專利名稱：一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在線監(jiān)測電能質(zhì)量諧波及過電壓的裝置。
背景技術(shù)：
近年來，由于電氣化鐵道的發(fā)展以及化工、冶金、鋼鐵、有色金屬、煤炭和交通等工 業(yè)部門大量使用了電力電子設(shè)備和應(yīng)用電力整流和換流技術(shù)，如500kV高壓直流輸電工程 葛上線的投入運行，產(chǎn)生了大量諧波注入電網(wǎng)。國家電網(wǎng)公司近年加大特高壓直流輸電，電 壓等級達到800kV，同時，國家大力推廣風(fēng)電等清潔能源的建設(shè)。這樣，大量的整流設(shè)備的投 入，必將造成電力系統(tǒng)電壓和電流波形的嚴(yán)重畸變。具有非線性設(shè)備的電力用戶越來越多，這些用戶會產(chǎn)生大量的諧波注入到公用電 網(wǎng)和自身電力用戶的電網(wǎng)中，當(dāng)其諧波注入到自身的電網(wǎng)時，導(dǎo)致自身的變壓器溫度升高、 損耗增加、噪聲增加、無功補償裝置的保險和電容器燒損，電纜絕緣降低以至爆炸，精密儀 器無法使用，自動生產(chǎn)線不能正常運行，白幟燈閃爍，電壓波動，導(dǎo)致低電壓跳閘，功率因數(shù) 降低導(dǎo)致利率罰款。電力系統(tǒng)中的非線形負荷及沖擊性負荷日益增加，對電網(wǎng)質(zhì)量污染加劇，使電網(wǎng) 的非線形(諧波)、非對稱性(負序)和波動性日趨嚴(yán)重，已引發(fā)電網(wǎng)不少異常和事故，例 如電能計量不準(zhǔn)、變壓器過熱、電容器組不能正常投運、繼電器保護和自動裝置誤動跳間、 電機的燒損等，對電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行造成嚴(yán)重危害。GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了電網(wǎng)的諧波監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。 而工業(yè)的發(fā)展和科技的進步使得越來越多的用戶采用性能好、效率高，但對電源特性變化 敏感和對供電系統(tǒng)注入干擾的新設(shè)備，電能質(zhì)量諧波污染的問題逐漸明顯起來，電能質(zhì)量 諧波監(jiān)測和抑制諧波的重要性越來越得到重視。高壓電力系統(tǒng)運行的可靠性，在極大程度上決定于絕緣的工作狀況，正確地規(guī)定 系統(tǒng)的絕緣水平，具有十分重大的意義。而過電壓對于系統(tǒng)絕緣水平的選擇起著決定性的 作用。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18481-2001《電能質(zhì)量暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》中5. 5和電力行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中4. 2. 10明確規(guī)定了 “為監(jiān)測系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的工頻過電壓、諧振過電壓和操作過電壓，宜在變電站安裝過電壓 波形或幅值的自動記錄裝置，并妥為收集實測結(jié)果?！备鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，當(dāng)設(shè)備在受到過電壓損害后，為了實現(xiàn)正確的絕緣配合，防止 過電壓對電力運行設(shè)備的損害，或把損害減到最小，建立暫態(tài)過電壓響應(yīng)監(jiān)測是很重要的， 特別是能確切知道變電站內(nèi)受到了多大過電壓的長期侵襲，設(shè)備是否能承受過電壓沖擊， 某些重點設(shè)備是否需要特別保護，系統(tǒng)參數(shù)配合是否恰當(dāng)(引起操作過電壓幅值)，避雷器 殘壓是否達到要求等。所以，裝設(shè)及建立暫態(tài)過電壓監(jiān)測系統(tǒng)能對運行變電站的過電壓狀 況、避雷器保護水平及殘壓等是否有效等數(shù)據(jù)有清晰的資料數(shù)據(jù)，并可以快速查找故障和 異常事故的原因，減少電力系統(tǒng)的故障率。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能有效地解決諧波定 時測量和過電壓暫態(tài)波形記錄兩方面的技術(shù)，同時，能長期穩(wěn)定適應(yīng)電力系統(tǒng)從IOkV到 IOOOkV各個電壓等級的諧波和過電壓在線監(jiān)測裝置。為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是它包括信號采集處理前端、交 流電源隔離部分、標(biāo)準(zhǔn)電氣屏、輸入端子和報警回路等，所述的信號采集處理前端包含有電 壓信號處理板、電流信號處理板、嵌入式工控主板、半長高速同步采集卡、硬盤、8寸液晶顯 示屏和電源供電裝置。本實用新型的優(yōu)點是(1)本實用新型裝置監(jiān)測的過電壓和激磁涌流，采集頻率最高可達16通道同步采 集250kHz，一次記錄時間可達30秒，并且對于電力裝置過電壓和涌流等現(xiàn)象可以全過程記 錄；(2)本實用新型可以對自動記錄的暫態(tài)過程波形中數(shù)據(jù)文件任何部分進行暫態(tài)諧 波的計算，計算到100次的諧波含量，可以給出諧波總畸變率，各次諧波值和諧波含量，這 是已知其他電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置所不具備的暫態(tài)諧波波形記錄和計算功能；(3)本實用新型同時具備根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)諧波測量需要記錄的定時諧波功能，能夠 以任意設(shè)定好的諧波測量時間間隔，定時測量計算諧波穩(wěn)態(tài)量，并且提供長達一年的統(tǒng)計 數(shù)據(jù)；(4)自動記錄采用電壓、電流突變量啟動方式。本實用新型可以以任意值設(shè)定任意 通道的啟動值，一個采集卡半滿記錄周期就可以計算判斷是否啟動記錄，測量通道的峰值 無論是突升或突降，如果超出設(shè)定值范圍即可啟動，同時，提供任何時刻人為手動記錄的功 能，用于調(diào)試設(shè)備及測量當(dāng)前時刻的波形；(5)本實用新型采用Iinux操作系統(tǒng)，因此具備多任務(wù)功能，并具備計算機聯(lián)網(wǎng)功 能，可以實現(xiàn)遠程控制、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)分析，提供在線和離線的數(shù)據(jù)分析軟件，提供豐富 的數(shù)據(jù)分析功能。

圖1是本實用新型整體硬件構(gòu)成圖；圖2是本實用新型信號處理采集前端內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實用新型電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測方法流程圖圖4是本實用新型電壓信號處理板一路輸入放大電路圖；圖5是本實用新型電流信號處理板一路輸入放大電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。由圖1-圖5可知，本實用新型它包括信號采集處理前端1、交流電源隔離部分、標(biāo) 準(zhǔn)電氣屏、輸入端子和報警回路等，所述的信號采集處理前端1包含有電壓信號處理板2、 電流信號處理板3、嵌入式工控主板4、半長高速同步采集卡5、6、硬盤7、8寸液晶顯示屏8 和電源供電裝置9。[0023]16路電氣量同步采集，同步采集頻率最高達到2500kHz，交流電壓和交流電流信 號從電力裝置電壓互感器和電流互感器二次側(cè)接入，信號采集處理前端采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸 6U高上架機箱，并采用黑匣子方式設(shè)計，電壓信號采用雙端輸入，各路信號彼此隔離不共 地，同時，對一次電壓和二次電壓進行光電隔離。電力裝置的電壓和電流信號經(jīng)過電壓互感器和電流互感器變換后接入信號采集 處理前端1，經(jīng)過電壓信號處理板2和電流信號處理板3隔離處理后的低壓信號，分別與兩 塊8通道250kHz半長高速同步采集卡5、6連接，半長高速同步采集卡5的時鐘采用基準(zhǔn)時 鐘，半長高速同步采集卡6用外觸發(fā)方式接半長高速同步采集卡5的時鐘管腳，半長高速同 步采集卡5、6各有8個采集通道，每個采集通道有一個A/D采集芯片，信號采集處理前端采 用隔離的電源供電裝置9，自動啟動信號采用電壓、電流突變量方式啟動。所述的電壓信號處理板2的芯片ICl輸出端與三極管Tl基極相連，三極管Tl集 電極接至-5V，發(fā)射極接至發(fā)光二極管。電流信號處理板3的芯片IC2輸出端與三極管Tl基極相連，三極管Tl集電極接 至-5V，發(fā)射極接至發(fā)光二極管。本實用新型所述的電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，應(yīng)用16路高速同步采 集、自動啟動、定時測量、存儲、顯示電氣量諧波和過電壓的監(jiān)測裝置，同時監(jiān)測電力裝置的 暫態(tài)過電壓和穩(wěn)態(tài)諧波電氣量。采用嵌入式的Iirmx操作系統(tǒng)和嵌入式硬件，提供多任務(wù) 功能，將過電壓波形記錄和諧波定時測量兩方面技術(shù)進行數(shù)據(jù)共享，提供Web/Brower使用 開發(fā)方式，提供FTP數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)等。變電站或發(fā)電廠的一次交流電壓和一次交流電流信號經(jīng)過電壓互感器和電流互 感器變換，交流電壓變成100V以內(nèi)交流電壓信號，交流電流變成5A以內(nèi)交流電流信號。變 換后的電壓和電流信號接入本實用新型裝置的接線端子，其中，每個通道都是隔離不共地 的。所有信號經(jīng)過電纜接入信號處理采集前端。交流電壓信號接入電壓信號處理板，隔離的 每路電壓信號經(jīng)過電壓信號處理板進行分壓、濾波、限幅、放大和光隔的處理，變成-5V +5V范圍內(nèi)的電壓信號。交流電流信號接入電流信號處理板，隔離的每路電流信號經(jīng)過電流 信號處理板進行電壓變換、分壓、濾波、限幅、放大和光隔的處理，同樣變成-5V +5V范圍 內(nèi)的電壓信號。所有的經(jīng)過處理后的-5V +5V范圍內(nèi)的電壓信號經(jīng)過專用電纜接入多通 道高速同步采集卡中，采集計算軟件將根據(jù)具體的設(shè)置參數(shù)實時循環(huán)采集信號，達到設(shè)定 的條件后或接到控制命令后進行數(shù)據(jù)記錄計算或相應(yīng)的操作，同時定時采集計算和存儲諧 波值。本實用新型所述的電壓、電流信號可以從電壓互感器、電流互感器二次側(cè)，或分壓 器低壓臂接入本裝置的接線端子，信號經(jīng)過電纜接入信號處理采集前端，經(jīng)電壓和電流信 號處理板轉(zhuǎn)換成采集卡接受的小電壓信號，將小電壓信號接入高速同步采集卡中，軟件將 根據(jù)具體的設(shè)置參數(shù)實時循環(huán)采集信號，達到設(shè)定的條件后或接到控制命令后進行數(shù)據(jù)記 錄計算或相應(yīng)的操作，同時定時采集計算和存儲諧波值。
權(quán)利要求1.一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，其特征在于它包括信號采集處理前端 (1)、交流電源隔離部分、標(biāo)準(zhǔn)電氣屏、輸入端子和報警回路等，所述的信號采集處理前端 (1)包含有電壓信號處理板(2)、電流信號處理板(3)、嵌入式工控主板(4)、半長高速同步 采集卡(5)、(6)、硬盤(7)、8寸液晶顯示屏⑶和電源供電裝置(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，其特征在于16 路電氣量同步采集，同步采集頻率最高達到2500kHz，交流電壓和交流電流信號從電力裝置 電壓互感器和電流互感器二次側(cè)接入，信號采集處理前端采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸6U高上架機箱， 并采用黑匣子方式設(shè)計，電壓信號采用雙端輸入，各路信號彼此隔離不共地，同時，對一次 電壓和二次電壓進行光電隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，其特征在于 電力裝置的電壓和電流信號經(jīng)過電壓互感器和電流互感器變換后接入信號采集處理前端 (1)，經(jīng)過電壓信號處理板⑵和電流信號處理板⑶隔離處理后的低壓信號，分別與兩塊 8通道250kHz半長高速同步采集卡(5)、(6)連接，半長高速同步采集卡(5)的時鐘采用基 準(zhǔn)時鐘，半長高速同步采集卡(6)用外觸發(fā)方式接半長高速同步采集卡(5)的時鐘管腳，半 長高速同步采集卡(5)、(6)各有8個采集通道，每個采集通道有一個A/D采集芯片，信號采 集處理前端采用隔離的電源供電裝置(9)，自動啟動信號采用電壓、電流突變量方式啟動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，其特征在于所 述的電壓信號處理板(2)的芯片(IC1)輸出端與三極管(T1)基極相連，三極管(T1)集電極 接至-5V，發(fā)射極接至發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，其特征在于電 流信號處理板(3)的芯片(IC2)輸出端與三極管(T1)基極相連，三極管(T1)集電極接至-5V， 發(fā)射極接至發(fā)光二極管。
專利摘要本實用新型涉及一種電能質(zhì)量諧波及過電壓在線監(jiān)測裝置，它包括信號采集處理前端、交流電源隔離部分、標(biāo)準(zhǔn)電氣屏、輸入端子和報警回路等，所述的信號采集處理前端包含有電壓信號處理板、電流信號處理板、嵌入式工控主板、半長高速同步采集卡、硬盤、8寸液晶顯示屏和電源供電裝置。本實用新型裝置監(jiān)測的過電壓和激磁涌流，采集頻率最高可達16通道同步采集250kHz，一次記錄時間可達30秒，并且對于電力裝置過電壓和涌流等現(xiàn)象可以全過程記錄。
文檔編號G01R23/16GK201788233SQ20092010095
公開日2011年4月6日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者王彬, 王德義 申請人:黑龍江碩實電力科技有限公司