PicoScope在Techimp高压监测系统中的应用

摘要

高压线缆的局放（局部放电暂态对地电压）是电力系统里面的一个头疼问题，尤其在高空输电网接头转换的位置。Techimp公司在给欧洲电网运营商TenneT供货的PCMONS就是一套连续监测、局放事件的系统。其中的核心组件就是PicoScope示波器，每套子系统都包含2台高采样率的PicoScope6000系列示波器用于记录高频瞬态波形，以及6台PicoScope4824八通道示波器用于记录多路传感器信号。PicoScope的SDK开发库支持使得整套系统的软件能够无缝运行。

一、系统介绍

Techimp是全球电气设施故障诊断的领先品牌，最近它们给TenneT供货了一套PCMONS系统（电源连接监测系统），TeneT是欧洲大牌的电网运营商（类似我们的国家电网）。PicoScope作为一个部件集成在这套系统里。

高压线缆的局放（局部放电暂态对地电压）是电力系统里面的一个头疼问题，尤其在高空输电网接头转换的位置。所以TenneT才会订购一套Techimp 的PCMONS系统，用在他们的Randstad Noordring 项目里面。PCMONS系统会永久连续地进行监测，捕获所有超过幅度阈值的暂态波形。每次局放产生的时候，它能一次性同时抓取所有参数，对应时间戳的精度可以达到100ns，以便于和其他系统捕获的事件在时间上相互关联。

图1 ：室内机柜，PicoScope 6000系列和4824 是采集系统的核心，还包括Techimp自己开发

安装这套系统是为了收集数据，了解传输线路或高空输电网的表现，确认局放机制的数学模型是否准确，并且得到一个系统的老化指征，在局放不时发生的情况下能够判断剩余的寿命。

PCMONS系统安装在荷兰北部超过40公里的高压电网上，通过8个单元分配给13个地区和4个变电所。它的基本组成就这样的：前端传感器，连接到机柜中安装的放大器，比克科技的捕获设备以及一套触发逻辑。所有的机柜分别通过光缆连接到一台服务器主机，它负责集中分配触发信号，各个机柜采集到的数据再传回主机。服务器主机除了存储数据还有一套专门的人机接口用于显示和分析，叫做Techimp TiSCADA

图2：Techimp TiSCADA 界面一览

PCMONS系统负责捕获，处理，打包并呈现和电力连接相关的信息，用户可以使用它全套的功能。不论是连续的还是脉冲信号，电压还是电流，包括局部放电过程的波形都会被存储下来。

每个输入通道都可以独立调节触发阈值，超过这个阈值，就会开始捕获。一个供电单元里只要有1个传感器监测到符合要求的特征事件，就会触发并测量整个单元里面的所有参数。每个输入触发电平都可以在0到最大输入电压之间调节，通过人机交互界面或者远程控制就可以操作。

每次触发之后，所有输入频率小于1MHz的信号都会记录1s时间。而所有频率大于1MHz的信号记录20ms。（为了最大化利用存储空间）

详细来说，PCMONS会记录以下参数：

以下每个参数都通过PicoScope示波器来记录，用到的有PicoScope 6000系列的3个通道采集500MHz信号，以及PicoScope 4824的7个通道采集1MHz信号，剩下的1个通道作为触发输入。PicoScope在将尺寸小、精度高、带宽高、界面友好等等特点完美地结合在了一起。

•  参数1：相电压瞬态波形（0-693KV，DC-1MHz，PicoScope 4824）在变电所用一个RC分压电路，测量相电压，在系统被触发的时候以高采样率记录波形

• 参数2：相电压振幅（0-693KV，DC-1MHz，PicoScope 4824）利用软硬件求和得出一条线路上的电压均值。在系统工作时一直连续采集电压波形，采样率选用较低的值，每隔一段时间计算出一个均方根值，作为输出结果

• 参数3：各相电流(0 to 4 kA, 0.2 Hz to 2 kHz; PicoScope 4824) 使用高压电流换能器（HVCTs）在变电所测量每相的电流，在系统触发时用高分辨率来记录波形（和相电压同步）

• 参数4：高空输电网电流振幅(0 to 4 kA 0.2 Hz to 2 kHz; PicoScope 4824) 利用软硬件求和来求出母线上的电流流入与流出。在系统工作时一直连续采集电流波形，采样率选用较低的值

• 参数5：线缆上的总电流(0 to 22 kA, 0.2 Hz to 1 MHz; PicoScope 4824) 使用罗氏线圈安装在每条线缆的末端，使用高采样率，在系统触发的时候采集波形

• 参数6：线缆屏极电流(0 to 22 kA, 0.2 Hz to 1 MHz; PicoScope 4824) 通过罗氏线圈套接在线缆屏蔽壳接地的地方，测量流过线缆屏蔽壳的电流，使用高采样率，在系统触发的时候采集波形

• 参数7：线缆中的电流振幅 (0 to 2 kA, 0.2 Hz to 2 kHz; PicoScope 4824) 持续地测里昂线缆中的电流振幅，每隔一段时间计算一个均方根值电流作为输出结果

• 参数8：终端的局部放电电压(0 to 1000 pC, 500 MHz; PicoScope 6000 Series) 测量高空输电线和地面线缆连接处的局部放电，信号通过安装在终端的传感器采集记录

• 参数9：浪涌放电器电流(120 kA, 1 Hz to 5 Hz; PicoScope 4824) 使用罗氏线圈测量每个浪涌放电器到地的电流，用高采样率，在系统触发的采集

• 参数10：浪涌放电器漏电电流(12 mA, 0.1 to 650 Hz; PicoScope 4824) 使用罗氏线圈测量浪涌放电器的漏电楼，使用高采样率，在系统触发的时候采集

• 参数11：屏蔽壳连接处电压(DC to 10 kV DC to 1 MHz; PicoScope 4824) 用一个分压器，测量屏蔽壳连接处（比如高压联接器）的电压，使用高采样率，在系统触发时采集

• 参数12：屏蔽连接处的电流(0 to 22 kA, 0.2 Hz to 1 MHz; PicoScope 4824) 使用罗氏线圈在屏蔽壳连接处测量电流，使用高采样率，在系统触发的时候采集

• 参数13：线缆连接处的局放 (0 to 1000 pC, 500 MHz; PicoScope 6000 Series) 在线缆连接处用内置的传感器测量局放数值

二、界面可视化

图3：瞬态脉冲产生时记录的波形

人机交互接口基于Techimp的TiSCADA软件，可以让客户控制整个系统，看到波形和异常的事件记录，并且与发生地点相关联。

所有的波形都以异常事件作为索引，每次采集的事件都记录下来它的发生时间和一个归一化数值，这个数值可以简单的描述波形的特征，所有事件连接起来可以看到一条趋势曲线，点开每个点就能够查看详细的事件对应的波形、参数和发生位置。

三、事件追踪

事件还可以按照区位来查看，从地理信息图上直接浏览或者在查看异常事件在整个输电线上的分布。

图4 事件追踪界面

图5 事件详细信息界面

结论

以上系统是2015年上线的，这套仪器还曾在2013年安装到了一套和PCMONS类似的系统里面，至今没有产生任何偏差，测量结果始终完美地保持一致。