[发明专利]GIS快速暂态过电压光学在线监测系统

说明书

一种GIS快速暂态过电压光学在线监测系统，属于GIS暂态过电压监测领域。本发明针对现有VFTO的在线监测装置需要工作电源，易受GIS现场恶劣电磁环境干扰而造成设备可靠性差的问题。包括：GIS设备外壳上的手孔盖板内侧设置感应电极，外侧对应设置光学电压传感器，光学电压传感器的高压电极连接感应电极，地电极连接手孔盖板；光学电压传感器基于泡克耳斯电光效应感应加载在感应电极与手孔盖板之间的暂态电压；LED光源的载波光信号通过光纤输入至光学电压传感器，光学电压传感器对暂态电压进行电光调制得到调制后光信号，经光纤传送至光电探测器进行光电转换，转换后的电信号经信号处理电路采样解调，得到暂态电压监测采样结果。本发明抗电磁干扰能力强。

技术领域

本发明涉及GIS快速暂态过电压光学在线监测系统，属于GIS暂态过电压监测领域。

背景技术

气体绝缘金属封闭组合电器(Gas Insulated Substation，简称GIS)是由被密封在充满SF6气体的接地金属气体管道中的隔离开关、断路器、母线、避雷器、电流互感器等高压电器组合而成的高压配电装置。当隔离开关与高压配电装置中的母线断开或者闭合时，由于断开闭合的过程中开关闸片触头运动速度较慢，同时开关的灭弧性能较差，故在此过程中开关触头会多次发生重燃，引起快速暂态过电压(Very Fast Transient Over-Voltage，简称VFTO)。这不仅对GIS本身运行的可靠性造成影响，也将对电力系统其他高压设备和临近的二次设备造成干扰或损坏。VFTO己经成为变电站设备产生故障的主要原因之一。因此，对GIS的VFTO进行监测并展开研究，探讨VFTO的特性及其主要影响因素对GIS及其它电力设备的运行可靠性具有重要意义。

目前对GIS快速暂态过电压的研究方法基本类同，包括理论分析、实验室模拟、计算机数值仿真模拟和现场实验测量。其中，最可靠的方法为计算机数值仿真和现场实验测量相结合的方法。实验室模拟方法主要根据过电压的产生机理以及实际的电路情况进行模拟，这种实验方法对过电压的研究做出了巨大的贡献。但是，由于实际电路情况错综复杂，使产生过电压的影响因素有很多，例如可能有几种不同原因产生的过电压同时交织在一起，这会影响实验结果的准确性。因此实验室模拟并不能完全真实的模拟现场的过电压。除了现场实验测量、实验室模拟，还有一种方法是现场在线监测。在线监测采用一些过电压监测系统对过电压进行实时监测。在线监测克服了现场实验测量和实验室模拟的局限性，在系统出现过电压时，可准确地记录下过电压数值，以用于后续的电压分析。

现有在线监测VFTO的方法通常为电容分压器法，如图5所示为现有VFTO实验室测量的系统结构示意图。图5中，在GIS设备外壳的手孔处设置内置电极式传感器，也称为窗口式VFTO测量传感器，该传感器基于电容分压原理，其高压臂电容C1为GIS设备母线与圆盘电极之间的分布电容，圆盘电极与手孔盖板之间的电容构成了电容分压器的低压臂电容C2，两电容之间为绝缘介质。由圆盘电极引出电压信号，电压信号经测量引线传输至示波器。由于示波器需要交流供电电源，而VFTO的暂态过程会产生瞬时扰动和空间复杂的电磁干扰，使瞬间的过电压幅值非常大，影响二次供电系统的稳定性；当电磁暂态过电压沿着导线传入示波器，可能会影响示波器测量精度，并严重损害示波器。为此，测量系统需采用蓄电池和逆变器为示波器供电。在现场操作的时候，空间电磁辐射干扰和传导的电磁干扰对供电设备的影响都很大。为了避免电磁干扰对示波器的影响，精确地测量过电压的波形，需将示波器等测量装置放在不锈钢的屏蔽箱内。而示波器放在屏蔽箱内，在现场实验过程中手动触发示波器变得异常困难。若采用示波器自动触发，则可能因为没有过电压而无法触发。若触发时机不定，可能采集不到完整的VFTO波形。为准确触发，一般采用操作时引发的空间辐射作为触发信号，触发装置通过天线接收到辐射信号后发给单片机，由单片机产生控制信号使示波器可靠并准确地记录电压波形。

综上，现有GIS快速暂态过电压测量装置由于需要工作电源，易受VFTO的暂态过程产生的空间电磁辐射干扰和传导电磁干扰的影响，特别是瞬间的过电压幅值非常大的影响而造成可靠性差，甚至会出现监测装置绝缘击穿的现象。

发明内容