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☆ 前言：
電力系統(tǒng)變電設(shè)備隨時都會受到雷擊過電壓及操作過電壓的侵襲，當(dāng)變電站處于雷雨區(qū)或出線較多時，雷擊過電壓會隨線路入侵，當(dāng)系統(tǒng)進行切空載線路和變壓器等操作時會產(chǎn)生內(nèi)部過電壓，系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時會產(chǎn)生弧光過電壓。這些過電壓幅值都非常高（系統(tǒng)電壓的2～5倍）。當(dāng)變電站保護系統(tǒng)配置不當(dāng)或避雷器有缺陷時，雷電入侵或操作過電壓暫態(tài)波形幅值會相當(dāng)高，就會對一次變電設(shè)備造成危害，并且變電設(shè)備（如PT、CT變壓器等）在長期運行中，由于絕緣油變質(zhì)，紙絕緣受潮老化等，絕緣水平會大大降低，在較大過電壓作用下，這些設(shè)備會進一步劣化，造成設(shè)備缺陷，在較高的過電壓作用下會形成絕緣擊穿，在工頻作用下甚至可能會出現(xiàn)爆炸事故。因此，這些暫態(tài)過電壓對電力設(shè)備危害很大。
由于雷擊及操作過電壓產(chǎn)生的波形是一種速度很快的過電壓波，持續(xù)時間在40μs～2000μs之間，頻率從幾十Hz到幾百KHz，目前電力系統(tǒng)安裝的常規(guī)保護記錄裝置（如故障錄波器等）是從電壓互感器獲取過電壓信號，只能記錄工頻的過電壓信息，測量精度和頻率響應(yīng)差，對很多高頻過電壓不能監(jiān)測。當(dāng)設(shè)備受到暫態(tài)過電壓損害后，系統(tǒng)沒有相關(guān)的記錄數(shù)據(jù)，缺少對設(shè)備損害的準(zhǔn)確判斷依據(jù)。為了實現(xiàn)正確的絕緣配置，防止雷擊過電壓及操作過電壓等暫態(tài)波形對電力運行設(shè)備的損害，或把損害程度減到最小，建立暫態(tài)過電壓響應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)是很必要的，使工程師能夠?qū)ο到y(tǒng)過電壓損害狀況、避雷器保護水平及殘壓是否有效等情況有清晰的數(shù)據(jù)資料。
☆ 測試要求：
◆ 在線監(jiān)測變電設(shè)備中各相線路中的暫態(tài)過電壓，實時自動記錄每次暫態(tài)過電壓波形數(shù)據(jù)；
◆ 能夠按照事先設(shè)定的觸發(fā)記錄條件對暫態(tài)過電壓波形數(shù)據(jù)自動記錄和監(jiān)測；
◆ 每次記錄的數(shù)據(jù)自動形成過電壓數(shù)據(jù)文件，標(biāo)明記錄開始到結(jié)束的時間，并自動保存到計算機硬盤相應(yīng)位置供進一步分析研究用；
◆ 各相線路中的暫態(tài)過電壓波形要求同步無相差記錄；
◆ 線路中任意一相上的電壓出現(xiàn)異常都能夠自動啟動全部通道進行采集記錄；
◆ 每次能夠記錄暫態(tài)過電壓事故前后20個工頻周期內(nèi)的數(shù)據(jù)波形，其中包括至少2個工頻周期的事故發(fā)生前的正常數(shù)據(jù)波形，滿足暫態(tài)過電壓分析的需要；
◆ 系統(tǒng)需要具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，不但能夠通過遠(yuǎn)端計算機終端控制系統(tǒng)運行，也能通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)送至運行管理部門。
☆ 系統(tǒng)功能特點：
◆ 本系統(tǒng)提供12～16個高速同步測量通道，可同時監(jiān)測系統(tǒng)母線的各相暫態(tài)過電壓波形數(shù)據(jù)；
◆ 每通道的采樣頻率最高為20MHz/s（一般設(shè)為5MSps），A/D分辨率為12Bit；
◆ 每通道緩存最高可達16M字節(jié)（8M采樣點），一次過電壓觸發(fā)能記錄2個工頻周期的系統(tǒng)正常電壓波形、18個工頻周期時間的暫態(tài)過電壓波形，記錄時間為0.5秒；
◆ 能夠隨時監(jiān)測各相過電壓的發(fā)生過程，自動采集記錄每次過電壓事件，并自動存儲至硬盤，每次過電壓記錄自動依次生成一個文件名，均含波形、記錄時間等數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)；
◆ 具有完善的通信功能，能夠通過遠(yuǎn)端計算機終端控制系統(tǒng)運行，也能遠(yuǎn)距離將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)送至運行管理部門；
◆ 采集裝置存儲容量：采集數(shù)據(jù)記錄到系統(tǒng)硬盤中，僅受硬盤剩余空間大小限制；
◆ 啟動條件：大于額定相電壓的1.5～3倍，適應(yīng)110～220千伏、330～500千伏及特高壓電力系統(tǒng)的暫態(tài)過電壓監(jiān)測；
◆ 本系統(tǒng)設(shè)計了預(yù)觸發(fā)功能（負(fù)延時），能夠觀察到過電壓發(fā)生前的波形是在工頻電壓的什么相位開始的。為了保證數(shù)據(jù)的同步性，數(shù)據(jù)采集卡設(shè)定為任意通道內(nèi)觸發(fā)機制，只要任何一相有過電壓信號，就啟動全部數(shù)據(jù)采集通道同步采樣，保證了每個通道的相位一致性。
☆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
◆ 暫態(tài)過電壓監(jiān)測及記錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
◆ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明：
如圖所示，來自母線上的各相電壓經(jīng)分壓器轉(zhuǎn)換后進入我公司PCI-20612高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬輸入端，各卡之間通過同步擴展總線保證多通道并行同步觸發(fā)記錄。系統(tǒng)各通道設(shè)置為信號連續(xù)觸發(fā)、自動存盤模式。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)沒有暫態(tài)過電壓信號產(chǎn)生時，采集系統(tǒng)不會記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)暫態(tài)過電壓信號產(chǎn)生時，系統(tǒng)自動啟動采集，將整個暫態(tài)過程記錄下來并存儲到設(shè)定好的硬盤目錄下，文件名自動依次增加，數(shù)據(jù)存儲完畢后，系統(tǒng)自動進入下一次等待觸發(fā)狀態(tài)。
本系統(tǒng)除在現(xiàn)場可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等操作外，還可以通過TCP/IP以太網(wǎng)接口，在TopView.net網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器軟件的管理下用遠(yuǎn)端的上位機進行控制，也可以將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機存儲、處理、分析、打印等等，非常方便。同時，自動化的采集存儲機制可以使系統(tǒng)在無人職守的情況下正常工作。
☆ 系統(tǒng)軟件：
◆ TopView2000虛擬儀器應(yīng)用軟件：
TDEC數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品配套虛擬儀器應(yīng)用軟件，提供硬件智能識別、控制采集、工程標(biāo)定、多通道波形顯示、波形參數(shù)自動計算、數(shù)據(jù)處理、存盤、打印及通訊功能；測試報告自動生成；自動校準(zhǔn)，自動檢測報警；所有數(shù)據(jù)和圖形可以直接發(fā)送到word中供用戶自行編輯；具備全中文在線幫助，操作直觀、便捷；支持WIN98/2K/XP操作系統(tǒng)。
◆ TEDC API二次開發(fā)編程接口軟件包及動態(tài)鏈接庫：
配套的TDEC API二次開發(fā)編程接口及動態(tài)鏈接庫采用標(biāo)準(zhǔn)C++語言編寫，運行于Windows98/2000/XP操作系統(tǒng)，支持多種開發(fā)平臺，可以用Microsoft Visual C++、Borland C++、LabWindows/CVI、LabView、Pascal以及Delphi進行二次開發(fā)，接口清晰、簡化，并附有詳細(xì)的開發(fā)說明和例程，使用戶輕松實現(xiàn)二次開發(fā)。
☆ 硬件配置及主要技術(shù)指標(biāo)：
◆ 工業(yè)計算機硬件平臺，可上機架，支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程控制
◆ PCI-20612數(shù)據(jù)采集卡
◆ 并行采集通道數(shù)：12～16CH
◆ 每通道最高采樣率：20MSps，向下可程控分18檔
◆ 分辨率：12Bit
◆ 每通道緩存深度：8～16M字節(jié)
◆ 每通道量程：±100mV～±20V，八檔程控
◆ 通道帶寬：0～5MHz
◆ 觸發(fā)方式：內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)、手動觸發(fā)多種模式
☆ 結(jié)束語：
該系統(tǒng)主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓等異常情況的在線監(jiān)測，采用多通道高速同步采集、自動記錄、存儲、自動顯示各相電壓參數(shù)等技術(shù)，是一套集成了工業(yè)控制計算機、高速數(shù)據(jù)采集電路為核心的電力系統(tǒng)暫態(tài)過電壓在線實時記錄裝置，非常適合電力系統(tǒng)變電站監(jiān)測、電力設(shè)備絕緣性能試驗、雷擊災(zāi)害預(yù)防等方面的應(yīng)用，成熟的產(chǎn)品和技術(shù)保證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實用性都很高，目前已在電力系統(tǒng)安全性檢測中發(fā)揮了越來越重要的作用，得到了用戶的認(rèn)同。
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