探析高压线路高频电流信号监测技术

探析高压线路高频电流信号监测技术

邵长春姜楠李彬李春锐

（国网山东省电力公司临沂供电公司山东276000）

摘要：为保证高压线路运行稳定，需对其电压电流状况进行实时监测，以免出现异常时无法及时发现。但对于高压线路高频电流信号而言，提取和监测工作并非易事，传统的监测技术和设备较为陈旧，应加以创新。本文先阐述了高压高频电流信号的监测原理，然后对其监测过程进行了模拟分析。

关键词：高压线路；高频电流信号；光纤传输

引言

我国电力事业稳定发展，电力需求逐步增加，为满足现代化生产要求，电压等级和额定电流都有所增高，极易造成电流波形畸变，进而降低用电质量。实时监测作为电力系统的重要组成部分，可及时发现存在的故障，保护系统安全运行，重要性不言而喻。不过就国内目前的电力监测系统而言，还存在有不少缺点，改善现状必须走智能化道路，利用光纤进行电流信号监测和传输。

1高压线路高频电流信号监测原理

电力工业在经济建设中占据着重要地位，随着我国电力事业壮大，骨干电网电压等级不断增加，如目前的110KV、500KV电网，将来甚至会出现特高压输电线路。由于危险性很大，使得质量监测难度增加，为了能够顺利完成监测任务，可通过提取电流监测信号来实现。高压侧大信号不易检测，所以应该尝试将其转换为低压侧小信号，然后按一定的比例进行运算，得出高压侧大信号的具体情况。在设计监测装置时，要确保高压侧电流信号及时准确地转化为低压侧信号，进而监测电网运行状态。

因此，信号转换和传输非常关键。传统的监测仪表功能单一，效率较低，难以满足当前需求，目前光纤使用较多，也是今后发展的主要方向。光纤除了动态范围大、频率响应范围宽等优势，其抗电磁干扰能力也非常强，而且具有良好的电绝缘性能。这些特点使得光纤成为了高压电流信号转换为低压信号的最佳选择，既能够快速传递信号，又能保证高压侧和低压侧的绝缘，快捷安全，值得推广。

2模拟分析高压高频电流监测过程

2.1高压侧电源及信号处理

电源在电力系统中的作用越来越关键，随着电压等级的增高，对电源也提出了更高的要求。经常会根据功耗来进行电压和电流的计算，考虑到可能会出现意外，向待测单元供电时还需对其电压极值进行测试。选择电源时，应根据具体的电压等级判断，输出电压的波动必须控制在±10%，否则便需要更换。现在的电力系统往往很复杂，用电量极大，单个电源可能无法满足，可增加一个或多个电源。总之，电源设计必须保证效率高、质量轻、稳定性强、适应能力良好，能够不间断输出，且一个系统中尽量使用同一种电源，以免不同电源之间无法适应。影响电源稳定性的因素主要有电压稳定度、内阻和纹波系数，需严格控制。在此介绍光蓄电池和线圈高压母线供电两种供电技术，前者是利用太阳能电池的优点，常用有硅太阳能电池等，但它不能保存电能，所以为保证不间断的电压输出，应有蓄电池和太阳能电池连接，以存储电能，方便在阴雨天使用。后者利用的是电磁感应原理，在母线高压侧安装一个磁铁式互感器，获取交流电能后，经过整流、滤波等环节，最终实现稳定供电。

信号处理环节非常关键，高压侧的大信号无法直接传输或监测，需先进行转换，把电信号转换为光信号，把大信号转换为小信号。使用电流传感元件完成电流取样工作，取样十分关键，直接影响到后续工作，应当谨慎小心。比如电流互感器取样，这种互感器外形较小，精准度高，可通过电磁感应获取电流，而且对绕组绝缘性能没有过于严格的要求。另外，罗柯夫斯基线圈法也是一种应用较多的电流取样方式，其测量精确度高，而且不用铁芯，但线圈制作对技术要求很高。

取样电流得到的信号是模拟信号，为了满足高压侧和低压侧对绝缘性的要求，也为了避免传输过程中被干扰，需把电信号转换为光信号，数字传输速度快、准确度高，所以广受青睐。至于转换方法，可选择模数转换，也可以选择压频转换。前者转换速度较快，而且功耗小，应用较多。后者是将模拟信号转化为频率并最终以频率的形式进行传输，结构简单，不过响应速度较慢。

2.2光纤信号传输

经过上一步转换，接下来就要把转换后的信号从高压侧传输至低压侧，进而在低压侧恢复模拟信号。正如前面所说，传输通道要保证信号快速稳定的传输，还要对高压侧和低压侧进行绝缘，目前多选择光纤，其质量轻、截面细小、高绝缘性能等都能满足信号传输的要求，尤其是在较高电压等级下，其优势更为明显。

光纤传输系统主要由发射驱动、光纤和接收驱动几部分组成，发射驱动将光信号耦合进光纤，光纤将其传至接收驱动，然后接收驱动再把收到的光信号转换为模拟信号。三者间的耦合是否良好，直接关系到信号的传输质量，所以接口处务必使用专门的连接器。光发射驱动包括电发送机和光源两部分，由于对光源线性要求不高，可选择半导体激光二极管，但多用于中短距离。若要完成长距离的高质传输，还需以半导体发光二极管为优先选择。

电光转换是把电信号加载到光信号，使光信号随着电信号的变化而变化，有光源发光和光源调制两部分。光源发射的光波长应与光纤的低损耗窗口相一致，并以长波长为佳。光源体积要小，响应速度要快，发出的光谱线要窄，能够直接进行强度调制，且能够在一定的室温下连续可靠地工作。光源调制可分为内调制和外调制两种。内调制是将调制信号直接作用在光源上，对光源进行调制；外调制是光源本身不被调制，但是光在传输通道上被调制。

2.3低压侧信号处理

低压侧接收到传输信号后，系统内的光电转换器会对其进行转换，最终得到模拟信号，还原输入时的模拟信号波形，信号转换同样多使用数模转换器完成。如果高压侧的信号处理不同步，容易出现延时，进而导致处理低压侧信号时，输出和输入存在一定的相位差，为防止这种情况发生，通常在产品生产时就要调整好相位。由于传输通道的原因，数模转换时如果出现延时，几乎是不能调整的，但考虑到传输通道一般都很短，延时基本上不会对最终的精准度造成太大影响。

3结束语

随着生产水平的提升，电力需求不断增长，很多工程项目都耗电极大，电压电流等级随之增高，同时也带来了一些安全隐患。所以，实时监测尤为关键，一旦发现问题和故障，便能够及时予以解决。传统的监测技术太过落后，无法有效地完成安全监测，应在技术上进行革新。如今电网正朝着智能化、网络化、数字化方向发展，为适应这一改变，光纤的优势愈发突出，在当今应用较广，它能顺利完成高压线路电流信号的监测和提取，必然成为今后的主流趋势，所以在推广的同时，还要进一步加强研究。

参考文献：

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