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[摘要]经过长期的改进，配电网运行故障率日渐降低，但过电压引起的事故率却日益凸显。过电压作为目前诱发电力设备绝缘事故的主要因素，其出现的时间和大小具有不可预知性，对它的能量及对设备的损坏程度也不可准确评估，因此开发配电网过电压在线监测系统至关重要。
关键词：配电网；雷电过电压；内部过电压；在线监测；发展
中图分类号：TM642
虽然配电网在实际运行中会采用多种保护方式，如降低雷击线路建弧率、提高线路绝缘水平和改善配电网中性点运行方式等，但过电压事故仍然是电网中引发事故最多的原因。目前国内已经有一些过电压监测设备面世，但仍然缺乏有效的方法对过电压的危害进行监测，因此为了准确了解现场过电压的状况，为过电压的研究提供一手资料，本文就配电网过电压在线监测系统展开探讨。
1. 配电网过电压的分类
（1）雷电过电压。雷电过电压不仅对电力设备造成损坏，同时会对电子产品造成损坏，其又分为直接雷过电压和感觉雷过电压。运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害最大，感应雷过电压只对35kV以下的线路有威胁。
（2）内部过电压。在电力系统中，由于对电力系统设备的各种操作而使得电力系统的参数瞬时发生变化，引起系统振荡产生过电压；另外系统故障同样会引起参数变化而导致系统振荡，或是使用系统不平衡而引起过电压。按照产生原因，内部过电压又可分为暂时过电压和操作过电压，暂时过电压是指持续时间较长的不衰减或弱衰减的振荡的超过额定值的电压，操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。
暂时过电压又可分为如下四种类型：①空载长线电容效应：线路很长，线路的长度与工频波长处于同一个数量级。在工频电源作用下，由于线路本身分布电感与远距离空载线路电容形成串联振荡，使沿线电压形成驻波，在末端电压最高，它超出规定的范围；②不对称短路接地：三相输电线路一相短路接地故障时，电压相对大地为零，另两相上的电压会升高到线电压；③甩负荷过电压：在输电线路发生故障而被迫突然用掉负荷吋，由于线路上存在储能元件，能量消耗要经过一定时间，由此引起的过电压；④谐振过电压：线路中，存在电感、电容元件，当这些元件自谐振频率等于工频或某一谐波频率时，就出现共振而引起过电压。
操作过电压又可分为如下四种类型：①空载线路合闸和重合闸过电压：线路本身存在电感和电容，在合闸和重合闸过程中，相当于给一个冲击电源，电容和电感在冲击电源下产生谐振。重合闸相当于多次给线路加入冲击电源，会引起更严重的过电压；②切除空载线路过电压：空载线路可以看作一个容性负荷，当断路器断开容性负荷，且断路器觸头又间发生电弧重燃时，使容性负载从电源获得能量积累，形成过电压；③间歇弧光接地过电压：中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，故障点的电弧熄灭的间歇性现象，导致电网中电感、电容回路的电磁振荡，形成弧光接地过电压；④切断空载变压器过电压：因变压器为感性元件，在截流瞬间，开关上产生高压，会引起电弧重燃，重燃过程中将阐述高频振荡过电压。
2. 配电网过电压在线监测系统的结构
配电网过电压在线监测系统由高压分压部分、数据采集部分、过电压数据处理分析软件构成，对数据分析通常采用工控机，其中涉及的关键技术如下：
（1） 高压分压器。作为实现过电压精确测量的重要环节，高压分压器需要能够将信号不失真变成低电压，利用后面的系统对信号采集。分压器的主要类型由电容分压器、电阻分压器和阻容分压器等几种结构形式，而在电力系统实际运用中，使用的是阻容分压器和电容分压器（以套管分压器为代表）。
（2） 信号传输。信号传输负责将高压分压器形成的低电压信号，传输给数据采集装置，要求其对各种信号传输过程中不失真。目前信号传输主要以同轴电缆为主，也有采用光纤传输的，光纤作为传输媒介，具有可靠性高、传输容量大、绝缘性能好和不受电磁干扰的特点，但需要配备专门的接收机和光发射，安装维护比较困难且成本较高。
（3） 数据采集装置。信号传输到数据采集装置，实时监测电网电压，为了装置运行安全，通常采集装置需要远离高压，避开高压大电流的强干扰。数据采集装置需要具备高速采样能力，一般采样频率在10MHz以上，并且要对电压信号进行判断，确认其是否为过电压，并且根据不同的情况进行记录，以利于减少占用的存储空间，并实现数据的准确上传。
（4） 数据分析处理。作为配电网过电压在线监测系统的软件核心，数据分析处理分为在线监测和离线分析两类。在线监测软件不但要对数据进行分析，还要对采集过程进行控制，能够从采集装置内部读取各种数据；离线分析是对采集数据的分析和处理。
3. 配电网过电压在线监测系统的现状和发展趋势
3.1 配电网过电压在线监测系统的现状
目前国内所使用的配电网过电压在线监测装置，大多存在如下问题：
（1） 分压器一般采用电容式分压器或电阻式分压器，由于采用不同的分压器，会得到不同的性能，导致参数差异较大，如电阻式分压器在高频时受分布电阻影响较大，容易实现信号阻抗匹配，在电压较高时功耗较大；电容式分压器在高频时容易实现信号阻抗匹配，但低频时会出现信号处理的失真。因此目前国内关于分压器的实际使用，还有待完善和成熟。
（2） 目前配电网过电压在线监测装置以对内过电压监测为目标，对高频过电压（如雷电过电压）监测不到位，一般只是粗略监测到，而没有进行波形的记录和数据的分析处理。
（3） 软件分析处理的能力较低。对过电压主要的产品是电能质量分析类仪器，它是要对电能质量进行分析，一般只分析32次到64次谐波，没有涉及到更高的频率，且分析电压幅值也只是一般过电压，而对雷电及其他的高频分析是个空白。
3.2 配电网过电压在线监测系统的发展趋势
首先，配电网过电压在线监测系统的质量有待提升。目前多数配电网过电压在线监测装置还处于研发阶段，面向市场较少，成熟的产品要在电力系统上进行运行和完善，还需要很长的时间。随着电网规模和容量的不断扩大，常规的故障在不断减少，而过电压的故障率日益凸显，配电网过电压在线监测系统质量的提升已经迫在眉睫。
其次，新兴技术不断地应用到配电网过电压在线监测系统的研制中。新兴技术的不断发展和应用，如光纤技术、传感器技术、信息处理技术和计算机技术等的使用，必将推动配电网过电压在线监测系统的不断升级。
再次，电压等级的扩散。目前配电网过电压在线监测系统还主要应用于35kV以下系统，这主要是因为在此电压下，分压器的实现相对比较容易，今后必然会向着高电压等级的方向发展。
最后，分析软件系统智能化水平的提高。目前由于对现场数据了解较少，且对于过电压在电网中形成及现象并不确切，所以对数据的分析处理还处于初级阶段。随着对现场数据的分析和积累，并且对过电压在电网中影响的认识更为透彻，日后必然会形成数据分析库，将各种分析处理结果提供给现场运行人员作参考，为现场分析提供技术支持。
4. 小结
目前市场上出现的过电压监测装置，还没有很好的办法对过电压危害进行监测，并且由于现场数据较少，使得对过电压产生的危害状态没有明确指标。在这种背景下，探究配电网过电压在线监测系统的结构和发展趋势势在必行。
参考文献：
[1]陈慈萱.过电压保护原理与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]李露，刘伟明.高压电网过电压在线监测系统设计与应用[J].电工技术，2009，8（4）：56-58.
关键词：配电网；雷电过电压；内部过电压；在线监测；发展
中图分类号：TM642
虽然配电网在实际运行中会采用多种保护方式，如降低雷击线路建弧率、提高线路绝缘水平和改善配电网中性点运行方式等，但过电压事故仍然是电网中引发事故最多的原因。目前国内已经有一些过电压监测设备面世，但仍然缺乏有效的方法对过电压的危害进行监测，因此为了准确了解现场过电压的状况，为过电压的研究提供一手资料，本文就配电网过电压在线监测系统展开探讨。
1. 配电网过电压的分类
（1）雷电过电压。雷电过电压不仅对电力设备造成损坏，同时会对电子产品造成损坏，其又分为直接雷过电压和感觉雷过电压。运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害最大，感应雷过电压只对35kV以下的线路有威胁。
（2）内部过电压。在电力系统中，由于对电力系统设备的各种操作而使得电力系统的参数瞬时发生变化，引起系统振荡产生过电压；另外系统故障同样会引起参数变化而导致系统振荡，或是使用系统不平衡而引起过电压。按照产生原因，内部过电压又可分为暂时过电压和操作过电压，暂时过电压是指持续时间较长的不衰减或弱衰减的振荡的超过额定值的电压，操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。
暂时过电压又可分为如下四种类型：①空载长线电容效应：线路很长，线路的长度与工频波长处于同一个数量级。在工频电源作用下，由于线路本身分布电感与远距离空载线路电容形成串联振荡，使沿线电压形成驻波，在末端电压最高，它超出规定的范围；②不对称短路接地：三相输电线路一相短路接地故障时，电压相对大地为零，另两相上的电压会升高到线电压；③甩负荷过电压：在输电线路发生故障而被迫突然用掉负荷吋，由于线路上存在储能元件，能量消耗要经过一定时间，由此引起的过电压；④谐振过电压：线路中，存在电感、电容元件，当这些元件自谐振频率等于工频或某一谐波频率时，就出现共振而引起过电压。
操作过电压又可分为如下四种类型：①空载线路合闸和重合闸过电压：线路本身存在电感和电容，在合闸和重合闸过程中，相当于给一个冲击电源，电容和电感在冲击电源下产生谐振。重合闸相当于多次给线路加入冲击电源，会引起更严重的过电压；②切除空载线路过电压：空载线路可以看作一个容性负荷，当断路器断开容性负荷，且断路器觸头又间发生电弧重燃时，使容性负载从电源获得能量积累，形成过电压；③间歇弧光接地过电压：中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，故障点的电弧熄灭的间歇性现象，导致电网中电感、电容回路的电磁振荡，形成弧光接地过电压；④切断空载变压器过电压：因变压器为感性元件，在截流瞬间，开关上产生高压，会引起电弧重燃，重燃过程中将阐述高频振荡过电压。
2. 配电网过电压在线监测系统的结构
配电网过电压在线监测系统由高压分压部分、数据采集部分、过电压数据处理分析软件构成，对数据分析通常采用工控机，其中涉及的关键技术如下：
（1） 高压分压器。作为实现过电压精确测量的重要环节，高压分压器需要能够将信号不失真变成低电压，利用后面的系统对信号采集。分压器的主要类型由电容分压器、电阻分压器和阻容分压器等几种结构形式，而在电力系统实际运用中，使用的是阻容分压器和电容分压器（以套管分压器为代表）。
（2） 信号传输。信号传输负责将高压分压器形成的低电压信号，传输给数据采集装置，要求其对各种信号传输过程中不失真。目前信号传输主要以同轴电缆为主，也有采用光纤传输的，光纤作为传输媒介，具有可靠性高、传输容量大、绝缘性能好和不受电磁干扰的特点，但需要配备专门的接收机和光发射，安装维护比较困难且成本较高。
（3） 数据采集装置。信号传输到数据采集装置，实时监测电网电压，为了装置运行安全，通常采集装置需要远离高压，避开高压大电流的强干扰。数据采集装置需要具备高速采样能力，一般采样频率在10MHz以上，并且要对电压信号进行判断，确认其是否为过电压，并且根据不同的情况进行记录，以利于减少占用的存储空间，并实现数据的准确上传。
（4） 数据分析处理。作为配电网过电压在线监测系统的软件核心，数据分析处理分为在线监测和离线分析两类。在线监测软件不但要对数据进行分析，还要对采集过程进行控制，能够从采集装置内部读取各种数据；离线分析是对采集数据的分析和处理。
3. 配电网过电压在线监测系统的现状和发展趋势
3.1 配电网过电压在线监测系统的现状
目前国内所使用的配电网过电压在线监测装置，大多存在如下问题：
（1） 分压器一般采用电容式分压器或电阻式分压器，由于采用不同的分压器，会得到不同的性能，导致参数差异较大，如电阻式分压器在高频时受分布电阻影响较大，容易实现信号阻抗匹配，在电压较高时功耗较大；电容式分压器在高频时容易实现信号阻抗匹配，但低频时会出现信号处理的失真。因此目前国内关于分压器的实际使用，还有待完善和成熟。
（2） 目前配电网过电压在线监测装置以对内过电压监测为目标，对高频过电压（如雷电过电压）监测不到位，一般只是粗略监测到，而没有进行波形的记录和数据的分析处理。
（3） 软件分析处理的能力较低。对过电压主要的产品是电能质量分析类仪器，它是要对电能质量进行分析，一般只分析32次到64次谐波，没有涉及到更高的频率，且分析电压幅值也只是一般过电压，而对雷电及其他的高频分析是个空白。
3.2 配电网过电压在线监测系统的发展趋势
首先，配电网过电压在线监测系统的质量有待提升。目前多数配电网过电压在线监测装置还处于研发阶段，面向市场较少，成熟的产品要在电力系统上进行运行和完善，还需要很长的时间。随着电网规模和容量的不断扩大，常规的故障在不断减少，而过电压的故障率日益凸显，配电网过电压在线监测系统质量的提升已经迫在眉睫。
其次，新兴技术不断地应用到配电网过电压在线监测系统的研制中。新兴技术的不断发展和应用，如光纤技术、传感器技术、信息处理技术和计算机技术等的使用，必将推动配电网过电压在线监测系统的不断升级。
再次，电压等级的扩散。目前配电网过电压在线监测系统还主要应用于35kV以下系统，这主要是因为在此电压下，分压器的实现相对比较容易，今后必然会向着高电压等级的方向发展。
最后，分析软件系统智能化水平的提高。目前由于对现场数据了解较少，且对于过电压在电网中形成及现象并不确切，所以对数据的分析处理还处于初级阶段。随着对现场数据的分析和积累，并且对过电压在电网中影响的认识更为透彻，日后必然会形成数据分析库，将各种分析处理结果提供给现场运行人员作参考，为现场分析提供技术支持。
4. 小结
目前市场上出现的过电压监测装置，还没有很好的办法对过电压危害进行监测，并且由于现场数据较少，使得对过电压产生的危害状态没有明确指标。在这种背景下，探究配电网过电压在线监测系统的结构和发展趋势势在必行。
参考文献：
[1]陈慈萱.过电压保护原理与运行技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]李露，刘伟明.高压电网过电压在线监测系统设计与应用[J].电工技术，2009，8（4）：56-58.