GIS设备宽频带过电压在线监测系统

产品概述

特快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage, VFTO)是GIS(GIL)中一种特殊形式的过电压。GIS的断路器和隔离开关在操作中,由于隔离开关触头运动速度慢, 开关本身的灭弧性能差, 触头间隙间会发生多次电弧重燃,断路器在分合过程中存在着预击穿和重击穿,将会产生特快速暂态过电压。VFTO过电压幅值理论上能够接近3pu,过电压上升时间可快至数ns量级。VFTO可以有效传播到变压器中,对变压器绝缘产生严重威胁。在GIS的实际运行中,已有较多的关于VFTO导致变压器绝缘事故的报道。

 

 

此外GIL或电缆设备在击穿时也将产生类似VFTO的过电压,其传播速度快,上升沿陡,接近100ns,产生的高频分量丰富。采用宽频特性的电容式电压传感器(频响特性为2.1Hz~230MHz)可完整记录击穿时产生的暂态电压。由于暂态电压波头较陡,因此很好确定波形起始时刻,利用多传感器所接受到过电压的不同起始时间,结合传感器之间距离和电压行波的传播速度,可准确计算出击穿位置,理论定位精度可达3米,实测定位精度可达10米。

 

 

因此为准确评估GIS设备在操作时产生的VFTO给设备绝缘带来的安全风险,精确定位高压GIL和电缆的闪络击穿点,反演绝缘事故发展过程,明确GIS或GIL设备绝缘故障原因,安装宽频带电压在线监测及行波定位系统十分必要。

 

 

技术参数

  基于杂散电容分压的宽频带高电压测量方法,测量频带实现了2.1Hz-230MHz。

  传感器安装于GIS或GIL设备内部,抗干扰性较好。

  宽频带电压测量可应用于VFTO、雷电暂态和操作暂态的在线监测,电力系统宽频带故障录波,以及GIS、GIL、 高压电缆的行波定位,定位精度10米以内。

 

 

产品优势

  宽频带电压监测频带宽,系统采样率高到250Ms/S,可精确观察系统中暂态电压高频细节,为绝缘配合、系统运 维和故障分析提供重要的支撑。

  定制的陡度触发模式,可自动记录系统的电压突变,便于事故反演,故障原因分析。

  米级的行波定位精度,切合长距离GIL和电缆的故障定位需求,可大幅缩短GIL和电缆的故障抢修时间。

  系统安装方便,维护成本低。

 

 

产品结构

系统分为三级,分别为:监测传感单元(包含VFTO传感器,监测终端和GPS或北斗对时模块)、就地控制单元、上位存储控制单元,具体结构如图所示。

 

图1 宽频带电压在线监测及行波定位系统构架图1

 

图2 宽频带电压在线监测及行波定位系统构架图2

 

1)监测传感单元

监测传感单元包括与GIS或GIL设备安装一体的电压传感器,以及由阻抗转换及触发单元、高速采集单元和GPS或北斗对时模块组成的监测终端。

 

电压传感器采用电容分压原理,电容式电压传感器广泛应用于窄脉冲电压的测量和GIS中特快速暂态过电压(VFTO)的测量,基本部件有GIS壳体、高压母线、手孔、手孔盖板、感应电极、绝缘薄膜和电缆等,感应电极安装于GIS手孔内部,感应电极和手孔盖板之间的电容构成电容分压的低压臂电容,感应电极和高压母线之间的杂散电容构成电容分压的高压臂电容,感应电极相对于手孔盖板的电压信号,及电容分压信号,通过电缆输出到测量设备。当GIS高压母线相对于壳体出现VFTO时,通过该电容式传感器可以测量VFTO的波形。

 

图3 宽频带的电容式VFTO传感器

 

数据采集单元采样率为250MS/s,采样模拟带宽100MHz,具有灵活的采集触发机制,支持连续采集存储的FIFO模式。GPS或北斗对时模块精度为10ns。为提高抗干扰能力,监测终端采用特种高频深度抑制的隔离变压器供电。采集模块和阻抗转换模块集成安装在GIS设备手孔盖板外面的屏蔽箱内,屏蔽箱固定在盖板上。采集单元通过光纤与就地控制单元连接通信。

 

图4 阻抗转换与触发单元

 

2)就地供电单元

就地供电单元从现场电源控制柜取电,给每个监测终端供能,输入电压为220V。

 

3)上位存储控制单元

上位存储控制单元对各测点的过电压数据进行存储分析。提取过电压幅值和击穿时间,分析其时频特性。对超过阈值的过电压进行预警,确定击穿位置。上位存储控制单元与三相集中调理单元、内置传感和采样单元间须采用有线连接,以减少外部干扰和增加系统安全性。

 

上位服务器运行过程中,主要完成数据接收、数据解析、数据存储、数据上传及故障定位。

 

  数据接收:接收来自各个采集终端数据;

  数据解析:完成数据解析及数据统计;

  数据存储:将原始数据及统计信息存储数据库;

  数据上传:根据显示终端命令上传数据;

  故障定位:根据不同测点的击穿时间进行精确定位。

数据系统可完成数据可视化。数据可视化主要包括实时数据、统计数据、分析数据及故障位置。

 

  实时数据:实时显示当前设备状态波形;

  统计数据:统计设备某段时间的设备状态及相关数据;

  分析数据:根据设备近段时间采集数据分析设备当前状态并进行状态预测。

  故障位置:根据线缆长度显示故障位置。

 

 

典型业绩

  (1)苏通1000kV特高压GIL故障行波定位在线监测系统。

  (2)大唐集团观音岩水电厂500kV GIS的VFTO在线监测系统。

 

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