电压互感器智能保护

电压互感器智能保护（共10篇）

电压互感器智能保护 篇1

1 智能建筑配电系统雷害的成因分析

云层中大量电荷的积累会形成雷电, 在阴雨天气潮湿的空气自然而然成了电的良导体的时就会对高层建筑的引雷灾害带来隐患。尤其是高层里智能化电子设备与日俱增, 由它们散发的电磁波也会有干扰作用。这使防雷害过电压保护措施显得尤为重要。因为一旦雷电侵袭配电系统内部, 过电压保护可以很好地保护设备, 减少危害可以说过电压保护的重要作用是不容忽视的。

2 过电压的分类

众所周知, 配电系统中的过电压由其原因可分为俩大类:1) , 直击雷过电压, 顾名思义是由雷电直接接触物体或系统而引起的过电压;2) , 操作过电压, 是在配电系统内部发生的过电压类型。下面我们主要来介绍一下直击雷过电压。

雷电直击过电压有两种方式, 一种是由于建筑物内部配电系统发出的电磁波在雷电过大的干扰下而引发的雷电直击现象, 由此造成配电系统电压瞬时增大, 对配电系统造成危害甚至威胁到人们生命财产安全。另外一种则是在雷雨天气若配电系统内部电磁由于某些原因被瞬时增大, 那么这一电磁与雷电在湿润的环境中形成了强大的电磁回路, 从而导致配电系统电压瞬间变大, 形成过电压的现象。

3 智能建筑配电系统的防雷电过电压的防护原理

从客观事实上来说, 安全防雷设备在智能电网的配电系统中是极为重要也是必不可少的。正是由于安全防雷的保护作用才减少了巨大的安全隐患。从上面的论述中可以了解到雷电导致过电压在配电系统中的危害, 因此切实的防护措施必不可少。首先了解到高层中电子高科技设备所发出的电磁波与雷电可以形成电磁回路, 侵害配电系安全隐患的情况要坚决杜绝。对于现阶段来说配电系统瘫痪已经不仅仅是限制用电了, 很大一部分直接影响了我们的正常生活与工作。因此面对如此重要的配电系统, 我们必须要保证防雷电保护切实有效。

首先我们看一下下图所示的电路

上图所示的是一个配电变压防雷接地电路图。无论是高压侧, 还是低压侧面对10k V的电压转换, 都会难以掌握平衡, 换句话说, 一旦有一侧电压出现变动即雷电带来的过电压就会破坏原来的平衡状态, 那么高压侧与其附近的绝缘物被击穿形成了电压回路。那么在这样的情况下, 我们就应该在高压侧和低压侧各装一套避雷装置用以避免更大危害。众所周知, 避雷装置可以防止一些小型的雷电, 但是对于大雷雨天气下, 雷电所带来的电荷量非常巨大会使避雷装置远不够用。这是我们首先想到的是安全接地, 将大量的电荷排放到大地中去, 当然是建立在良好通路的前提下。正如上图所示有一个良好的接地装置, 解决了在避雷装置失灵时过压电将高压侧及周围的绝缘物质击穿的问题。这个接地的电路就可以直接将所有的电力引向大地。由大地来化解这个危机。

此外配电系统中过电压保护还有很多种形式, 例如等电位链接及配电系统的线路过电压保护等措施。可以说配电线路的过电压保护是一种极为重要的措施, 配电线路电线如果没有避雷装置在雷雨天气所造成的损失可能是无法估计的。

4 智能建筑配电系统的防雷电过电压防护仪器的选择

建筑内部的智能配电系统中防雷过电压防护仪器的选择是非常重要的。纵使有太多的理论与经验, 都不及防患于未然来的重要, 我们的目的是保护是安全, 所以在对建筑内部的配电系统的防雷电过电压的防护仪器进行选择的时候, 一定不可以投机取巧。一个小选择可能关乎太多的责太多的生命财产安全。如果不能很好的选择就不会达到预期的效果, 这样便仍会存在很大的安全隐患。现在我们来介绍一下建筑内部智能配电系统的防雷电过电压防护仪器。

上面我们采用了很多防雷电过电压防护措施, 但仍然满足不了微电子设备的防雷害要求, 现在我们考虑一下其他设备的改进措施。试想这里接地, 分流, 等电位连接等措施满足不了的要求都包括哪些方面。很容易知道电源系统, 信号系统, 还有像是接地和天线系统等等, 他们需要一个更加完善的防措施对他们的系统进行保护。当今的一个产品就是加装多级过电压防护器, 就是我们常说的SDP, 即浪涌过电压保护器。

SDP在使用的过程中, 需要对各级微电子系统进行保护工作, 其中不免会有一些高压电的输入或输出。就像是在配电系统中的配电线路, 其中的高压变压电路就是一个非常危险的电位系统, 而我们可以将一个等容量的SDP安放在配电系统中进行防雷电过电压防护措施。此时信号系统的压降就会减少, 所以SDP防护的时候就不需要那么大的电容量了。以此类推, 其他的微电子系统就可以到一个多级过电压防护了。此外要注意对于本身含有防雷过电压保护的装置, 一定不可以忽视电源系统的SDP防护, 这是由于电源系统自带的防雷电保护器承担高压的能力有限, 一旦引起过电压就会对整个电源系统造成的危害将无法预测, 所以必须在其外部加固一批SDP的防护。

5 结束语

鉴于本文对智能建筑配电系统防雷电过电压防护措施的探讨, 我们知道雷电不可预测, 危害可以预防。可以说一切不可以笃定但是我们一定要牢牢把握先进的科学技术, 理论与实践并举, 一起面对和解决自然界带来的难题。希望各位同仁可以齐心协力, 共同用我们自己的创造力与实践性捍卫人们的生命财产安全。

摘要：本文从建筑配电系统雷害的成因着手, 阐述了防雷过电压保护的原理, 分析了防雷过电压保护仪器的选择问题。智能建筑配电系统的防雷电过电压保护是一项长久而重要的工程, 希望本文的见解能对此项工程有到促进作用。

关键词：配电系统,防雷电过电压保护,仪器

参考文献

[1]董海岩, 李曼.智能建筑的过电压保护[J].电力建设, 2004.

[2]沈建忠.智能建筑配电系统的防雷电过电压保护[J].华东电力, 2005.

输电线路电流电压保护分析 篇2

【关键词】输电线路；电流电压；保护

1.输电线路电流电压保护的基本概况

1.1输电线路电流电压保护发展历史简介

最早用于输电线路电流电压保护的设备是熔断器，这种继电保护装置在19世纪70年代开始广泛的在输电线路电流电压的保护。随着物理学中对电磁的研究进一步深入，上个世纪初期出现了基于电磁原理的电磁型电流电压保护装置。电力系统对电流电压保护提出新的要求，出现了高灵敏度和高性能的电子型静态电流电压保护装置，但是这种装置很容易受到外部环境的影响。1965年开始，随着计算机技术和信息技术的发展，出现了基于大规模集成电路和微处理技术的输电线路电流电压保护技术，这一技术的优势明显，并在输电线路电流电压保护工作中取得了较好的成绩。

1.2输电线路电流电压保护作用和意义

电流和电压是输电线路的核心要素，也是整个电力系统的核心。输电线路电流电压保护能够保证电力的持续供应。输电线路电流电压继电保护装置够维持电流电压在输电线路中的正常流转，能够在输电线路出现异常时保证线路中的电流电压在最短时间内恢复正常，并且能够较为及时的发现线路中电流电压的异常，并检测出出现异常的元件。对输电线电流电压的保护对保证电力系统的正常安全运行，稳定电流和电压以及预防故障和事故具有重要意义。

2.输电线路电流电压保护存在的问题分析

电力系统具有生产与使用同步的特性，这种特性决定了电力系统中的每一个组成部分都很重要。特别是对电网来说，输电线路电流电压保护出现问题造成严重的事故，由于输电线路的设计安装和外部环境的制约，输电线路电流电压保护出现的问题主要有以下几点。

2.1输电线路配电变压器保护存在问题

配电变压器是输电线路的源头，配电变压器的继电保护装置主要有断路器和负荷开关。这两种装置设备各有优缺点，如在费用上来说，负荷开关相对来说较为便宜，而断路器的价格则较高；在两者的性能上来说，负荷开关在发生短路现象时不能断开电流，而断路器则具备这种功能并且技术性能较好。在使用范围方面，负荷开关主要用于容量相对较小的配电变压器，并且和熔断器相互配合就可以满足一般配电保护要求，而断路器则主要用于容量较大的配电变压器保护，并且要结合瓦斯类继电保护装置一起使用。在实际操作中，往往由于追求经济利益和知识水平有限等原因没有注意两者之间的区别，错误的选择使用而影响到输电线路中电流与电压的保护。

2.2低压输电线路保护的配置及存在问题

我国低压输电线路继电保护主要是阶段式电流保护，即第Ⅰ段为电流速断保护，第Ⅱ段为限时电流速断保护，第Ⅲ段为过电流保护。它以第Ⅰ段和第Ⅱ段作为主保护，以第Ⅲ段作为辅助保护。当第Ⅰ、Ⅱ段灵敏系数不够时，可采用电流、电压联锁速段保护。第Ⅰ段保护动作时间短，速动性好，但其动作电流较大，不能保护线路全长，保护范围最小；第Ⅱ段保护有较短的动作时限，而且能保护线路全长，却不能作为相邻元件的后备保护；第Ⅲ段保护的动作电流较前两段小，保护范围大，既能保护本线路的全长又能作为相邻线路的后备保护，灵敏性最好，但其动作时限较长，速动性差。使用Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段组成的阶段式电流保护的主要优点是简单、可靠，并且在一般情况下能够满足快速切除故障的要求。输电线路在输电过程中起到传送的作用。一般地，输电设备的配电线路的电压等级大部分以10千伏为主，这种10千伏的输电线路本身的结构和性能存在一定的隐患。如多个变压器连接到同一条线路上，并且呈现杂乱的放射状，对电流电压产生影响；输电线路的长短不一致导致电流的传输距离不同，不利于电流保护；连接在线路上各个变电站或变压所的出线方式不同，不利于电压的保护。

2.3输电线路电流电压保护工作人员存在问题

对输电线路电流电压的保护虽然依靠继电保护装置和相关设备来实现，但是维持装置设备正常工作的工作人员才是输电线路电流电压保护的根本保障。由于装置保护设施设备工作人员和保护人员存在从业技能不高和素质能力不强等是造成的电流电压保护失误一个很重要的原因。虽然工作人员具有一定的知识和理论，但是在实际工作中，由于缺乏将理论与实际相结合的能力，加上工作经验尚浅，在遇到问题时没有冷静的思考和果断的处理，无法解决输电线路电流电压保护中的复杂故障问题。另外，如果没有学习新保护装置设备的操作，没有及时更新自身的知识能力，忽略对自动保护装置的维修和检查，随着时间的累积也会输电线路电流电压保护造成负面影响。

2.4输电线路电流电压保护工作程序存在问题

电网发生短路故障所呈现的基本稳态特征是在保护安装所检测到的电流会升高，电压要降低，阻抗、相位等都会发生变化。中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路时，短路电流过大，对设备造成很大的危害，保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小，三相之间的线电压仍保持对称，对负荷的供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1-2小时，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是，在单相接地以后，其他两相对地电压要升高1.732倍。为了防止故障进一部扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便于运行人员采取措施予以消除。由此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性的发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳闸。输电线路电流电压的保护是一个系统复杂的工作，具有一定的规律性和原则性。如保护设备和元件不能按照要求进行安装和更新，就会对输电线路电流电压的保护工作产生影响。从而影响输电线路电流电压的保护，为整个电力系统设备的安全埋下巨大的隐患。

通过以上分析可以知道，输电线路电流电压保护是电力系统中各个部分共同作用的结果，不论是作为源头的配电变压器、作为运送设备的输电电线，还是工作人员，都对输电线路电流电压的保护产生影响。

3.输电线路电流电压保护完善措施和建议

通过对输电线路电流电压保护中存在的问题进行分析，结合相关工作经验，对完善输电线路电流电压保护提出几点措施和建议。

3.1输电线路电流电压保护要配置合理，具体配置原则遵循以下几点

根据输电线路电流电压保护的要求和电力系统的特点选择合适的相关设备，如根据电容量的大小选择是采用负荷开关还是断电器。具体地，继电保护配置时要考虑到选择性性的切除故障，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行；速动性：故障后为防止并列运行的系统失步，减少用户在电压降低情况下工作的时间及故障元件损坏程度，应尽量地快速切除故障。灵敏性：继电保护的灵敏性是指保护装置对于其应保护的范围内发生故障的反应能力。（保护不该动作情况与应该动作情况所测电气量相差越大→灵敏度↑）。一般用灵敏系数Klm来衡量灵敏度。可靠性：继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动；再规定的保护范围内发生故障时，应可靠动作；而在不属于该保护动作的其他任何情况下，应可靠的不动作。

3.2规范输电线路的连接

根据电力用途不同，输电线路输送的电流流量和电压等级不同，并且不同的输电线路连接的设备和装置也存在不同，输电线路的连接也根据相关要求和操作标准有所不同。在实际操作中，要规范输电线路的连接标准和要求，根据线路连接两端的装置设备特点选择合适的线路长度和线路连接方法，不能随意的更改操作标准或者因为追求经济利益而偷工减料，为以后的安全运行埋下隐患。

3.3提高输电线路电流电压保护工作人员的能力和素质

针对人为造成的输电线路电流电压保护问题，要加大对工作人员知识和技能的培训教育，通过系统的学习、讲座等方式帮助工作人员构建相关知识框架，同时开展经验交流活动，工作人员之间就存在的问题和处理的方式方法进行交流，以便更好的掌握技能。另外，很多工作人员出现操作失误大都是由于缺乏较强的操作能力，因此要定期举办情景模拟、操作技能考核等测试方式，以便工作人员熟练掌握。另外，要注重培养工作人员的心理素质，尤其是在出现紧急状况时的冷静思考和果断动手能力，在思想意识上对工作人员进行心理强化，使得工作人能够在输电线路电流电压保护过程出现紧急状况时能够采取有效措施。

3.4建立输电线路电流电压保护体制

体制是采取措施的依据和保障，因此要对输电线路电流电压的保护体制进行完善。首先要制定有关设备定期维护和检查条例，并且对设施设备的运行状况做好记录，并形成阶段性结论。其次，实行责任到人的管理体制，建立岗位责任要求和岗位工作标准，保证输电线路电流电压保护的每个岗位都有人进行维护工作。再次，要做好继电保护装置的保养工作，在保养过程中为了防止出现失误，最好每次保养都要有两人参与，这样既可以保证设施设备的安全，也能够避免人身触电事故。再次，重点设备要重点对待，这样才能提高效率，如要每周记录一次微机保护的电流电压值。最后定期检查和保养相关设备，如定期采取红外测温技术对输电线路进行温度测试，避免和及时发现由于线路接触不良造成的发热；定期检查监测保护装置的时间设定是否精确，这样能够为以后的故障分析提供支持。

4.结语

随着电力系统的大力发展，输电线路电流电压保护技术得到进一步发展，保护技术以计算机技术和信息科技为基础，输电线路电流电压保护装置出现智能化、一体化趋势，这一变化对输电线路电流电压保护技术以及相关工作人员提出新的挑战。在输电线路电流电压保护过程中，要注重各个方面，对选择合适的装置设备，采取相应的技术，并且要注重定期的维护和保养，从而及时发现隐患和故障，并采取有效措施进行处理。

【参考文献】

[1]史晓红，卓勇.论剩余电流保护技术在电网应用中存在的问题及解决方法[J].中小企业管理与科技，2012（28）.

电压互感器智能保护 篇3

中国的智能电网是按照“安全可靠、清洁高效、自愈可调”的要求，构建以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的中国特色坚强的智能化电网。它的基本特征是在技术上要实现信息化、自动化、互动化，而实现这些技术上的要求都离不开互感器的数字化。鉴于目前使用的电力互感器的缺点以及不能很好的满足智能电网的数字化要求，人们一直在寻求一种安全可靠、理论完善、性能优越的新方法来实现高电压大电流的数字化测量[1]。近年来，随着光纤技术、光电子技术和微电子技术的发展，使得设计各种新型的电压互感器/传感器成为可能。光学电压互感器具有体积小、重量轻、频带响应快、动态范围大、安全性高、无污染、无噪声以及良好的绝缘特性等优点，受到人们的广泛重视，采用Kerr效应[2]、晶体Pockels效应[3,4]和光纤传感技术[5]等方法测量高电压都得到了深入的研究。

利用压电陶瓷可以制作石英谐振器，陶瓷滤波器，拾音器，水声换能器，陶瓷压力器，超声波发声器等器件，得到了广泛的应用[6]。逆压电效应是指当压电晶体上加上电场时，压电晶体会发生相应的机械形变（伸长或缩短），如果压电晶体上加交变电场，则压电晶体就会交替出现伸长和压缩，即发生机械振动。

本文设计中使用的是一种由锆钛酸铅、铁酸钙为基料的压电陶瓷材料，其特征在于含有以氧化锂和氧化镁成分组成大功率压电陶瓷材料，其介电常数为950，介质损耗为0.0029。经试验，这种材料对于逆压电效应反应灵敏度高，线性度好，准确性高，能很好的反应施加电场的变化，同时它还具备在大功率条件下不会损坏，能稳定正常工作，而且具有易烧结，瓷质致密，成品率高等特点。我们利用这种陶瓷材料的逆压电效应结合光纤光栅测量技术设计了一种新型的数字电压互感器，用有限元的方法对互感器的分压器内部电场分布进行了仿真研究，并加以优化和改进，最终使其分压器满足绝缘要求。

2 基于逆压电效应的电压互感器方案设计

逆压电式电压互感器设计方案如图1所示。互感器的工作过程如下：当高电压施加于互感器时，先通过分压器将电压降到压电陶瓷片所能承受的电压范围（60-100V），压电陶瓷片由于逆压电效应发生形变，然后我们再通过光纤光栅测量技术，通过光强的改变来检测压电陶瓷片的形变量，而一定的形变量对应着相应的陶瓷片上的电压值，再乘以分压器的分压比，这样我们就可以测量到高压端的电压值。

3 电压互感器分压器的绝缘设计及其优化

3.1 电压互感器分压单元的选择

在电压互感器整个的工作过程中，一个很关键的步骤，就是分压单元的准确性和稳定性。在设计分压单元时，首先选择使用一定数量的压电陶瓷块作为高压臂，这样成本较低，准确性较高。分压单元和测量部分的压电陶瓷片整体构成一个电阻分压器，它们之间的阻值比就是分压器的分压比。

3.2 电压互感器分压器的绝缘初步设计

在设计初期，我们首先对现有的单独一块压电陶瓷块进行试验，以确定是否满足绝缘要求。压电陶瓷块是一个直径为3.5cm，高度为2.5cm的圆柱体。通过查阅国家标准GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》的第六部分：试验规定，我们得知10kV的电压互感器绝缘要求需要达到的试验要求为： (1) 工频42kV耐压一分钟而不发生闪络和击穿现象； (2) 额定雷电冲击耐受电压峰值为75kV。

首先进行的是压电陶瓷块的工频耐压试验，实验过程中采用逐步升压法，起始电压为3kV，耐压1分钟，然后每次电压升高3kV并耐压1分钟，观察压电陶瓷块是否发生沿面闪络或击穿，各阶段的试验电压如图2所示。

上述试验共计进行了7分钟，当电压加到21kV时，发出呲呲的放电声音，当加到24kV时，立即闪络。试验后压电陶瓷块实物照片如图3所示，图中红色矩形区域为闪络痕迹的位置。

为了提高压电陶瓷块的耐压强度，在压电陶瓷块的侧面加了一层环氧树脂材料，同样对其进行了工频耐压试验，试验方法同上，各阶段的试验电压如图4所示。

上述试验共计进行了13分钟37秒，当电压加到27.1kV时，发出呲呲的放电声音，当加到42.1kV时，耐压到37秒时发生表面闪络。试验后压电陶瓷块实物照片如图5所示，图中红色圆形区域为闪络痕迹位置。

3.3 电压互感器分压器的绝缘二次设计

上面的试验结果表明侧面加上环氧树脂后提高了耐压强度，但是仍然无法满足国家标准中的绝缘要求，所以我们设计出图6所示的分压器，主要部分由四块金属电极夹三段圆柱形压电陶瓷晶体的结构组成，将该结构置于玻璃纤维套管中，上下用法兰盘固定，玻璃纤维套管外是硅橡胶伞套。在有限元法仿真计算中忽略硅橡胶伞套的影响，主要考虑金属电极和压电陶瓷晶体以及上下法兰结构对分压器内部电场分布的影响。

3.4 电压互感器分压器的绝缘优化设计

对整个分压器合理的参数设计有助于提高整个互感器工作可靠性和测量的准确性。分压器中，电压全部加在压电陶瓷晶体上，同时该高压电压互感器在工频电压下工作，电极间电压随时间的变化比较缓慢，属似稳场，计算过程可按静电场来分析[7]，且整个分压器是轴对称的，因此可只进行二维计算。

使用Ansys软件仿真分压器结构，得到的电场强度分布图如图7所示。仿真结果表明，对于图6设计的分压器结构，当施加42kV高压于分压器顶端和地面之间时，压电陶瓷块的上下表面与空气接触处电场强度最大，超过了空气中的击穿场强，很容易发生沿面闪络。这和我们在试验过程中，压电陶瓷块的侧面容易发生沿面闪络的现象相吻合。

鉴于前面的设计缺陷，我们对分压器内部进行了一些优化设计，主要包括：（1）对压电陶瓷块进行一些处理：改变尺寸、表面和侧面处理、增加倒角等；（2）将分压器内空气介质改为变压器油或0.4MPa的SF6气体。

对于改进后的分压器，我们做出了相应的样机，并进行了工频耐压试验和冲击电压试验，实验结果表明，上述措施使整个分压器的绝缘强度提高了50%左右，并最终通过42kV工频耐压一分钟试验和75kV雷电冲击试验。

4 结论

(1）压电陶瓷块侧面加上环氧树脂，增强了绝缘强度，使其表面闪络电压提高了75%左右；

(2）改变压电陶瓷块的形状和使用绝缘强度高的绝缘介质后，整个分压器结构的绝缘强度提高了50%左右，并最终满足了绝缘要求。

摘要：随着数字化技术迅速发展, 我国目前正在大力建设智能电网。但是, 目前电力系统中广泛应用的电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器不能很好的满足智能电网中数字化要求, 而逆压电式数字电压互感器能够满足要求, 但是, 此互感器需要设计分压器进行分压以达到测量要求, 分压器部分承受的电压很高, 因此, 本文对其进行了材料的选择、结构的构造等绝缘设计, 采用有限元法对这种互感器分压器内部的电场分布进行了仿真计算, 在此基础上, 从陶瓷形状、绝缘介质等方面对分压器进行优化设计和改进, 使其最终满足国家标准中的绝缘要求。

关键词：智能电网,电压互感器,逆压电效应,绝缘设计,有限元法,电场分析

参考文献

[1]Li Changsheng, Cui Xiang, Li Baoshu.Optical fiber sensor research summarize.High Voltage Engineering, 2000, 26 (2) :40-43李长胜, 崔翔, 李宝树, 等.光纤电压传感器研究综述[J], 高电压技术, 2000, 26 (2) :40-43

[2]J.A.Brandao Faria.An Overview of Electro-Optic High Voltage Measuring Systems.Aficon’92Proceedings.1992, (9) :466-469

[3]Valery N.Filippov, Andrey N.Starodumov, Vladimir P.Minkovich, etc.Fiber Sensor for Simultaneous Measurement of Voltage and Temperature.IEEE photonics technology letters.2000, 12 (11) :1543-1545

[4]Josemir Coelho Santos, M.Cengiz Taplamacioglu, Kunihiko Hidaka.Pockels High-Voltage Measurement System.IEEE transactions on power delivery.2000, 15 (1) :8-13

[5]Filippov V N, Starodumov A N, Minkovich V P, et al.Fiber sensor for simultaneous measurement of voltage and temperature[J].IEEE Photonics Technology Letters, 2000, 12 (11) :1543-1545

[6]Yan Yingli.Piezoelectric effect and application.Journal of Anyang TeachersCollege, 2001:44-45闫迎利.压电效应及其应用.安阳师范学院学报, 2001:44-45

电压互感器智能保护 篇4

一、对过电压的了解

一般针对电压在使用过程中要求交流接触器装置结构必须要紧凑，使用方便快捷，动态静态街头的磁吹装置要求必须良好，灭弧效果好，最好要达到零飞弧，温升小。技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、电压运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用。超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。

二、过电压抑制的配置

2.1　自身抑制

在电气装置全部由压地下系统而不含架空线供电的情况下，依据表1—2所规定的设备耐冲击电压值便足够了，而不需要附加的大气过电压保护。在电气装置由压架空线供电或含有压架空线供电的情况下，且外界环境影响为AQl（雷暴日数＜25日／年）时，不需要附加的大气过电压保护。

2.2　保护抑制

电气装置是由含有架空线的电路或是由架空线供电，而且在当地雷电活动符合外界环境影响保护条件下AQ2（雷暴日数＞25日／年）时，应该装设大气过电压保护。同时保护装置的包会水平不应该电于出Ⅱ类过电压水平。

三、对过电压保护的有效设计

电压用接触器根据电压使用情况及电压类别可分别选用AC-2～4，对于启动电流在6倍额定电流，分断电流为额定电流下可选用AC-3，如风机水泵等，可采用查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，不用再计算。围绕线式电压接通电流及分段电流都是在2.5倍额定电流左右，一般启动时转子中在串入电阻一般以启动限制电流为住，增加启动转矩，使用类别AC-2，通常可以选用转动式接触器。当电压处于点动时，需要反向运转及时制动时，通常使用接通电流为Ie，使用类别为AC-4，它比AC-3严酷的多。可根据多数适用类型AC-4下列出电流大小计算电压的功率。因此选择接触器时要考虑分、合堵转电流，电流、电压等电气量，实现了一、二次系统在电气上的有效隔离，增大了电气量的动态测量范围并提高了测量精度，从而为实现常规元件装置冗余向信息冗余的转变。

四、对抑制装置的分析

4.1　限制元件的选择

元件接通时元件产生瞬态充电过程，出现很大的合闸涌流，同时伴随着电气的电流频率振荡，由于电流是有电网电压、电路中的电抗决定和元件的容量有关，即此馈电元件和连接导火索有关系，因此在触头闭合过程中可能会烧蚀严重，按照应当计算出的元件电路中最大电流稳态和电流系统中实际接通时可能会产生的涌流指进行最大值的选择，这样才能保证安全的措施和正确的操作使用。因此在选用交流接触器时候，普通型交流接触器要考虑普通元件组的涌流倍数、元件、电网容量、开关设备的阻抗及并联元件组放电状态、回路、合闸相角等，一般必须达到50到100额定的电流，到计算是

【摘要】进入21世纪，随着市场经济科学技术、电子技术电速发展，现代科学技术和电子技术，在人们日常生活中运用越来越广泛，电气装置过电压保护设计成为电力系统必不可少的能源。我国正在积极发展结构参数电运行可靠性，装置过电压保护设计压交流输电线路，它担负着输送和分配电能的任务，是联络各发电厂和变电站使之并列运用，因此本文介绍电气装置过电压交流输电线路的检测和运行维护等情况，分析当不利条件导致线路故障时就会影响整个的安全运行，提出相应的防治措施、线路检测，确保电气装置过电压线路安全运行。

【关键词】电气装置；电压保护设计；限制措施

【中图分类号】TM866

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0210-01比较烦琐。选用时参见样本，而且还要考虑无功补偿装置标准中的规定。元件投入瞬间产生的涌流峰值应限制在元件组额定电流的20倍以下（JB7113—1993压并联元件装置规定）；还应考虑最大稳态电流下元件运行，元件在运行时候谐波电压加上电达1.1倍额定工作的工频过电压，会产生比较的电流。元件组电路中的设备期间应该在额定正弦电压和额定频率所产生的均方根值不能超过1.3倍额定电流量连续运行，由于实际元件的电容值可能达到额定电容值1.1倍，故此电流可达1.43倍额定电流，因此选择接触器的额定发热电流应不小于此最大稳态电流。

4.2　对元件的设计安装

针对当接通压元件负载时，元件可能会因为二次检测的电极短路而出现的短路情况，会造成短时的陡峭大电流，电流的额定度可达到15～20倍，其电流与元件的绕组布置及铁心特性有关。当电焊机频繁产生突发性的强电流，会导致元件的初级测的开关承受巨大的电力和应力，因此必须按照元件的额定功率对电极短路时一次侧的短路电流及焊接频率来选择接触器，即接通电流大于二次侧短路时一次侧电流。交流接触器的断开与吸合时振动比较大，在安装过程中尽量不要和振动要求比较严格的电气设备安装在一起或者一个柜子里，否则要采用防震措施，在一般安装过程中尽量要安装在柜子下部。在安装交流接触器的时候必须要符合产品的要求，而安装尺寸应该必须符合电气接线规程、安全距离，进而为检查和维修方便。

4.3　合理性考察

提电防范电压线路处部破坏，一方面需要政府执法部门的密切配合，加大电力设施保护工作力度，需要当地政府执法部门的密切配合，注重防范，遏制外力破坏案件的发生和发展，依法保护电力设施的安全；另一方面，加强宣传力度，向沿线居民宣传电压输电线路的危害与保护工作，使农民自觉维护电力线路器材。要保证现场单元在现场条件下安全稳定的运行，除对现场单元本身提出要求外，设计上还应考虑对现场温度、湿度、电磁感应、雷电流、开关开合时振动影响（如接点抖动，连接松动等）采取相应的措施。同时，加强输电线路日常维护工作，线路巡查员在巡视电压输电线路时仔细观察电力线路可能存在的问题，加强雷雨、大风、大雾、台风、覆冰等恶劣天气前后的输电线路巡视检查；进行维护和检修。

五、总结

随着社会经济的发展，电气装置电压输线路建设规模的扩大，强化电压电线路设计运行维护管理。电压输电线路是一项任务繁重的工作，面对的范围广泛，情况也比较复杂。随着力市场的进一步完善，智能电网建设的不断深入，提电电压输电线路运行管理水平，以免电压输电线路造成不必要的损失。

参考文献

[1]张健康，索南加乐，杨黎明，粟小华，焦在滨.交直流混联电网过电压保护应用分析[J].电力系统自动化.2011（12）78—81

[2]蒋麦占.建筑物电气装置对暂态过电压及对高压系统接地故障的保护[J].工程设计与研究.2012（01）45—50

[3]易曙光.建筑物电气装置过电压设计接地[J].工程建设.2010（02）94—97

智能电网电压控制技术及应用研究 篇5

1.1 智能电网

自本世纪初美国提出智能电网概念以来, 智能电网的建设在全球范围内引起了广泛的关注和重视。然而不同的组织机构对于智能电网有不同的定义, 因此, 对于智能电网目前并没有精准的定义。综合了现在主流的观点和自身认识, 笔者认为智能电网是指结合了现代电力技术、现代测控技术、计算机技术、通信技术、电力电子技术的新型智能化电网系统。

1.2 自动电压控制

自动电压控制 (Auto Voltage Control) 是指电网在正常运行的情况下, 根据监测系统收集到的实时的无功电压监测数据, 传递到计算分析系统并且进行相应的优化计算, 根据计算分析结果对电网的无功补偿、无功电源以及变压器等设备自动做出恰当的调整, 使电网一直处于最优状态, 在保持电网安全稳定运行的前提下, 达到电压稳定优质和电网电能损耗最小的目的。

2 智能电网自动电压控制的要求

2.1 电网实时电压必须大于某一设定的最低值

电网电压对电网系统静态和暂态运行的稳定性有着比较重大的影响, 为了保证电力系统静态和暂态运行的稳定性, 要求电网电压必须大于某一限定的最低值。

2.2 电网实时电压必须低于某一设定的最大值

在电网的建设过程中所使用的绝缘设备和各个节点上的变压设备等器件长时间负载着其额定的工作电压, 同时它们所能承受的最大电压都是有限的, 电压过高可能导致设备失效, 引发系统故障, 从而造成电力事故。为了确保电网绝缘设备与变压器等设备的安全性和有效性, 并保证用户提供的电源电压符合规定, 就必须保证电网电压低于限定的最大值。

2.3 电网在运行过程中要保留一定的无功功率储备

电网是一个极其庞大且复杂的系统, 出现故障的风险客观存在, 为了避免在电网发生小事故后出现电网电压低于限定的最低值, 造成电网电压崩溃和电网同步稳定性的破坏, 必须保证电网在正常运行时保留有一定的无功功率储备。

2.4 在满足要求的情况下, 最大限度降低电网无功损耗

通过对电网实时电压的自动控制, 最大限度地降低电网的无功损耗, 提升电网经济效益。预计每年可以节约在电能运输过程当中造成的电能损耗约700亿k Wh, 相应的每年能够减少发电带来的工业粉尘及二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳等气体排放量2亿吨左右, 节约电网无功补偿投资300亿元以上。

3 智能电网自动电压控制方案

完整的智能电网自动电压控制系统的建设是一个复杂而庞大的工程, 需要将现代测控、通信、计算机等高新技术与传统的电力技术手段紧密结合, 实现各个部分的紧密协作, 同时还要兼顾发电站、变电所与终端用户。目前比较常见的想法是采用分步的策略, 由点到面, 由局部到整体, 逐步实现整个电网电压的自动控制。保证无功分布满足分层分区平衡原则, 分片优化, 在保证电网电压满足要求的基础上, 尽量减少各个区域之间的无功流动, 以降低电网损耗。自动电压控制通常采用以下方案:

3.1 实行拓扑分区

自动电压控制系统由厂站、调压设备、实时监测系统等部分组成。系统从实时监测部分获得电网的实时数据, 并将收集到的数据与分布于电网各处的调压设备相关联, 在进行一定的分析后对相应的调压设备发出指令, 进行电压调节。由于电网具有闭环接线、开环运行的特点, 所以在进行分区时通常以变电所 (一般为220 k V和110 k V) 为单位, 其下属的供电区域即为一个分区。

3.2 区域调压与整体调压相结合

按照所采用的分区方式, 变电所为该区域的核心枢纽, 区域内各小型变电站为子变电站, 自动电压控制系统中的监测部分对电网的无功电压进行实时监控, 当区域内某个子变电站电压需要调节时, 由系统自动发出调整指令, 对变电站进行自动调整。当整个单位区域内电压都满足要求, 同时又存在偏高或者偏低的情况时, 可以启用电容器等区域调节设备, 对整个区域的电压进行调节, 保证整个电网一直处于最佳状态, 减小无功损耗。

4 结语

就目前的情况看来, 智能电网的建设仍是全球电网的发展方向, 结合智能电网的AVC技术也仍然还处于一个实践探索的阶段。自动电压控制系统的应用能够大幅提升电网的电压质量, 降低电网无功损耗, 同时还能显著降低对于人工的依赖, 提升电网的稳定性。如今各国政府在智能电网建设方面的投入仍在不断增加, 可以预见智能电网自动电压控制的研究仍然将是相关研究领域的重点, 相关技术具有广阔前景。

参考文献

[1]陈得宇.基于MAS的智能电压控制系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2010.

[2]盛戈皞, 涂光瑜, 罗毅, 等.人工智能技术在电力系统无功电压控制中的应用[J].电网技术, 2002, 26 (6) :22-27.

[3]胡红琼, 张生庭, 王宗山, 等.智能AVC系统 (S10) 在泸州电网应用[J].中国电力, 2012, 45 (2) :12-14.

[4]李国庆, 姜涛, 徐秋蒙, 等.基于局部电压稳定指标的裕度灵敏度分析及应用[J].电力自动化设备, 2012, 32 (4) :1-5, 30.

电压互感器智能保护 篇6

关键词：电压表,测试,压板电压

1 引言

电压表不仅在电工、电子行业及日常生活中得到应用, 而且在发电厂、变电站运维工作中, 进行倒闸操作、日常维护, 都离不开电压表。

在电力生产过程中, 由于发电厂、变电站运维人员不懂得保护出口压板异常电压测试测试原理、方法及使用注意事项, 往往形成事故, 对电力系统造成重大损失。因此, 熟悉保护出口压板异常电压测试原理, 掌握正确的测量方法, 是安全生产的重要保障。

2 电压表使用注意事项

(1) 检查电压表外观无影响测量的缺陷;

(2) 电压表的检验合格证应在有效期;

(3) 指针式电压表在水平放置指针应指零;

(4) 测量前估计被测电路的性质 (交流或直流) ;

(5) 测量前估计被测值大小, 选择适当量程。选择的量程应使电压表指针指在满刻度的2/3左右[1];

(6) 对于指针式电压表, 红、黑表笔接压板的位置不得颠倒, 否则电压表指针会反偏, 打坏指针;

(7) 要用绝缘胶布将电压表的表笔包住, 避免直接接通“上”、“下”压板, 形成事故;

(8) 一般保护出口“上”压板都接直流电源负极, “下”压板都接直流电源正极。实际生产中, 难免厂家会接错, 为避免测量出错, 因此要求上下压板都应测量。

3 电压表测试保护出口压板异常电压分析

断路器跳闸回路如图1所示。图1中, R1和R2 (与R1相等) 构成的支路为直流系统绝缘监察装置回路, K为电流继电器;﹢WC、﹣WC表示控制电源小母线, KCO为保护出口中间继电器, XB为保护出口压板, XB的“1”端表示压板的上端, XB的“2”端表示压板的下端;QF1为断路器的常开辅助触点, YT为断路器跳闸线圈[2]。根据倒闸操作的要求, 当断路器处于合闸位置 (QF1也闭合) 时, 需要投入保护出口压板XB时, 若保护装置异常造成保护出口继电器KCO动作, 形成电流的通路为:﹢WC→KCO→XB→QF1→YT→﹣WC, 跳闸线圈YT通电而将正常运行的断路器断开, 形成事故。

因此, 按照规程的规定, 当断路器处于合闸位置时, 在投入该断路器的保护出口压板时, 必须测试保护出口压板两端无异常电压[3]。测量保护出口压板异常电压的方法有“测量压板对地电压”、“测量压板对负电压”、“直接测量压板两端电压”三种方法。

3.1 电压表测量保护出口压板对地电压

(1) 测量保护出口压板“上”端对地电压。将电压表切至直流电压250V档, 红表笔一端接电压表的“+”插孔, 黑表笔一端接电压表的“*”端插孔, 电压表的黑表笔另一端接保护出口压板XB的“1”端, 红表笔另一端接地。此时第一支路R1与R2之间的接地端与电压表红表笔的接地端通过大地形成回路, 电压表与电阻R2形成并联关系, 电压表测得的电压既是电阻R2两端的电压。由于R1=R2, 所以R1与R2分得的电压相等, 电压表的读数为110V, 即保护出口压板“上”端对地电压为“-110V”。此时, 当继电保护装置正常 (KCO触点断开) 或不正常 (KCO触点闭合) , 均不影响测试结果。

(2) 测量保护出口压板“下”端对地电压。如图1所示, 将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“2”端, 黑表笔接地。此时第一支路R1与R2之间的接地端与电压表黑表笔的接地端通过大地形成回路。当继电保护装置异常造成KCO触点闭合时, 电压表与电阻R1形成并联关系, 电压表测得的电压既是电阻R1两端的电压。同上分析可得, 电压表的读数为110V, 则保护出口压板“下”端对地电压为“+110V”;当继电保护装置正常时, 即图1中KCO触点是断开的, 则电压表测得的电压为0V。

因此得出结论, 在断路器处于合闸位置时, 当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“-110V”、“0V”时, 保护出口压板无异常电压, 可以投入该压板;当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“-110V”、“+110V”时, 保护出口压板有异常电压, 不能投入该压板。

3.2 测量保护出口压板对负电压

在保护屏后面的端子排上, 我们都能很方便的找到与控制电源负极相连的端子。测量保护出口压板上、下端对负电压, 也能正确判断保护出口压板有无异常电压。

(1) 测量保护出口压板“上”端对负电压。将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“1”端, 黑表笔接负极。由于与电压表串联的保护出口压板XB是断开的, 所以电压表测得的电压为零, 即保护出口压板“上”端对负电压为“0V”。此时, 不管图1中保护出口继电器KCO触点是断开 (保护装置正常) 还是闭合 (保护装置异常) , 均不影响该测试结果。

(2) 测量保护出口压板“下”端对负电压。如图1所示, 将电压表的红表笔接保护出口压板XB的“2”端, 黑表笔接负极。当继电保护装置异常 (继电器KCO触点闭合) 时, 则电压表测得的电压即是控制电源正负极之间的电压, 电压表读数为220V, 即保护出口压板“下”端对负电压为“+220V”;当继电保护装置正常 (KCO触点断开) 时, 则电压表读数为0V, 即保护出口压板“下”端对负电压为“0V”。

因此得出结论, 在断路器处于合闸位置时, 当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对负电压分别为“0V”、“0V”时, 保护出口压板无异常电压, 可以投入该压板;当测得保护出口压板XB“上”、“下”端对地电压分别为“0V”、“+220V”时, 保护出口压板有异常电压, 不能投入该压板。

3.3 直接测量保护出口压板两端电压

直接将电压表的红表笔接XB的2端, 黑表笔接XB的1端, 若电压表读数为零, 说明保护装置正常, 可以投入压板;若测得电压为220V, 说明保护装置异常, 不能投压板。但是一般不提倡采用直接测量法, 因为万一电压表出现短路情况或在工作中错将万用表的电流档当成电压档使用, 则会造成保护压板两端有异常电压时直接接通YT线圈而造成断路器跳闸。

4 结语

结合带直流系统绝缘监察装置的断路器跳闸回路接线, 可以分析电压表测试保护出口压板两端异常电压的原理及方法。在实际工作中建议采用“测量压板对地电压”和“测量压板对负电压”两种方法。只有熟悉电压表测量保护出口压板两端异常电压的使用注意事项, 掌握正确的测量方法, 才能避免人为安全事故的发生。

参考文献

[1]张斌.电工仪表及测量 (第一版) [M].北京:中国电力出版社, 2011.

[2]黄栋.发电厂及变电站二次回路 (第一版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2004.

宽电压输入智能光伏充电控制系统 篇7

近年来,光伏发电以其资源丰富、分布广泛、取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优异的特性在全世界范围得到快速发展,被认为是当今世界最具有发展前景的新能源技术。在一般情况下太阳能电池板输出电压不稳定,因而通常需要将太阳能转换为电能存储于蓄电池等储能设备中,再进行稳压输出。充电控制系统在此过程中起着枢纽作用,其性能的好坏直接影响系统的整体应用效果,一方面需要尽可能高地将太阳能转换为电能,同时为了延长蓄电池的使用寿命,必须对其充放电过程严格控制,防止蓄电池过充电及深度放电[1]。因而,如何提高光伏发电系统的转换效率及延长储能电池的使用寿命是光伏充电控制系统需要解决的关键问题[2,3,4,5]。

针对上述两个问题,本控制系统利用最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)算法提高光伏发电系统的光电转换效率,脉冲充电模式减缓硫酸化结晶过程,修复受损的蓄电池,有效地延长其使用寿命。另外,蓄电池表面温度的实时监测和过温自动停止充电功能,使得蓄电池在充电过程中始终处于安全状态。

1 MPPT基本原理

太阳能电池是一种能够吸收太阳光并将其转换为电能的半导体装置。根据戴维南定理,将太阳能电池简单等效为一个理想的直流电压源Us和一个电源内阻r的串联,如图1所示[6]。

该等效电路中,直流电压源的电压及其串联内阻随着光照和环境温度的变化而动态改变。某一时刻负载电阻RL所获得的功率:

undefined

式(1) 两边对RL求导,可得:

undefined

由式(2)可知:当RL= r时undefined,此时称为最大功率“匹配”,输出功率P达到最大值。

太阳能电池的输出功率是受日照强度、器件结温的非线性函数。即使在外部环境稳定的情况下,太阳能电池的输出功率也会随着外部负载的变化而变化。由式(2)分析可知:只有当外部负载电阻与太阳能电池的动态内阻相匹配时,其输出功率才会达到最大值,此时的工作点称为最大功率点。为了提高光伏发电系统的整体效率,需根据外部环境和负载情况动态调节太阳能电池的工作点使其始终处于最大功率输出状态,此功率调节过程称为最大功率点跟踪[7]。

目前,最大功率点跟踪控制方法主要有恒压法、扰动观察法、电导增量法等。恒压控制法控制简单、易实现、系统稳定性好,但缺点是控制精度差。扰动观察法的优点是结构简单、被测参数少、对传感器精度要求不高,但引入扰动后的系统容易在最大功率点附近振荡,造成功率损失,且扰动步长的选取需要兼顾系统的动态和稳态性能。电导增量法的优点在于控制精确、响应速度比较快,但对硬件特别是对传感器的精度要求比较高,使得整个系统硬件成本较高[8]。

本系统采用恒压法结合扰动观察法,实现最大功率点的跟踪控制。系统采用恒压法粗略找到最大功率点后,再结合小步长扰动观察法对最大功率点附近的稳态特性进行优化,此方法可以避免扰动观察法控制时电压振荡造成的功率损失,以及恒压法控制时不能随环境条件实时调整工作电压的缺陷。

2 设计方案

2.1 总体设计方案

系统主要包括升降压电路、充电电路、充电电流电压检测电路、开关管脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)控制电路及液晶显示单元等,其原理框图如图2所示。

系统中,升降压模块实现太阳能电池输出电压的宽范围稳压输入;微控制器(AT89C4051单片机)是整个系统的控制核心,根据充电电压、充电电流及蓄电池表面温度,切换快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等工作模式;两个A/D单元用于太阳能电池板输出电压电流和蓄电池充电电压电流的采集,为实现最大功率点跟踪和充电模式管理提供相应参数。为了提高蓄电池大电流充电安全,采用DS18B20数字温度传感器实时检测充电过程中蓄电池的表面温度,当其达到设定值(45℃)时,系统自动停止充电。

此外,借助于DMT32240C035_01W型彩色液晶显示终端,实现充电电流、蓄电池电压及其表面温度等系统主要参数的实时显示。该显示终端采用串口(RS232或TTL)方式与微处理器进行通讯,占用较少的微处理器引脚,且字符、数据及图形等内容显示比较简便。

2.2 硬件电路设计

2.2.1 升降压电路

利用美国国家半导体(National semiconductor)的集成升压稳压芯片LM2587和电流输出开关型集成降压稳压芯片LM2596,实现系统电压的宽范围稳定输入。LM2587芯片支持4～40V的宽范围输入电压,NPN输出开关管正常工作电流可达5A,可承受65V电压,线性负载条件下的输出电压误差为±4%,内置100kHz固定频率振荡器,过流、过热保护和低压锁定功能很好地保护了输出开关管,同时内部的软启动功能可减少启动电流过冲。LM2596的输入电压可达40V,外围元件配置简单,输出电压在1.2～37V范围内精确可调,线性负载条件下的误差为± 4%,内部含有频率补偿和150kHz固定频率振荡器,保护功能完善,能以良好的线性高效地驱动3A负载。具体的升降压电路,如图3所示。

升压电路的具体工作原理为:开关管导通,流过电感L1的电流增加,两端电位左正右负,D2反偏不通,电容C5向负载供电,一段时间后开关管关断,流过电感L1的电流减小,L1释放能量,两端电位左负右正,D2导通为负载供电同时向C5充电。因此,开关管导通时间段内储存在电感的能量在开关管关断的时间段内被转移到了输出端,从而使得电压升高。

图3中,LM2587芯片的输出电压为:

VOUT=VREF(1+R3/R2) (3)

其中,VREF=1.23V,改变电阻R2与R3的比值,可以调整其输出电压值。

降压电路部分的具体工作原理为:开关管导通,流过电感L2的电流增加,两端电位左正右负,D4反偏不导通,L2为负载供电的同时向电容C6充电。一段时间后开关管关断,流过电感L2的电流减小,两端电位左负右正,D4导通为负载提供续流通路,电容C6放电。该电路中,调节VR1至合适阻值使反馈电压到达合适工作点后不再变化,从而保证降压电路的电压稳定输出。

2.2.2 充电电路

系统中,采用美信半导体(Maxim semiconductor)的开关型输出可调电流源芯片MAX1641作为充电电路部分的核心元件。

MAX1641芯片支持5.5～26V的输入电压,输出电压2～24V可调,通过两个数字输入引脚配置可实现快速充电、脉冲充电、自动停止充电和关断等四种工作模式,充电效率可达90%以上。MAX1641的相关引脚功能,如表1所示。

基于该芯片的具体充电电路,如图4所示。

MAX1641利用了一个开关型滞后降压PWM拓扑,内部比较器通过监测电流采样电阻上的压降及第8脚的电压来实现这种开关机制。当流过电感L3的电流到达设定值时,PMOS管关断,NMOS管导通,电流下降的同时电感储存的能量被送给负载,电流下降的速率取决于电感值和第2脚所连电阻R6的阻值。关断时间结束,PMOS管再次导通,NMOS管关断。

图4中,电阻R6决定内部滞后PWM降压转换器的关断时间,同时设定脉冲充电模式的周期,综合了L3电感值、最大输出电压、最大输出电流纹波等因素后,选定R6为68kΩ。电阻R9、R10对充电输出端电压分压后接入TERM引脚,当该引脚电压超过REF引脚的参考电压时,MAX1641关断电流输出。微处理器通过充电电压、充电电流及蓄电池表面温度的实时检测,控制D1、D0两个模式引脚,实现蓄电池快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等工作模式的动态切换。

2.3 系统总体设计软件流程

系统上电后,对单片机、充电模块、数字温度传感器及串口彩色液晶显示终端等进行初始化设置,如具体工作模式、通信波特率、显示方式等等。接着检测蓄电池表面温度并判断温度是否大于45℃,若是则停止充电保护蓄电池,否则采样充电电流和充电电压。依据充电电压选择不同的充电模式,电池未充满时采用快速脉冲充电,接近充满时改为浮充充电,并借助于串口彩色液晶终端实现相关参数的实时显示。具体的系统软件设计主要流程,如图5所示。

3 实验结果

该系统的内部结构和显示界面,分别如图6、图7所示。

实际相关测试和运行结果表明:在天气晴好的情况下,采用MPPT算法充电与直接对蓄电池充电相比,不同时刻测得的充电功率平均值可提高8.7%;利用0～30V可调开关电源模拟太阳能电池板输出,系统在5～26V的输入电压范围内均可正常工作;系统可根据充电电压、充电电流、蓄电池表面温度及相应模式预设参数值,自动准确地切换到不同的工作模式,整个系统工作稳定可靠。

4 结束语

设计基于MAX1641芯片的光伏充电控制系统。采用恒压法和小步长扰动观察法相结合方式,实现最大功率点的跟踪控制,与直接对蓄电池充电相比,平均充电功率有较大提高。实际运行结果表明,该系统可在5～26V的输入电压范围内正常工作,结合充电电压、充电电流、蓄电池表面温度的实时检测与模式预设参数值,可实现快速脉冲充电、浮充充电、自动停止充电等蓄电池充电模式的自动切换,整个充电过程安全、精确可控,具有较高的实际应用价值。

参考文献

[1]高云.太阳能充电控制器研究[D].北京:北京交通大学电子信息工程学院,2009.

[2]徐海辉.基于UC3906的太阳能充电控制器的设计[J].通信电源技术,2010,27(2):33-34.

[3]冯显争,李训铭.智能型太阳能充电电路设计[J].东南大学学报,2008,38(2):195-197.

[4]梁晓鸥,廖俊必,吴瑞.高效智能化太阳能充电系统的研究[J].电子设计工程,2011,19(23):147-149.

[5]邓仙玉,魏学业.光伏阵列MPPT充电控制器的设计[J].电气自动化,2011,33(5):28-29.

[6]崔岩,蔡炳煌,李大勇,等.太阳能光伏系统MPPT控制算法的对比研究[J].太阳能学报,2006,27(6):535-539.

[7]熊远生.太阳能光伏发电系统的控制问题研究[D].杭州:浙江工业大学信息工程学院,2009.

智能型网络电压检测仪的设计 篇8

关键词：以太网,电压监测仪,单片机,数据采集

0 引言

近年来,电力系统发展很快,电力供求关系发生了转变,用户对电力系统的要求越来越高,在要求少停电、不停电的情况下,对电网的电能质量也提出了更高的要求,为了保证电能质量,国家要求对电压、谐波、频率、不平衡度、闪变等五大电能质量指标进行实时监测统计。而电压质量是电能质量的重要指标之一,电网电压质量合格率已作为供发电部门考核的重要指标之一[1]。

电压监测统计仪先后经历了手工数据采集、IC卡数据采集、GSM短信数据采集等3个发展阶段。无论哪一代产品都存在有数据采集效率低,数据量小,通信不甚可靠等缺点。GSM网络通讯也存在许多不足之处,比如实时性差;通信流量较小,不适宜大数据量通讯;按条收费,运行费用高.第四代产品设计包括GPRS电压检测仪与以太网电压检测仪两个系列,构成了一个完善的无线及INTERNET在线监测网:在大用户处采用短信通信方式,不受地域的限制。在变电站采用以太网通信方式,多个电压监测仪共用一个IP地址,不过多占用变电站的网络资源,不影响变电站的安全运行;本文先着重介绍后者的设计方案。

1 系统组成及原理

系统采用分层、分布式结构,包括3层:一层是安装运行于大用户处的GPRS型电压监测统计,该层监测仪通过GPRS网络与采集装置交换数据,另一层是系统主站:系统主站通过以太网或GPRS采集装置从电压监测统计仪收集并存储所有电压、谐波统计数据,并可通过系统网络实现WEB浏览,向多级终端用户提供实时及统计分析信息。最后一层是安装于供电分公司的管理工作站。数据存入监控中心服务器统一管理,各个工作站可以按权限浏览[2]。

1.1 以太网电压检测仪

以太网电压监测仪是系统的前端采集设备,具体负责变电站内电网电压数据的采集,采用以太网传送数据,数据传输速度快,可实现对电压、谐波的远程实时监测;可通过网络实现远程参数下装与故障恢复。

1.2 以太网络

以太网(Ethernet)是目前应用最为广泛的基带总线局域网。以太网的核心技术是它的随机争用型介质访问控制方法,即带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的介质访问控制技术。随着计算机技术和通信技术的发展,尤其是网络技术的应用,以太网技术正被引入变电站自动化系统过程层的采集、测量单元和间隔层保护、控制单元中。因此利用变电站现有的网络来完成变电站内部的电压监测仪数据传递可行性较高。

2 以太网电压监测仪的硬件结构与功能

本文设计的电压监测仪的结构框图如图2所示:

2.1 CPU的选择

SST89E516RD是SST公司出产的一款基于8051内核的8位单片机。它最大的特点是具有在线调试和在线下载功能,为工程开发中的调试提供了极大的方便。该芯片中含有1KB的RAM和64KB+8KB的内置可擦除程序存储器ROM。其程序存储器达到了51内核结构单片机寻址的最大范围,能够满足大容量程序存储的要求[3]。

芯片在5V电压时可工作在0~40MHz具有三个16位的定时计数器,

SST89E516RD在5V电压时可工作在0~40MHz和3V具有8个中断源,4个优先级,具有可编程看门狗定时器(WDT)。商用级SST89E516RD可工作在0~70℃,而工业级SST89E516RD则可工作在-40℃~+85℃的温度范围内,可以极大地消减恶劣环境对它的影响。

2.2 RAM的选择

铁电存储器将ROM的非易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起,为智能仪表的开发提供了便利。能有效地解决突然断电数据丢失的问题。

FM31256采用工业标准的I2C总线,14脚SOIC封装,其内部具有256Kb的串行FRAM,可按字节读写,读写方式与SRAM一样,速度快,CLK的速度达到1MHz,没有写等待,读写次数无限次,功耗低,静态电流低于1μA,读写电流低于150μA。原理图如图5所示。

2.3 以太网通讯接口设计

设备采用10BASE-T布线标准通过双绞线进行以太网通讯,而RS8019S内置了10BASE-T收发器,所以网络接口的电路比较简单。通过ADDR15、I/OW、I/OR来划分其他芯片和RAM芯片62256的地址空间。ADDR15接62256的CE脚,低电平时选择62256;高电平时选择74LS138译码器。ADDR14、ADDR13、ADDR12三根地址总线用来接138译码器地址输入端,译码器输出端低电平有效,用来划分以太网控制器RTL8019、时钟芯片DS12887、A/D转换器、LCD等模块的地址空间。

RTL8019AS外接一个隔离LPF滤波器013 2,TPIN±为接收线,TPOUT±为发送线,经隔离后分别与RJ-45接口的RX±、TX±端相连。时钟电路通过T1、T2接一个20MHz晶振以2个电容,实现全双工方式。LED0、LED1各接一发光二极管以反映通讯状态。

2.4 AD采集方案

测量电路由互感器、滤波电路、采保、A/D转换器组成。电网二次回路电压经互感器PT降压后得到0~5 V(有效值)输入电压。经一阻容滤波网络滤波后,进入LF398,由AD574采集。使用了三态锁存器74LS373和74LS00与非门电路,逻辑控制信号由有8051的数据口P0发出,并由三态锁存器74LS373锁存到输出端Q0、Q1和Q2上,用于控制AD574A的工作过程。

3 软件系统设计的关键技术

3.1 主程序流程

电压监测仪能否正常工作,除了与硬件的设计是否合理有关外,与嵌入式软件的设计好坏也是分不开的。嵌入式软件采用keilu Vision3软件作为IDE,使用C语言编程。程序采用模块化设计,不但增加了程序的可读性和移植性,而且编程时使用起来也很方便。

3.2 通讯驱动设计

电压监测仪要接入以太网,必须在处理器中嵌入TCP/IP协议。由于单片机的资源有限,所以网络协议根据嵌入式应用的需求作了裁剪,只需使用ARP、RARP、IP、UDP等部分协议,即可保证单片机接入以太网,同时保证了足够小的代码量。

其中reg00~reg0f代表其内部寄存器,分别对应单片机的8000H-801FH地址段。

RTL8019AS芯片内部有32个I/O寄存器,分为page0-page3共4页。系统上电后必须初始化才能正常工作。

由于网络电压检测仪安装在变电站,变电站网络设备繁多、广播报文较多、传输数据量过大,会使单片机频繁产生中断处理以太网中数据包,由于单片机主要任务是采集电压并进行统计运算,所以会经常产生传输延迟,甚至丢包,因此一定要将RTL8019AS设置成只接收与自己的地址一样的数据包,其他目的地址的被丢弃(包括广播和组播包)。而单片机只需要定时向上报告自己的IP地址和物理地址,这样设置几乎没有传输延迟、丢包现象,基本不会影响抄表系统在变电站复杂网络环境中的正常工作。

4 结论

本文介绍的基于以太网的远程抄表系统解决了传统抄表方法中存在的许多问题,并且具有传输速率快、方便易用等很多优点。给出了整体设计方案并描述了其工作过程和关键技术,证明了该系统的可行性和优越性。提出的这种新的基于以太网的分布式远程抄表系统结构,使系统具有兼容性强、功耗低、容易升级和维护等特点,但是增加以太网电压监测仪所存在的网线布置问题在是变电站内需要考虑的,后期可以通过考虑使用WIFI版的监测仪解决该问题。总之,本文设计的监测仪在实际应用中的可靠性和稳定性较高,值得推广应用。

参考文献

[1]王文珍,高宏,张萍.一种基于MSP430单片机技术的新型电压监测仪[J].山西电力,2007(05).

[2]陆东生,陈林.新型电能质量监测仪的研制[J].自动化与仪表,2004(01).

电压互感器智能保护 篇9

关键词：互感器；储油柜；膨胀盒；密封改造

1.引言

目前各变电站35KV以上等级的互感器基本上都是油浸的。一般来讲，我们做预防性试验对油浸互感器要做介损试验，当介损增加时，正常值：电流互感器的标准值运行中110kVtg%为 2.5%，35kV为3.5%，。如果不符合这个标准，其中一个很重要的原因，在排除掉内部故障的因素下，就可能是互感器绝缘受潮引起的，如不及时处理，在工作电压下就可能发生绝缘击穿，此时内压力剧增，油迅速分解，如果没有经过密封改造（加装膨胀器及泻压装置），就有可能导致产品爆炸，打坏邻近设备、危及运行人员安全，造成设备事故，还可能造成事故扩大，危及电网安全。

2.常见储油柜绝缘油的保护方式

高压互感器基本都是采用油纸绝缘结构，防潮保护在这里成了一个较为关键的问题，油的容积随温度发生热胀冷缩变化，在这里，储油柜既起补偿作用，又是绝缘油保护的重要部件之一。

2.1带吸湿器的储油柜

互感器其储油柜内有一盆状橡胶隔膜，靠它使绝缘油与外界隔离，隔膜上部的空气通过硅胶吸湿器与外界相通。该结构的特点是绝缘油不与外界的空气接触，产品内外压力一致，但经运行经验证明，这种方式下有明显的缺点：吸湿器中的硅胶重量仅o.5kg左右，其干燥效果有限。硅胶吸潮饱和变色后，就要停电更换硅胶，影响供电，如果不更换硅胶的话，硅胶失效后，柜内就容易凝结水珠，并在隔膜上积水，而隔膜一但破裂，积水进入互感器内，其后果将难以预料，而隔膜材料的弹性疲劳寿命、气密性及抗油老化等性能均不尽令人满意，隔膜龟裂现象时有发生。

2.2全密封储油柜

这种全密封储油柜完全与外界隔绝，柜内留有一定空间，充以空气，油的热胀冷缩借助于气垫来补偿。根据气态方程.当气垫容积被压缩减小时，则气体压力增加，而实际上，如果互感器内部无故障，互感器内的压力随温度变化而变化，为了控制内部压力不致过大，据资料介绍，在设计时有的采用仿真形底箱来减少油量。

2.3带金属膨胀器的储油柜

这种金属膨胀器是用0.3mm的具有特殊要求的（1Crl8Ni9Ti）不锈钢薄板冲压成波纹片组焊而成，它跟瓷套上法兰连接，内部充满变压器油.并保持0—9.8×103Pa（0--0.1kgF/cm2）的微正压，整台产品完全与外界隔绝，是全密封结构，正常情况下油热胀冷缩时，膨胀器随之升降起补偿作用，而且内压并不显著增加，当产品内部故障而产生过量气体时，膨胀器就迅速伸长.运行人员通过油位观察窗就能及时发现异常情况，起事故报警作用。

3.金属盒式膨胀盒的选用

例：一台LCWD3--220型电流互感器，油重为350Kg，产品平均油温变化范围为一30?C至+60?C选用PHF600N×n型 膨胀器。盒数n=7×350×（30+60）/（9×103× 7.5）=3.2667，取4盒 考虑用户每年取油样化验的需要，一台膨胀器应有必要的容积裕度，一般取（0.5—1.0）V。 我国电力系统前几年运行的高压互感器储油柜多为带吸湿器式，全密封式、隔室式及少量的带胶囊式。如上所分析，它们的绝缘油保护就须采用高压互感器密封改造。

4.互感器密封改造工艺要点

近几年来我单位的高压油浸互感器全部都采用带膨胀器的互感器，并对大部分的高压互感器进行了密封改造，加装了膨胀器，为安全生产打下良好的基础，但其中还有一部分有待改造，其工艺要点如下：

（1）（以盒式释压金属膨胀器为例）改造前先检测互感器的绝缘质量，如已受潮，则应换油并对器身进行干燥处理，在确认绝缘性能良好的前提下方可进行改造。

（2）去掉原上盖（如带吸湿器的，应连同隔膜及吸湿器一并拆除），再装上连接法兰，并注满经处理的变压器油，油耐压不低于50KV，70℃介质损耗率正切小于0.5%。一般膨胀器出厂时均已进行严格的真空密封性能试验，厂家规定不得用充气法进行检漏。首先取下膨胀器底板、防潮胶布。搬运膨胀器时，必须利用膨胀器上部吊环，无吊环时，必须利用膨胀器的上下压板或底板。

（3）卸下真空注油阀的密封罩，将注油工具安装在真空注油阀上，要扭紧防止漏气。用起子将阀芯旋出，旋出的长度以起子上的刻度为准。安装注油工具的密封罩，要扭紧防止漏气。打开注油阀门，用油泵或高位油箱的压力，使变压器油流出。当流出的油不含气泡时，关闭注油阀门。并将注油阀门安装到注油接头上，要连接牢固，密封可靠 將真空阀门连接到注油工具的真空接头上，要连接牢固，密封可靠。打开真空阀门，启动真空泵，开始抽真空。

（4）整个注油过程中，必须严密监视微正压指针上升位置，防止注油过量造成压力释放装误动作。（或减压防爆玻璃破裂）。根据油的温度注油时，当微正压指示上升至与内表盘对应油温度后，关闭注油阀门。使真空泵停止工作卸下密封罩，用起子将阀芯旋入，达到密封要求，然后将起子提起使与阀芯脱离，并转90度，防止起子与阀芯重新吻合。

5.结论与评价

膨胀器具有结构紧凑、补偿量大、抗腐蚀性能强、密封可靠及工作寿命长等特点。产品不易氧化和受潮，无需维修。膨胀器对内压力变化反应很灵敏。当互感器内部开始发生故障，分解出较多气体时，温度计指针带动微正压杆压碎防爆玻璃，造成泄压，起到减压防爆作用。改造加装膨胀器具有操作简便，密封性能好，外形美观及减压防爆等优点，是一项较好的密封改造方案。

作者简介：

李阳（1982—），男， 2004年毕业于沈阳工程学院，目前从事变电运行工作。

王荣军（1983—），男，2004年毕业于沈阳工程学院，目前从事变电运行工作。

高电压防雷保护的探讨 篇10

同样裸漏在空气中, 高压电供电系统比低压电供电系统更容易遭受雷击。原因是高压电供电系统因电荷聚集数量多, 电势差大, 当电荷在空气中游离时, 与雷电电源电荷更容易产生较大电势差, 形成放电关系。相对于低压电供电系统, 高压电供电系统在遭受雷击时产生的破坏性更大。原因是高电压系统电流较大, 更容易形成过强大电流, 尤其当因雷击出现短路时, 产生的过强大电流能够烧毁电子器件, 甚至击穿绝缘子, 还容易引起火灾和人员电击伤亡事故。本文则针对电力系统的防雷保护问题, 以降低雷电灾害事故率为目标, 分析了高压电电力系统的防雷措施。

1 现代防雷体系的组成

雷电现象产生的高电压可高达数千千伏, 常常引发各种雷电灾害事故。现代防雷体系从大地及其外围空间来说可划分为三个防雷区域 (更确切地说是三个防雷层次) , 即高空防雷区、低空防雷区和地下防雷区) 。现代防雷系统组成包括雷电接受装置、接地线、接地装置等。雷电接受装置:直接或间接接受雷电的金属杆 (接闪器) , 如避雷针、避雷带 (网) 、架空地线及避雷器等。接地线 (引下线) :雷电接受装置与接地装置连接用的金属导体。接地装置:接地线和接地体的总和, 接地体指的是降阻剂, 离子接地极, 扁钢等。

2 高压送电线路防雷措施

清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因, 我们就可以有针对性的对送电线路所经过的不同地段, 不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施。目前线路防雷主要有以下几种措施:

2.1 加强高压送电线路的绝缘水平。

高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比, 加强零值绝缘子的检测, 保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。

2.2 降低杆塔的接地电阻。

高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比, 根据各基杆塔的土壤电阻率的情况, 尽可能地降低杆塔的接地电阻, 这是提高高压送电线路耐雷水平的基础, 是最经济、有效的手段。

2.3 根据规程规定。

在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段, 可以增设耦合地线。由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大, 并使流经杆塔的雷电流向两侧分流, 从而提高高压送电线路的耐雷水平。

2.4 适当运用高压送电线路避雷器。

由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时, 避雷器就加入分流, 保证绝缘子不发生闪络。根据实际运行经验, 在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。目前在全国范围已使用一定数量的高压送电线路避雷器, 运行反映较好, 但由于装设避雷器投资较大, 设计中我们只能根据特殊情况少量使用。

3 安装线路避雷器、降低杆塔的接地电阻的分析

3.1 安装线路避雷器。

避雷器又称:surge arrester, 能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量, 保护电工设备免受瞬时过电压危害, 又能截断续流, 不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间, 与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时, 避雷器立即动作, 流过电荷, 限制过电压幅值, 保护设备绝缘;电压值正常后, 避雷器又迅速恢复原状, 以保证系统正常供电。

避雷器是变电站保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当沿线路传入变电站的雷电冲击波超过避雷器保护水平时, 避雷器首先放电, 并将雷电流经过良导体安全的引入大地, 利用接地装置使雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平以下, 使电气设备受到保护。避雷器按其发展的先后可分为:保护间隙———是最简单形式的避雷器;管型避雷器———也是一个保护间隙, 但它能在放电后自行灭弧;阀型避雷器———是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙, 同时增加了非线性电阻, 提高了保护性能;磁吹避雷器———利用了磁吹式火花间隙, 提高了灭弧能力, 同时还具有限制内部过电压能力;氧化锌避雷器———利用了氧化锌阀片理想的伏安特性 (非线性极高, 即在大电流时呈低电阻特性, 限制了避雷器上的电压, 在正常工频电压下呈高电阻特性) , 具有无间隙、无续流残压低等优点, 也能限制内部过电压, 被广泛使用。

3.2 降低杆塔的接地电阻。杆塔接地电阻增加主要有以下原因:

(1) 接地体的腐蚀, 特别是在山区酸性土壤中, 或风化后土壤中, 最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀, 最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处, 由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。还有就是接地体的埋深不够, 或用碎石、砂子回填, 土壤中含氧量高, 使接地体容易发生吸氧腐蚀, 由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大, 甚至使接地体在焊接头处断裂, 导致杆塔接地电阻变大, 或失去接地。

(2) 在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。

(3) 在施工时使用化学降阻剂, 或性能不稳定的降阻剂, 随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。

(4) 外力破坏, 杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。

4 结论

我国地域广大, 因雷击导致人员伤亡、设备损坏的事故屡见不鲜。目前高压电供电系统的雷击事故比较频繁, 所以应重视高压电供电网络的防雷设计。

摘要：雷电现象产生的高电压可高达数千千伏, 常常引发各种雷电灾害事故。雷电现象作为一种自然现象, 是不可避免的。因此, 对于雷电灾害事故应该以预防为主。本文则针对电力系统的防雷保护问题, 以降低雷电灾害事故率为目标, 分析了高压电电力系统的防雷措施。