一種進行大地電位差監測的系統及方法
2023-05-18 09:29:31
一種進行大地電位差監測的系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種進行大地電位差監測的系統及方法，包括變電站和交流輸電線路，變電站接地扁鋼與變電站主變壓器中性點相連，兩變電站的主變壓器通過交流輸電線路相連，大地電位差產生流經交流輸電線路的電流，變電站接地扁鋼與變電站主變壓器中性點之間連接有錄波裝置，錄波裝置與GSM/GPRS網絡通信連接，GSM/GPRS網絡與監測總站伺服器通信連接，錄波裝置上還連接GPS同步裝置，本發明形成監測變電站之間電位差測試迴路，實現覆蓋整個地區的大地電位差監測網，為大地電流活動與電網運行方式的邏輯關係分析提供有力依據，有助於完善區域地震災害監測和預警平臺建設，為電力、通訊等系統的異常運行狀態提供判據。
【專利說明】一種進行大地電位差監測的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用IlOkV及以上的交流輸電線路和變電站，通過監測流經電力變壓器中性點的直流電流，實現對線路兩端的大地電位差進行錄波並實時監測的系統及方法。
【背景技術】
[0002]地震是地球上主要自然災害之一，近幾年，地震災害頻繁，地震產生的地震波可直接造成建築物的破壞甚至倒塌，發生在山區還可能引起山體滑坡等災害，地震造成的人員傷亡和財產損失無法估量。地震會引起大地局部電位變化，通過分析大地電位差活動規律，有助於完善區域地震災害監測和預警手段。
[0003]太陽磁暴、直流輸電系統單極運行均會引起大地電位差變化，開展大地電位差變化的監測有助於判斷相關地域的電力、通訊等系統的異常狀態，及時制定相應措施。
[0004]目前在大地電位差觀測方面，均需要鋪設專用測量迴路，一般最多不超過10公裡，投資巨大，不能構建覆蓋面積廣的觀測網。我國電力系統交流輸電網絡發達，距離長，覆蓋面廣，為開展大地電位差監測研究提供了先天的測量迴路。
【發明內容】
[0005]本發明根據現有技術的不足提供一種進行大地電位差監測的系統及方法，對區域太陽磁暴活動、地震地電活動、直流輸電系統單極大地運行等現象所引起的大地電位差活動規律，進行實時監測。
[0006]本發明的技術方案:一種進行大地電位差監測的系統，包括變電站和交流輸電線路，其特徵在於:所述變電站接地扁鋼連接在變電站主變壓器中性點上，兩變電站的主變壓器通過交流輸電線路相連，大地電位差產生流經交流輸電線路的電流，變電站的接地扁鋼與變電站的主變壓器連接的中性點上連接有錄波裝置，錄波裝置與GSM/GPRS網絡通信連接，GSM/GPRS網絡與監測總站伺服器通信連接，錄波裝置、GSM/GPRS網絡以及監測總站伺服器構成數據傳輸網絡，錄波裝置上還連接GPS同步裝置。
[0007]一種利用上述系統進行大地電位差監測的方法，其特徵在於:包括以下步驟，
[0008]SI，各個變電站接地扁鋼分別連接其變電站主變壓器，並通過交流輸電線路連接兩相鄰變電站的變電站主變壓器形成迴路，大地電位差產生通過交流輸電線路的傳輸迴路電流；
[0009]S2，錄波裝置安裝在變電站主變壓器(2)中性點上，實時測量通過交流輸電線路的傳輸迴路電流；
[0010]S3，GPS同步裝置接收衛星信號，並對站內錄波裝置進行時間修正，使所有錄波裝置時間步調一致；
[0011]S4，所有步調一致的錄波裝置將各自測量的傳輸迴路電流數據傳送到GSM/GPRS網絡上；
[0012]S5，GSM/GPRS網絡將接收到的所有的傳輸迴路電流數據傳送到監測總站伺服器上實現同一時刻全網大地電流分布的同步監測，達到進行大地電位監測的效果。
[0013]所述交流輸電線路的輸電電壓大於或等於llOkV。
[0014]兩個變電站間的大地電位差U = 13(?+?)，其中Ici為錄波裝置⑷測量到的通過交流輸電線路的傳輸迴路電流，主變壓器直流電阻Rb和交流輸電線路直流電阻&為電力系統定期停電試驗數據。
[0015]本發明的技術效果:
[0016]1.利用交流輸電線路覆蓋面廣、線路距離遠、直流阻抗小的特點，形成監測變電站之間電位差測試迴路；
[0017]2.裝置安裝後，能快速接入系統網絡，實現覆蓋整個地區的大地電位差監測網；
[0018]3.各分布式錄波裝置採用GPS衛星同步，為大地電流活動與電網運行方式的邏輯關係分析提供有力依據；
[0019]4.通過監測一個地區的大地電位差活動規律，有助於完善區域地震災害監測和預警平臺建設，為電力、通訊等系統的異常運行狀態提供判據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明大地電位差監測系統原理圖；
[0021]圖2是本發明大地電流傳輸迴路示意圖；
[0022]圖3是本發明錄波裝置在交流電網中的布置圖；
[0023]圖4是本發明數據傳輸網絡示意圖。
[0024]圖中標號分別表示，I一變電站接地扁鋼；2—變電站主變壓器；
[0025]3—交流輸電線路；4一錄波裝置；5—GSM/GPRS網絡；6—監測總站伺服器；7—GPS同步裝置。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明進一步說明:
[0027]如圖1所示，一種進行大地電位差監測的系統，包括變電站和交流輸電線路3，其特徵在於:所述變電站的變電站接地扁鋼I連接在變電站主變壓器2上，兩變電站的變電站主變壓器2通過交流輸電線路3相連，大地電位差產生流經交流輸電線路3的電流，變電站的接地扁鋼I與變電站的主變壓器2連接的中性點上連接有錄波裝置4，錄波裝置4與GSM/GPRS網絡5通信連接，GSM/GPRS網絡5與監測總站伺服器6通信連接，錄波裝置4、GSM/GPRS網絡5以及監測總站伺服器6構成數據傳輸網絡，錄波裝置4上還連接GPS同步裝置7。
[0028]如圖2所示，兩個變電站之間出現的電位差以恆壓源U等效，通過主變壓器直流電阻Rb、交流輸電線路直流電阻&產生通過交流輸電線路的傳輸迴路電流Itl,通過接地網電阻和大地等效電阻產生通過大地的傳輸迴路電流I。
[0029]具體地，IlOkV及以上交流輸電線路直流電阻一般不超過50πιΩ/公裡，電力變壓器直流電阻不超過I Ω，以相距200公裡變電站為例，其輸電線路阻抗不超過10 Ω，整個阻抗不超過12 Ω，因此可知在產生12mV大地電位差時，即有ImA電流，該電流值的測量需求以現有測量技術可滿足。
[0030]如圖3所示，系統利用交流輸電線路覆蓋面廣、線路距離遠、直流阻抗小的特點，為開展大地電位差監測研究提供了便捷的電流傳輸迴路。圖中，錄波裝置#1監測500kV變電站接入到220kV交流輸電線路中的直流電流；錄波裝置#2監測220kV變電站接入到220kV交流輸電線路中的直流電流；錄波裝置#3監測220kV變電站接入到IlOkV變電站的電流；錄波裝置#4監測IlOkV變電站接入到IlOkV交流輸電線路中的電流。以此類推，利用交流輸電線路，可形成N個IlOkV及以上等級變電站之間大地電位差電流監測迴路。
[0031]每個變電站錄波裝置安裝在變電站主變壓器中性點接地扁鋼上，可測量電流I。，則可獲得兩個變電站之間的電位差U= 13(?+?),其中主變壓器直流電阻Rb和交流輸電線路直流電阻&為電力系統定期停電試驗數據，該數據在運行中基本不變。
[0032]如圖4所示，每個變電站的錄波裝置連續對各監測點不同時刻的電流值採樣，SP可實現對大地電位差變化規律的長期跟蹤。利用覆蓋當地的GSM/GPRS無線網絡與監測總站伺服器進行雙向數據通訊，實現錄波裝置遠程接入網絡的部署。選擇多個變電站安裝錄波裝置，實現覆蓋整個地區的大地電位差監測網。
[0033]GPS同步裝置接收衛星信號，產生精確的秒脈衝及時刻值，完成對錄波裝置時間修正。錄波裝置根據設置相同的採集時刻及採集時間間隔，使所有錄波裝置採集時間步調一致，實現同一時刻全網大地電流分布的同步監測。
[0034]本發明的技術效果，利用交流輸電線路覆蓋面廣、線路距離遠、直流阻抗小的特點，形成監測變電站之間電位差測試迴路；裝置安裝後，能快速接入系統網絡，實現覆蓋整個地區的大地電位差監測網；各分布式錄波裝置採用GPS衛星同步，為大地電流活動與電網運行方式的邏輯關係分析提供有力依據；通過監測一個地區的大地電位差活動規律，有助於完善區域地震災害監測和預警平臺建設，為電力、通訊等系統的異常運行狀態提供判據。
【權利要求】
1.一種進行大地電位差監測的系統，包括變電站和交流輸電線路(3)，其特徵在於:所述變電站接地扁鋼(I)連接在變電站主變壓器(2)中性點上，兩變電站的主變壓器(2)通過交流輸電線路⑶相連，大地電位差產生流經交流輸電線路⑶的電流，變電站的接地扁鋼(I)與變電站的主變壓器(2)連接的中性點上連接有錄波裝置(4)，錄波裝置(4)與GSM/GPRS網絡(5)通信連接，GSM/GPRS網絡(5)與監測總站伺服器(6)通信連接，錄波裝置(4)、GSM/GPRS網絡(5)以及監測總站伺服器(6)構成數據傳輸網絡，錄波裝置(4)上還連接有GPS同步裝置(7)。
2.一種利用權利要求1所述的系統進行大地電位差監測的方法，其特徵在於:包括以下步驟， SI，各個變電站接地扁鋼(I)分別連接其變電站主變壓器(2)，並通過交流輸電線路(3)連接兩相鄰變電站的變電站主變壓器(2)形成迴路，大地電位差產生通過交流輸電線路⑶的傳輸迴路電流； S2，錄波裝置(4)安裝在變電站主變壓器(2)中性點上，實時測量通過交流輸電線路(3)的傳輸迴路電流； S3，GPS同步裝置(7)接收衛星信號，對站內錄波裝置(4)進行時間修正，使所有錄波裝置(4)時間步調一致； S4，所有步調一致的錄波裝置(4)將各自測量的傳輸迴路電流數據傳送到GSM/GPRS網絡(5)上； S5，GSM/GPRS網絡(5)將接收到的所有的傳輸迴路電流數據傳送到監測總站伺服器(6)上實現同一時刻全網大地電流分布的同步監測，達到進行大地電位監測的效果。
3.根據權利要求1所述的一種進行大地電位差監測的系統，其特徵在於:所述交流輸電線路⑶的輸電電壓大於或等於llOkV。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:兩個變電站間的大地電位差U=10*(RB+RL)，其中1為錄波裝置(4)測量到的通過交流輸電線路(3)的傳輸迴路電流，主變壓器直流電阻RB和交流輸電線路直流電阻RL為電力系統定期停電試驗數據。
【文檔編號】G01R19/00GK104374990SQ201410721170
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】阮羚, 全江濤, 邱凌, 王亮, 童歆 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司電力科學研究院, 武漢新電電氣技術有限責任公司