[发明专利]一种电能质量谐波及过电压在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线监测电能质量谐波及过电压的装置及方法，可以适用于10kV～1000kV各个电压等级的谐波及过电压在线监测装置及方法。

背景技术

近年来，由于电气化铁道的发展以及化工、冶金、钢铁、有色金属、煤炭和交通等工业部门大量使用了电力电子设备和应用电力整流和换流技术，如500kV高压直流输电工程葛上线的投入运行，产生了大量谐波注入电网。国家电网公司近年加大特高压直流输电，电压等级达到800kV，同时，国家大力推广风电等清洁能源的建设。这样，大量的整流设备的投入，必将造成电力系统电压和电流波形的严重畸变。

具有非线性设备的电力用户越来越多，这些用户会产生大量的谐波注入到公用电网和自身电力用户的电网中，当其谐波注入到自身的电网时，导致自身的变压器温度升高、损耗增加、噪声增加、无功补偿装置的保险和电容器烧损，电缆绝缘降低以至爆炸，精密仪器无法使用，自动生产线不能正常运行，白帜灯闪烁，电压波动，导致低电压跳闸，功率因数降低导致利率罚款。

电力系统中的非线形负荷及冲击性负荷日益增加，对电网质量污染加剧，使电网的非线形(谐波)、非对称性(负序)和波动性日趋严重，已引发电网不少异常和事故，例如：电能计量不准、变压器过热、电容器组不能正常投运、继电器保护和自动装置误动跳闸、电机的烧损等，对电力系统的安全经济运行造成严重危害。

GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》标准明确规定了电网的谐波监测标准。而工业的发展和科技的进步使得越来越多的用户采用性能好、效率高，但对电源特性变化敏感和对供电系统注入干扰的新设备，电能质量谐波污染的问题逐渐明显起来，电能质量谐波监测和抑制谐波的重要性越来越得到重视。

高压电力系统运行的可靠性，在极大程度上决定于绝缘的工作状况，正确地规定系统的绝缘水平，具有十分重大的意义。而过电压对于系统绝缘水平的选择起着决定性的作用。国家标准GB/T 18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》中5.5和电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中4.2.10明确规定了：“为监测系统运行中出现的工频过电压、谐振过电压和操作过电压，宜在变电站安装过电压波形或幅值的自动记录装置，并妥为收集实测结果。”

根据标准中的要求，当设备在受到过电压损害后，为了实现正确的绝缘配合，防止过电压对电力运行设备的损害，或把损害减到最小，建立暂态过电压响应监测是很重要的，特别是能确切知道变电站内受到了多大过电压的长期侵袭，设备是否能承受过电压冲击，某些重点设备是否需要特别保护，系统参数配合是否恰当(引起操作过电压幅值)，避雷器残压是否达到要求等。所以，装设及建立暂态过电压监测系统能对运行变电站的过电压状况、避雷器保护水平及残压等是否有效等数据有清晰的资料数据，并可以快速查找故障和异常事故的原因，减少电力系统的故障率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种能有效地解决谐波定时测量和过电压暂态波形记录两方面的技术，同时，能长期稳定适应电力系统从10kV到1000kV各个电压等级的谐波和过电压在线监测装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：它包括信号采集处理前端、交流电源隔离部分、标准电气屏、输入端子和报警回路等，所述的信号采集处理前端包含有电压信号处理板、电流信号处理板、嵌入式工控主板、半长高速同步采集卡、硬盘、8寸液晶显示屏和电源供电系统。

本发明的优点是：

(1)本发明装置监测的过电压和激磁涌流，采集频率最高可达16通道同步采集250kHz，一次记录时间可达30秒，并且对于电力系统过电压和涌流等现象可以全过程记录；

(2)本发明装置，可以对自动记录的暂态过程波形中数据文件任何部分进行暂态谐波的计算，计算到100次的谐波含量，可以给出谐波总畸变率，各次谐波值和谐波含量，这是已知其他电能质量在线监测装置所不具备的暂态谐波波形记录和计算功能；

(3)本发明装置，同时具备根据国家标准谐波测量需要记录的定时谐波功能，能够以任意设定好的谐波测量时间间隔，定时测量计算谐波稳态量，并且提供长达一年的统计数据；

(4)自动记录采用电压、电流突变量启动方式。本发明装置可以以任意值设定任意通道的启动值，一个采集卡半满记录周期就可以计算判断是否启动记录，测量通道的峰值无论是突升或突降，如果超出设定值范围即可启动，同时，提供任何时刻人为手动记录的功能，用于调试设备及测量当前时刻的波形；