，附圖13為附圖10中2500號(hào)到3500號(hào)單元的波形展開(kāi)圖。附圖10下面，根據(jù)需要將打印出以下數(shù)字DATA-B-1 (N1＝0 N2＝8191)(MAX.DATA) NO.(998)＝62.8584(KV)(MIN.DATA) NO.(1160)＝-57.144(KV)DATA-B-1 (N1＝10 N2＝900)(MAX.DATA) NO.(196)＝33.14352(KV)(MIN.DATA) NO.(10)＝-33.14352(KV)DATA-B-1 (N1＝2000 N2＝8191)(MAX.DATA) NO.(2622)＝45.7152(KV)(MIN.DATA) NO.(3192)＝-50.28672(KV)附圖10記錄了B相第一段過(guò)電壓瞬變過(guò)程，1K RAM單元前為正常運(yùn)行的B相對(duì)地工頻電壓穩(wěn)態(tài)值，大約在1K至2K RAM單元之間為C相接地后，B相對(duì)地電壓升高至線電壓值，同時(shí)在C相接地瞬間B相對(duì)地工頻線電壓疊加了高頻振蕩。998號(hào)單元中記錄了高頻振蕩幅值為62.8584千伏，而追憶的B相對(duì)地正常運(yùn)行的工頻電壓穩(wěn)態(tài)值為196號(hào)單元中記錄的33.14352千伏。上述高頻過(guò)程過(guò)電壓倍數(shù)為KL＝62.8584/33.14352≈1.9(倍)。
大約在2K RAM單元以后，因C相解除接地狀態(tài)而又激發(fā)起三相的分頻諧振過(guò)電壓，其中B相諧振過(guò)電壓最大絕對(duì)值記錄在3192號(hào)單元為50.28672千伏(極性為負(fù))，相對(duì)于B相對(duì)地正常運(yùn)行工頻電壓穩(wěn)態(tài)幅值33.14352千伏(極性為負(fù))，過(guò)電壓倍數(shù)為Kr＝50.28672/33.14352≈1.52(倍)。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，由UPS電源，Ⅰ型、Ⅱ型連環(huán)耦合隔離變壓器，電容分壓器C1、C2，光纖隔離傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)等組成，其特征在于Ⅰ型連環(huán)耦合隔離變壓器的輸出電源通過(guò)交直流變換后作為光纖隔離傳輸系統(tǒng)的電-光轉(zhuǎn)換器供電電源，Ⅱ型電源作為其他部分的供電電源，電容器C1、C2串聯(lián)回路的兩端接入高壓監(jiān)測(cè)線路，用較短的同軸電纜線將低壓臂電容器C2兩端的電壓信號(hào)引入光纖隔離傳輸系統(tǒng)傳送到數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)過(guò)電壓時(shí)，在微機(jī)的控制下自動(dòng)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、結(jié)果處理等。
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的光纖隔離傳輸系統(tǒng)是由輸入匹配器[A1]、發(fā)光器[A2]、光導(dǎo)纖維[A3]、光檢器[A4]等電路組成的模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警系統(tǒng)是由放大器[B1]、[B3]，衰減器[B2]，采樣保持器[B4]，模數(shù)變換器[B5]，循環(huán)存儲(chǔ)器RAM[B6]，接口[B7]，控制器[B8]，啟動(dòng)予置器[B9]，絕對(duì)值觸發(fā)器[b10]，負(fù)或非門電路[B11]，報(bào)警器[B12]，數(shù)模轉(zhuǎn)換器[B13]，電子示波器[B14]等電路組成。
4.如權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被屏蔽于雙層金屬殼之中，外層屏蔽殼對(duì)地能耐受工頻30千伏以上1分鐘瞬時(shí)高電壓的沖擊，內(nèi)、外層之間設(shè)置有低壓絕緣。
5.如權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的絕對(duì)值觸發(fā)器[B10]是由LF353線性雙運(yùn)放中的一個(gè)和兩路各有一個(gè)LM311比較器、一個(gè)74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、74LS00中的兩個(gè)與非門及電阻、二級(jí)管電子元件等組成，也可以由一個(gè)前置LF353運(yùn)放電路和兩個(gè)LF353雙運(yùn)放及多只電阻、二級(jí)管構(gòu)成的線性全波檢波器，LM311比較器，74LS123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、74LS00中的兩個(gè)與非門和其他附屬的電阻電子元件等組成。
6.如權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的啟動(dòng)予置器[B9]是由啟動(dòng)予置電平調(diào)節(jié)器(4.7K電位器)、三級(jí)LM741運(yùn)放電路和電阻元件等組成，也可以由啟動(dòng)予置電平調(diào)節(jié)器(4.7K電位器)、LM741運(yùn)放電路和電阻元件組成。
7.如權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的報(bào)警器[B12]是由D型觸發(fā)器、三個(gè)振蕩電路(分別由六個(gè)反相器中的各兩個(gè)反相器及各有一組決定振蕩頻率的電阻、電容組成)，一個(gè)LA4100功放電路和其附屬電阻、電容、晶體管電子元件及揚(yáng)聲器[Y]等組成。
8.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的Ⅰ型、Ⅱ型連環(huán)耦合隔離變壓器(1)一次線圈[2]均勻繞制在園環(huán)型鐵芯[1]上;(2)二次線圈[3]穿過(guò)園環(huán)型鐵芯[1]的中心集中繞制成緊密的束狀;(3)兩者固定在絕緣支架[4]、[5]、[6]、[7]上;(4)一、二次線圈之間的最小距離不小于5厘米，以獲得一、二次線圈之間可能達(dá)到的最高絕緣強(qiáng)度及較小的分布電容，Ⅰ型的分布電容小于15PF，Ⅱ型的分布電容小于30PF;(5)一、二次之間的絕緣強(qiáng)度不小于工頻30千伏耐壓試驗(yàn)1分鐘;(6)可以隔離來(lái)自各種“地電位梯度”升高的影響。
全文摘要
電力系統(tǒng)過(guò)電壓在線監(jiān)測(cè)裝置，屬于瞬變電信號(hào)的數(shù)字測(cè)量領(lǐng)域。本發(fā)明采用了光纖、數(shù)字測(cè)量、微機(jī)處理和電源隔離抗干擾技術(shù)。特別是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用了高速模-數(shù)變換器、分段循環(huán)存儲(chǔ)器、過(guò)電壓絕對(duì)值觸發(fā)器和雙層金屬屏蔽外殼。本裝置能直接接入電網(wǎng)長(zhǎng)期工作，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，測(cè)量準(zhǔn)確，不使用感光材料。大大簡(jiǎn)化了對(duì)電力系統(tǒng)過(guò)電壓瞬變過(guò)程的監(jiān)測(cè)錄波和分析研究。
文檔編號(hào)G01R31/28GK1049058SQ89106209
公開(kāi)日1991年2月6日 申請(qǐng)日期1989年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月22日
發(fā)明者蔡光顯, 梅忠恕 申請(qǐng)人:云南省電力工業(yè)局試驗(yàn)研究所