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摘要：10/35kV电网中由于单相接地故障故障、相间短路、系统谐振、开关分合操作以及雷电侵入引起的过电压是造成10/35kV系统故障的主要原因,因此亟需对10/35kV系统无功补偿情况进行实时监测和分析，准确掌握系统的运行工况，保证变电站10/35kV系统的运行可靠性。本文首先介绍了无功补偿监测系统的现状和发展趋势,接着介绍了无功补偿系统的研发过程,研发了一套实用范围广,测量精度高,可靠性强的无功补偿系统监测及分析系统。
关键词：过电压；无功补偿；监测系统
一、引言
统计表明，10/35kV电网中由于单相接地故障故障、相间短路、系统谐振、开关分合操作以及雷电侵入引起的过电压是造成10/35kV系统故障的主要原因。据统计我公司10/35kV系统近年来发生了多起故障,例如某变电站10kV 无功补偿系统系统电压互感器炸裂，某变电站高压开关柜穿盘套管炸裂,某变电站10避雷器炸裂等等。诸类事故均对系统地安全可靠运行造成了影响，因此为了降低类似事故的发生，亟需对10/35kV系统无功补偿情况进行实时监测和分析，准确掌握系统的运行工况，保证变电站10/35kV系统的运行可靠性。
二、现状和发展趋势
国内外对变电站10/35kV暂态过程的监测开展了大量的研究，在一定程度上取得了较好的效果。
近年来，国内外有关暂态过程的在线监测研究主要集中在内部过电压的监测，同时考虑内部和外部过电压的在线监测很少，且大多采用专用装置，造价昂贵。华中科技大学、上海交通大学、华北电力大学以及重庆大学等众多高校与科研人员，在该领域都进行了相关的研究与试验。
暂态过程在线监测的发展历程大致分四个阶段：
第一阶段:最初第一代的录波器起始于上世纪 60年代，是机械-油墨式故障录波设备，存在测量精度低、存储空间小、操作繁杂等缺点；到上世纪80年代，录波设备发展到机械-光电式，受制于当时的技术发展水平，录波技术还只是将光电信号转录到胶片上，上一代的缺点并无大的改进，造成 80 年代法国、比利时等国发生大范围电力系统故障时无法得到可靠的故障数据进行分析，因而不能找出事故原因。
第二阶段:采用基于通用数字存储示波器的系统硬件，即通用录波器。该录波系统滤采样频率范围广，但采样通道少，功能相对单一，无完备的后续分析系统，价格较高。
第三阶段:采用专用A/D采集卡硬件构架固定功能的专用录波系统；国内过电压监测系统大多采用这种集中式结构，即通过屏蔽电缆将被测信号引入系统主机，然后由主机进行集中信号采集和数据处理。集中式过电压在线监测装置一般采用分层式结构，管理层一般采用PC系列工控机，主要完成数据的存储、分析、处理、显示。这种设计受硬件配置的限制，采样频率不高，分辨率一般为12位，抗干扰能力差，不利于暂态过程信息的及时传输和处理。
第四阶段:针对特定系统，开发完备的高速录波系统。监测系统一般由电压传感器、信号预处理单元、数据采集单元、数据处理单元等部分组成。可按照程序要求，完成过数据的采集、参数计算， 功能完善，但不通用。这种系统，又分集中式结构和分布式结构两种。前者通过屏蔽电缆将被测信号统一接入一个采集处理单元，需要较多电缆连接，由于现场电缆长度较长，信号易受干扰发生畸变；后者利用现场FTU采样模块同步就地采样，数据采集完毕后再上传到数据处理中心，传输的是数字信号，对同步、通讯要求较高。是目前首选的方案。
目前，通常在变电站内PT二次端口提取电压波形。该方法的缺点是PT二次端口提取的过电压信号严重失真，有时甚至不能使用。对于变电站10/35kV线路，直接在变电站母线上装设电容分压器是比较成熟的过电压提取技术。但这种方法，需要停电后把分压器直接接到一次母线，现场改动较大，施工不方便。
三、监测分析系统的研发
3.1现场调研
现场调研变电站10/35kV系统操作过电压、雷击情况及事故分析；现有监测原理、监测方法、使用效果
3.2 理论研究
利用ATP-EMTP软件开展变电站10/35kV系统开关操作暂态过程及各种雷击工况下的波形的波形仿真、波形分析；开展暂态参数提取、暂态参数诊断、过电压抑制、故障识别的理论研究，为专家诊断系统提供理论支持。
3.3智能专家诊断系统开发
对变电站10/35kV系统获得的各种暂态波形、参数自动进行分析，构造智能专家诊断系统。
3.4 技术路线
（1）暂态过程在线监测系统总体功能的规划、设计
拟采用分布式结构，搭建变电站10/35kV系统暂态过程在线监测系统。系统可以高速采集异常、故障时的关键节点的电压、电流信号，提取暂态参数，故障分析，给出处理意见。采用分布式模块化的设计方案，易于通道扩展，提高了抗干扰性能，其缺点是因结构较为复杂，实现难度较大。
（2）电压分压器、电流传感器的设计、试验
拟采用高压电容分压器，电流传感器采用罗氏线圈；根据具体情况，完成传感器参数设计。
（3）触发系统、同步系统的设计
该系统决定异常、故障时刻同步信号由哪个单元发布问题。决策参数、决策机制的研究很关键。
各现场单元实时录波，并实时计算相关参数。一旦发现异常，则立即发出同步信号，各现场单元提取给定时间内的暂态波形并按照一定规则上传到数据处理中心。数据中心收到数据后，立即开始计算，完成参数提取，故障识别。计算机把暂态波形数据、计算参数以文件格式保存,管理人员随时可以通过专用软件读取文件并进行各种参数分析。
（4）现场总线的考虑
拟采用屏蔽电缆/光纤高速通讯，利用IEC61850协议解决大数据可靠通讯问题。
（5）采集单元的设计
采用双缓存技术，实现数据的实时采集。数据采集单元的设计很关键，是决定项目成败的重要因素。由于需要采集操作、雷电过电压数据，采样频率很高，单通道最高2M/S。当收到触发条件时，根据设置要求提取相应数据。
（6）系统试验
将所有单元组成一个功能完善、能够协同完成暂态过程数据采集、的在线监测系统。
四 结束语
通过研发变电站10/35kV侧的暂态过程在线监测系统，可以实时获取变电站10/35kV侧发生的所有暂态过程，监测变电站10/35kV侧设备的绝缘状况。若发现异常情况，可得到及时处理，避免事态的进一步恶化。另外，也为事后的故障事故分析，提供翔实的一手资料。
参考文献:
[1]解广润. 电力系统过电压[M]. 北京: 水利电力出版社, 1983
[2]周凯, 孙才新, 李新等. 10kV配电网过电压在线监测装置的结构与性能分析[J]. 中国电力, 2003.36 (3): 41-44
[3]兰海涛, 司马文霞, 姚陈果等. 高压电网过电压在线监测数据采集方法研究[J].高电压技术, 2007,33(3): 78-82
论文作者:孙志强1,李洪涛1,刘东1,王智慧1,曲芳1,王斌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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