配電網(wǎng)過電壓在線監(jiān)測裝置布點問題研究

汪占軍

（國網(wǎng)湖北省電力公司秭歸縣供電公司， 湖北 秭歸 443600）

電網(wǎng)中的過電壓是極應(yīng)避免而又無法完全避免的惡性事件，其幅值大大超過電網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓值。按不同的頻率范圍，過電壓分為工頻過電壓、操作過電壓和雷電過電壓3類。工頻過電壓的頻率在Hz 級，操作過電壓的頻率在kHz級，而雷電過電壓的頻率高達(dá)MHz 級。無論是工頻過電壓、操作過電壓還是雷電過電壓，這些暫態(tài)過電壓都嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運行，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)意外跳閘，停止供電。

1 過電壓監(jiān)測裝置安裝原理

監(jiān)測裝置安裝在母線與出線的比較，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)雷電監(jiān)測裝置主要是由分壓器，信號采樣模塊和信號傳輸模塊三部分組成，其中信號采樣模塊和信號傳輸模塊需要從站內(nèi)取電，這就限制了該裝置只能安裝在站內(nèi)的線路上，因此配電網(wǎng)的雷電監(jiān)測裝置的安裝位置就只有變電站內(nèi)的低壓側(cè)母線(以下簡稱母線) 和出線兩種選擇。選擇將監(jiān)測裝置安裝在母線上還是安裝在出線上會直接影響最終的監(jiān)測結(jié)果的有效性和可靠性，進(jìn)而會影響對于雷擊情況下配電網(wǎng)運行特性的掌握，因此需要對母線安裝和出線安裝的監(jiān)測結(jié)果差異及其原因進(jìn)行比較分析。如圖1 所示為有多出線的母線分別在母線上A 點和出線上B 點安裝監(jiān)測裝置的示意圖，T 表示變壓器，R 表示避雷器，Uli 表示沿出線入侵的雷電波。

圖1 多出線母線監(jiān)測裝置母線安裝和出線安裝示意圖首先對于母線安裝監(jiān)測裝置的情況進(jìn)行分析。假設(shè)由于雷電影響，多條出線上形成入侵雷電波，分別為Ul1，Ul2，Ul3。由于每條出線上都裝有避雷器，對線路上的過電壓有限壓作用，因此傳輸至母線上的是入侵雷電波的殘壓波。實際上，入侵雷電波存在時間上的先后順序，所以安裝在A 點的監(jiān)測裝置測得的結(jié)果可能包含多個完整雷電波殘壓波形和幾個雷電殘壓波形的疊加。對于出線上安裝監(jiān)測裝置的分析還要考慮殘壓波從母線向出線折射的過程。根據(jù)波過程分析的知識我們可以知道，殘壓波折射到出線上之后會產(chǎn)生大幅衰減，并且出線數(shù)量越多衰減程度越大。對于圖1 所示，入侵雷電波Ul1經(jīng)避雷器產(chǎn)生的無衰減的殘壓波可以比較準(zhǔn)確得直接被B 點的監(jiān)測裝置測到，而Ul2，Ul3的殘壓波則需要經(jīng)過折射和大幅衰減才進(jìn)入B 點所在出線。只有當(dāng)監(jiān)測裝置的分辨率和信噪比足夠高的情況下，我們才能準(zhǔn)確的捕捉到所有的衰減后的殘壓波形。綜合以上，在母線和出線上安裝雷電監(jiān)測裝置的優(yōu)點和缺點如下:在母線上安裝時，可以同時監(jiān)測所有出線上的雷電過電壓情況，根據(jù)監(jiān)測波形可以得知遭受雷擊影響的出線數(shù)量，監(jiān)測數(shù)量的效率比較高，但是無法分辨具體哪幾條出線上出現(xiàn)雷電過電壓，而且監(jiān)測波形可能包括多個殘壓波形的疊加，因此可能出現(xiàn)無法提取出每個殘壓波的波形的情況;而裝置安裝在出線上只能捕捉到安裝線路上未發(fā)生衰減的殘壓波信息，但如果監(jiān)測裝置的采樣率夠高，也可以捕捉其他出線殘壓波經(jīng)折射衰減后的衰減波形。

2 電網(wǎng)過電壓實時監(jiān)測的技術(shù)難點

電網(wǎng)過電壓測量的技術(shù)難點主要體現(xiàn)在不同類型的過電壓，頻率范圍差異極大、過電壓幅值差異大引起的末屏電流幅值差異極大和不同類型的電壓疊加問題。頻率范圍問題：CT 帶電運行時頻率為50Hz，操作過電壓時頻率為kHz 級，雷電過電壓時頻率為MHz 級。這就要求電流傳感器及信號采集、處理裝置應(yīng)具有較大的頻率響應(yīng)范圍。電流變化范圍大：CT 帶電運行時，流過末屏接地線的電流幅值為mA 級；雷電過電壓時，流過末屏接地線的電流接近kA 級。這就要求電流傳感器應(yīng)具有較大的量程，同時對小電流應(yīng)具有足夠的靈敏度。

3 實現(xiàn)手段

變電設(shè)備過電壓在線測量裝置由寬頻大量程電子式電流傳感器、寬頻域監(jiān)測單元和系統(tǒng)IED（智能電子設(shè)備） 主機組成。電流傳感器獲取CT 末屏電流，寬頻域監(jiān)測單元就地實現(xiàn)波形信號的數(shù)字化，站內(nèi)各被測CT 數(shù)字信號匯集到IED 主機。CT 采用穿心式結(jié)構(gòu)，末屏接地引下線直接穿過該電流傳感器，電流傳感器頻率范圍為50Hz~1MHz，量程范圍1mA~100A，具有寬頻域、大量程、不改變CT 原有接地方式、安全可靠等特點，在原有末屏引下裝置基礎(chǔ)上能實現(xiàn)帶電安裝。監(jiān)測單元由電量信號同步采集調(diào)理電路、ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器） 信號采集器件和DSP（數(shù)字信號處理器） 組成。ADC 信號采集器件為多路100MHz 的ADC 信號采集器件，DSP 采用BF7070。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段對配電網(wǎng)過電壓在線監(jiān)測的研究主要集中于在線監(jiān)測裝置的研制，實際工程應(yīng)用中還需要研究在線監(jiān)測裝置的布置問題。實際工程狀況下配電網(wǎng)線路眾多，而投入線路的過電壓在線監(jiān)測裝置可能會因為追求效益最大化等原因存在數(shù)量不足的問題，故選擇過電壓在線監(jiān)測裝置布置的位置是實際工程應(yīng)用中需要研究的一個關(guān)鍵點。