暫態過電壓檢測及記錄系統

電力系統變電設備隨時都會受到雷擊過電壓及操作過電壓的侵襲，當變電站處于雷雨區或出線較多時，雷擊過電壓會隨線路入侵，當系統進行切空載線路和變壓器等操作時會產生內部過電壓，系統出現接地故障時會產生弧光過電壓。這些過電壓幅值都非常高（系統電壓的2～5倍）。當變電站保護系統配置不當或避雷器有缺陷時，雷電入侵或操作過電壓暫態波形幅值會相當高，就會對一次變電設備造成危害，并且變電設備（如PT、CT變壓器等）在長期運行中，由于絕緣油變質，紙絕緣受潮老化等，絕緣水平會大大降低，在較大過電壓作用下，這些設備會進一步劣化，造成設備缺陷，在較高的過電壓作用下會形成絕緣擊穿，在工頻作用下甚至可能會出現爆炸事故。因此，這些暫態過電壓對電力設備危害很大。

由于雷擊及操作過電壓產生的波形是一種速度很快的過電壓波，持續時間在40μs～2000μs之間，頻率從幾十Hz到幾百KHz，目前電力系統安裝的常規保護記錄裝置（如故障錄波器等）是從電壓互感器獲取過電壓信號，只能記錄工頻的過電壓信息，測量精度和頻率響應差，對很多高頻過電壓不能監測。當設備受到暫態過電壓損害后，系統沒有相關的記錄數據，缺少對設備損害的準確判斷依據。為了實現正確的絕緣配置，防止雷擊過電壓及操作過電壓等暫態波形對電力運行設備的損害，或把損害程度減到最小，建立暫態過電壓響應監測系統是很必要的，使工程師能夠對系統過電壓損害狀況、避雷器保護水平及殘壓是否有效等情況有清晰的數據資料。

◆ 在線監測變電設備中各相線路中的暫態過電壓，實時自動記錄每次暫態過電壓波形數據；

◆ 能夠按照事先設定的觸發記錄條件對暫態過電壓波形數據自動記錄和監測；

◆ 每次記錄的數據自動形成過電壓數據文件，標明記錄開始到結束的時間，并自動保存到計算機硬盤相應位置供進一步分析研究用；

◆ 各相線路中的暫態過電壓波形要求同步無相差記錄；

◆ 線路中任意一相上的電壓出現異常都能夠自動啟動全部通道進行采集記錄；

◆ 每次能夠記錄暫態過電壓事故前后20個工頻周期內的數據波形，其中包括至少2個工頻周期的事故發生前的正常數據波形，滿足暫態過電壓分析的需要；

◆ 系統需要具有完善的網絡通信功能，不但能夠通過遠端計算機終端控制系統運行，也能通過網絡將現場采集數據送至運行管理部門。

◆ 本系統提供12～16個高速同步測量通道，可同時監測系統母線的各相暫態過電壓波形數據；

◆ 每通道的采樣頻率最高為20MHz/s（一般設為5MSps），A/D分辨率為12Bit；

◆ 每通道緩存最高可達16M字節（8M采樣點），一次過電壓觸發能記錄2個工頻周期的系統正常電壓波形、18個工頻周期時間的暫態過電壓波形，記錄時間為0.5秒；

◆ 能夠隨時監測各相過電壓的發生過程，自動采集記錄每次過電壓事件，并自動存儲至硬盤，每次過電壓記錄自動依次生成一個文件名，均含波形、記錄時間等數據，無須人工干預；

◆ 具有完善的通信功能，能夠通過遠端計算機終端控制系統運行，也能遠距離將現場采集數據送至運行管理部門；

◆ 采集裝置存儲容量：采集數據記錄到系統硬盤中，僅受硬盤剩余空間大小限制；

◆ 啟動條件：大于額定相電壓的1.5～3倍，適應110～220千伏、330～500千伏及特高壓電力系統的暫態過電壓監測；

◆ 本系統設計了預觸發功能（負延時），能夠觀察到過電壓發生前的波形是在工頻電壓的什么相位開始的。為了保證數據的同步性，數據采集卡設定為任意通道內觸發機制，只要任何一相有過電壓信號，就啟動全部數據采集通道同步采樣，保證了每個通道的相位一致性。

◆ 暫態過電壓監測及記錄系統結構框圖如下圖所示：

◆ 系統結構說明：

如圖所示，來自母線上的各相電壓經分壓器轉換后進入我公司PCI-20612高速數據采集系統模擬輸入端，各卡之間通過同步擴展總線保證多通道并行同步觸發記錄。系統各通道設置為信號連續觸發、自動存盤模式。當系統內沒有暫態過電壓信號產生時，采集系統不會記錄數據，當暫態過電壓信號產生時，系統自動啟動采集，將整個暫態過程記錄下來并存儲到設定好的硬盤目錄下，文件名自動依次增加，數據存儲完畢后，系統自動進入下一次等待觸發狀態。

本系統除在現場可以通過鍵盤、鼠標、顯示器等操作外，還可以通過TCP/IP以太網接口，在TopView.net網絡化虛擬儀器軟件的管理下用遠端的上位機進行控制，也可以將采集的數據通過網絡傳輸至上位機存儲、處理、分析、打印等等，非常方便。同時，自動化的采集存儲機制可以使系統在無人職守的情況下正常工作。

◆ TopView2000虛擬儀器應用軟件：

TDEC數據采集產品配套虛擬儀器應用軟件，提供硬件智能識別、控制采集、工程標定、多通道波形顯示、波形參數自動計算、數據處理、存盤、打印及通訊功能；測試報告自動生成；自動校準，自動檢測報警；所有數據和圖形可以直接發送到word中供用戶自行編輯；具備全中文在線幫助，操作直觀、便捷；支持WIN98/2K/XP操作系統。

◆ TEDC API二次開發編程接口軟件包及動態鏈接庫：

配套的TDEC API二次開發編程接口及動態鏈接庫采用標準C++語言編寫，運行于Windows98/2000/XP操作系統，支持多種開發平臺，可以用Microsoft Visual C++、Borland C++、LabWindows/CVI、LabView、Pascal以及Delphi進行二次開發，接口清晰、簡化，并附有詳細的開發說明和例程，使用戶輕松實現二次開發。

◆ 工業計算機硬件平臺，可上機架，支持TCP/IP網絡數據傳輸及遠程控制

◆ PCI-20612數據采集卡

◆ 并行采集通道數：12～16CH

◆ 每通道最高采樣率：20MSps，向下可程控分18檔

◆ 分辨率：12Bit

◆ 每通道緩存深度：8～16M字節

◆ 每通道量程：±100mV～±20V，八檔程控

◆ 通道帶寬：0～5MHz

◆ 觸發方式：內觸發、外觸發、手動觸發多種模式

該系統主要應用于電力系統暫態過電壓等異常情況的在線監測，采用多通道高速同步采集、自動記錄、存儲、自動顯示各相電壓參數等技術，是一套集成了工業控制計算機、高速數據采集電路為核心的電力系統暫態過電壓在線實時記錄裝置，非常適合電力系統變電站監測、電力設備絕緣性能試驗、雷擊災害預防等方面的應用，成熟的產品和技術保證了該系統的穩定性、可靠性、實用性都很高，目前已在電力系統安全性檢測中發揮了越來越重要的作用，得到了用戶的認同。