一種輸電線路電壓電流監測系統及方法與流程

2023-05-30 18:38:26 2

本發明涉及電力系統電壓電流監測的技術領域，尤其涉及採用陶瓷電容絕緣子構成倒裝式分壓單元的輸電線路電壓電流監測系統及方法。

背景技術：

目前，輸電線路監測電流的方法採用電流互感器，監測電壓的方法採用電壓互感器，但常規的電流和電壓監測裝置用在輸電線路上存在取電問題，且投資大。對於高壓輸電線路故障定位使用的故障指示器，僅能監測電流。近年來，雲南電科院提出了採用陶瓷電容絕緣子正裝式分壓單元結構監測線路過電壓及自取電的方法。然而，對於正裝式結構，如將故障指示器的電流互感器二次線直接與監測裝置連接，可能因故障指示器故障而導致線路故障和燒毀整個監測裝置，因此，只能採用兩套不同的監測裝置。

隨著智能電網的建設對於輸電線路智能化提出了很高要求，如故障自愈、故障定位、故障識別等都需要有監測技術及傳感器的新突破，因此研究開發小型、安全、穩定、廉價的輸電線路電壓電流監測裝置具有重要意義。

技術實現要素：

為克服相關技術中存在的問題，本發明提供一種輸電線路電壓電流監測系統及方法。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種輸電線路電壓電流監測系統及方法，包括陶瓷電容絕緣子分壓裝置、電流互感器以及電壓電流監測裝置，其中：

所述陶瓷電容絕緣子包括依次電連接的高壓臂和低壓臂，所述低壓臂電連接至高壓輸電線路，所述高壓臂與地線電連接；

所述電流互感器套裝設置在輸電線路上；

所述電壓電流監測裝置分別與所述電流互感器和陶瓷電容絕緣子的低壓臂連接。

優選地，所述電壓電流監測裝置包括電流信號處理電路、電壓信號處理電路、信號轉換電路和處理器，其中：

所述電流信號處理電路與所述電流互感器電連接，所述電壓信號處理電路連接至所述陶瓷電容絕緣子的低壓臂和高壓臂之間；

所述電流信號處理電路和電壓信號處理電路分別與所述信號轉換電路電連接；

所述信號轉換電路與所述處理器電連接。

優選地，所述電壓電流監測裝置還包括傳輸模塊，所述傳輸模塊與所述處理器電連接，且所述傳輸模塊與後臺避雷器狀態監測中心通信連接，所述傳輸模塊設置為GPRS模塊或WIFI模塊。

優選地，所述電壓電流監測裝置還包括匹配電阻，所述匹配電阻一端與所述陶瓷電容絕緣子的低壓臂電連接，另一端與所述電壓信號處理電路電連接。

優選地，所述電壓電流監測裝置還包括取電模塊，所述取電模塊分別電連接至所述電流信號處理電路、電壓信號處理電路、信號轉換電路和處理器。

優選地，所述高壓臂和低壓臂之間的分壓比為500-3000，所述高壓臂的電容量為10pF-10nF，所述低壓臂的電容量為10nF-10uF。

根據本發明實施例的第二方面，提供一種輸電線路電壓電流監測系統及方法，包括：

實時獲取設置在輸電線路上的電流互感器的電流，以及陶瓷電容絕緣子低壓臂上的電壓；

判斷所述電壓是否大於系統電壓的1.2倍或1.5倍，或者，判斷所述電壓是否含有500Hz-2000Hz的高頻信號；或者判斷電流是否大於線路額定電流的1.1倍，其中，對於中性點有效接地系統判斷所述電壓是否大於系統電壓的1.2倍，對於中性點非有效接地系統判斷所述電壓是否大於系統電壓的1.5倍；

當所述電壓大於系統電壓的1.2倍或1.5倍時，或者，當所述電壓中含有500Hz-2000Hz的高頻信號時，或者電流大於線路額定電流的1.1倍時，啟動電壓電流監測裝置記錄20-100ms內的電壓波形以及電流波形，並發送至後臺數據監測診斷中心。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明實施例提供的輸電線路電壓電流監測系統及裝置包括陶瓷電容絕緣子分壓裝置、電流互感器以及電壓電流監測裝置，其中：所述電流互感器套裝設置在輸電線路上；所述陶瓷電容絕緣子包括依次電連接的高壓臂和低壓臂，所述低壓臂電連接至高壓輸電線路，所述高壓臂與地線電連接；所述電壓電流監測裝置分別與所述電流互感器和陶瓷電容絕緣子連接。通過採用本發明實施例提供的監測系統和方法能夠根據陶瓷電容絕緣子的高壓臂和低壓臂構成的分壓單元，監測輸電線路的電壓，根據電流互感器監測輸電線路的電流，從而對輸電線路的狀態進行實時監控，並為故障分析、故障自愈等提供數據。同時，利用高壓陶瓷電容絕緣子絕緣強度高、機械性能好、價格便宜等優點，直接掛在輸電線路上構成分壓單元，兼取電及分壓器作用，能夠完整準確地記錄輸電線路的工頻電壓、暫時過電壓、操作過電壓、雷電過電壓波形，結合安裝在線路上的電流互感器獲得的線路的故障電流，利用線路的電壓、電流波形即可實時判斷輸電線路的運行狀態，能夠大大減少需要故障造成的損失，並能有效地指導故障分析、故障定位、故障隔離，提高電力系統的安全運行水平。

應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本發明。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種輸電線路電壓電流監測系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種輸電線路電壓電流監測系統的原理結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種輸電線路電壓電流監測方法。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是根據一示例性實施例示出的一種輸電線路電壓電流監測系統的結構示意圖。

如圖1所示，該輸電線路電壓電流監測系統包括陶瓷電容絕緣子分壓裝置1、電流互感器2、電壓電流監測裝置3、高壓輸電線路、杆塔和後臺數據監測診斷中心4。其中，

所述電流互感器2套裝設置在高壓輸電線路上，用於監測高壓輸電線路的電流，且所述電流互感器2固定在線路上；所述陶瓷電容絕緣子分壓裝置1包括依次電連接的高壓臂C1和低壓臂C2，所述低壓臂C2電連接至高壓輸電線路，所述高壓臂C1與地線電連接，從而使高壓臂C1和低壓臂C2構成分壓單元，其中，所述高壓臂C1和低壓臂C2之間的分壓比為500-3000，所述高壓臂C1的電容量為10pF-10nF，所述低壓臂C2的電容量為10nF-10uF；所述電壓電流監測裝置3分別與所述電流互感器2和陶瓷電容絕緣子分壓裝置1連接，所述電壓電流監測裝置3與後臺數據監測診斷中心4通信連接。從而，由電壓電流監測裝置3將採集的電壓和電流信號發送至後臺數據監測診斷中心4，以便後臺數據監測診斷中心4根據所述電流波形和電壓波形的變化確定輸電線路的狀態。

另外，參見圖2，為本發明實施例提供的輸電線路電壓電流監測系統原理結構示意圖，如圖2所示，該系統包括高壓輸電線路、陶瓷電容絕緣子分壓裝置1、電流互感器2、以及電壓電流監測裝置3。

在本發明實施例中，所述陶瓷電容絕緣子分壓裝置1包括由高壓臂C1和低壓臂C2組成的分壓單元，在本發明實施例中，所述高壓臂C1的電容量可以為10pF-10nF，所述低壓臂的電容量可以為10nF-10uF；所述輸電線路上套裝電流互感器2。

其中，所述電壓電流監測裝置3包括電流信號處理電路32、電壓信號處理電路31、信號轉換電路33和處理器34，在本發明實施例中，所述電流信號處理電路32和電壓信號處理電路31可均稱為數據採集電路，主要用於採集電壓和電流信號；其中，所述電流信號處理電路32與所述電流互感器2電連接，用於接收電流互感器2採集的輸電線路電流；所述電壓信號處理電路31連接至所述陶瓷電容絕緣子分壓裝置1的低壓臂和高壓臂之間，用於接收輸電線路的電壓；且所述電流信號處理電路32和電壓信號處理電路31分別與所述信號轉換電路33電連接，所述信號轉換電路33與所述處理器34電連接，從而使得電流信號處理電路32和電壓信號處理電路31採集的電流和電壓信號進行模數或數模轉換，便於處理器34直接對數位訊號的處理。

在本發明實施例中，所述電壓電流監測裝置3還包括傳輸模塊和取電模塊35，所述取電模塊35分別電連接至所述電流信號處理電路32、電壓信號處理電路31、信號轉換電路33和處理器34，且所述取電模塊35還連接至陶瓷電容絕緣子分壓裝置1的低壓臂C2和高壓臂C1之間，從而由該取電模塊35通過陶瓷電容絕緣子獲得電能，並為所述電流信號處理電路32、電壓信號處理電路31、信號轉換電路33和處理器34供電，且所述傳輸模塊與所述處理器34電連接，且所述傳輸模塊與後臺數據監測診斷中心4通信連接，在具體實施過程中，所述傳輸模塊設置為GPRS模塊或WIFI模塊。

另外，在本發明實施例提供的輸電線路電壓電流監測系統中，所述電壓電流監測裝置3還包括匹配電阻R，所述匹配電阻R的一端與所述陶瓷電容絕緣子分壓裝置的低壓臂C2電連接，所述匹配電阻R的另一端與所述電壓信號處理電路電連接。

通過採用本發明實施例提供的輸電線路電壓電流監測系統，通過電壓電流監測系統分別採集輸電線路的電流和電壓，其中，高壓陶瓷電容器是以介電陶瓷為核心材料的環氧樹脂灌封的電容器，其具有絕緣強度高，體積小以及頻率特性好等特點，已被大量用作配網開關櫃驗電器材的分壓元件。因此能利用該特點，將其封裝於絕緣支柱內部或製造成高絕緣強度的各式輸電線路陶瓷電容絕緣子，與輸電線路直接相連或並聯在線路避雷器兩端，構成分壓單元，實現電力系統電壓監測。結合安裝在輸電線路上的電流互感器獲得的輸電線路電流，利用輸電線路的電壓電流波形判斷輸電線路的狀態，可有效解決高壓輸電線路的故障分析、故障定位、故障隔離等問題。

同時，利用高壓陶瓷電容絕緣子絕緣強度高、機械性能好、價格便宜等優點，直接掛在輸電線路上構成分壓單元，兼取電及分壓器作用，能夠完整準確地記錄輸電線路的電壓波形，結合輸電線路上的電流互感器獲得的電流波形，利用利用輸電線路的電流波形、電壓波形即可判斷輸電線線路的運行狀態，從而有效提高對輸電線路的故障分析、故障定位、故障隔離精準度。

參見圖3，為本發明實施例提供的一種輸電線路電壓電流檢測方法流程示意圖。

在步驟S101中，實時獲取設置在輸電線路上的電流互感器的電流，以及陶瓷電容絕緣子低壓臂上的電壓。

在本發明實施例中，可通過電壓電流監測裝置中的電流信號處理電流監測輸電線路上的電流互感器的電流，以及通過電壓信號處理電路監測陶瓷電容絕緣子低壓臂上的電壓。電壓信號處理電路和電流信號處理電路將獲取到的電壓和電流發送至信號轉換電路，由信號轉換電路將電信號轉換為數位訊號發送至處理器。

在步驟S102中，判斷電壓是否大於系統電壓的1.2倍或1.5倍，或者，判斷電壓是否含有500Hz-2000Hz的高頻信號；或者判斷電流是否大於線路額定電流的1.1倍，其中，對於中性點有效接地系統判斷所述電壓是否大於系統電壓的1.2倍，對於中性點非有效接地系統判斷所述電壓是否大於系統電壓的1.5倍。

處理器分析接收到的數位訊號，判斷電壓是否大於系統電壓的1.2倍或1.5倍，或者，判斷電壓是否含有500Hz-2000Hz的高頻信號，或者判斷電流是否大於線路額定電流的1.2倍。處理器在分析接收到的數位訊號時，根據數位訊號對應的電流或電壓信號，判斷電壓或電流的大小。其中，對於中性點有效接地系統判斷電壓是否大於系統電壓的1.5倍。

在步驟S103中，當電壓大於系統電壓的1.2倍或1.5倍時，或者，當電壓中含有500Hz-2000Hz的高頻信號時，或者電流大於線路額定電流的1.1倍時，啟動電壓電流監測裝置記錄20-100ms內的電壓波形以及電流波形，並發送至後臺數據監測診斷中心。

當滿足步驟S102中的判斷時，處理器控制啟動電壓電流檢測裝置疾記錄20-100ms內的電壓波形以及電流波形，並發送至後臺數據檢測診斷中心，通過GPRS或WIFI發送至後臺數據檢測診斷中心。

數據檢測診斷中心根據接收到的電壓波形或電流波形，當電壓量啟動裝置時，計算電壓波形的頻域、時域特徵參數，判斷暫時過電壓、操作過電壓、雷電或電壓類型；當電流量啟動裝置或電壓電流同時啟動時，計算出電流、電壓幅值、相位等參量採用阻抗大小判別法等得到線路的故障點或隔離故障。

由上述描述可知，本發明實施例提供的輸電線路電壓電流監測系統及方法，克服了陶瓷電容絕緣子正裝時，可能因故障指示器故障而導致線路故障和燒毀整個監測裝置的問題。通過將陶瓷電容絕緣子倒裝在輸電線路上，電壓電流監測裝置與陶瓷電容絕緣子的高壓臂和低壓臂形成的分壓單元的低壓臂電連接，監測輸電線路的電壓，根據電流互感器檢測輸電線路的電流，從而對輸電線路的狀態進行監測。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡發明的公開後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。