配网谐波远程在线监测装置的设计与应用

秦银海

（广州供电局有限公司，广州,510620）

配网谐波远程在线监测装置的设计与应用

秦银海

（广州供电局有限公司，广州,510620）

为对配网系统的谐波进行在线监测，设计了一套配网谐波在线监测装置。通过信号采集装置采集线路的电压互感器和电流互感器信号，把信号转化数字信号，FFT模块利用FPGA内部FFT IP核进行快速傅立叶变换得出谐波数据，用GPRS模块将监测数据远程传输至供电局主控计算机。通过将该装置安装于广州某钢厂高压配电室内运行表明：该装置能够满足配网谐波的在线监测的要求，监测到该钢厂的谐波含量，其中部分谐波已超标；并能将监测结果远程传输至主控计算机，完成配网谐波的远程监测。

配网；谐波；远程；在线监测

0 引言

谐波会使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可能引起电力系统局部的并联谐振或串连谐振，使得谐波含量放大，造成电容器等设备的烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱，谐波对通信设备及电子设备还可能会产生严重干扰。因此，准确监测出电网的谐波，为消除谐波污染，把谐波含量控制在允许的范围内，具有重要意义。

本文针对配网系统的谐波在线监测问题，设计了一套配网谐波远程在线监测装置，并在广州某钢铁公司高压配电室安装使用，结果表明本设计能有效地对配网谐波进行远程实时监测。

1 装置的整体设计

为实现对配网系统谐波进行在线监测，并将监测数据实时上传至主控计算机，设计了如图1所示的监测装置原理框图。

图1 配网谐波在线监测装置原理图

如图1所示，从变电站母线电压互感器（PT）和电流互感器（CT）的输出端获取系统的电压、电流信号，经信号分析装置进行信号处理后由GPRS网络将谐波信号上传至主控计算机。

基于图1的工作原理，信号分析装置的原理结构如图2所示。

图2 配网谐波在线监测装置结构图

信号经由信号调理模块进入AD转换模块进行数据转换，AD转换模块的控制信号由FPGA提供。AD转换模块输出的数字信号在FPGA中进行快速傅里叶变换，变换结果存入SRAM中，同时由时钟模块提供时钟信号，定时将谐波数据经由MCU通过GPRS模块传输至主控计算机。

2 在线监测装置的设计

2.1 信号调理模块

信号调理模块的主要功能是把互感器输出的电压信号和电流信号转化成适合A/D转换的电压信号。互感器电压PT和电流互感器CT为电流隔离器件，其输入输出保持线性关系。

如图3所示，电压互感器的副边输出2mA电流经OP07转换成-5～+5V的电压量。电流互感器的副边输出经OP07转换成-5～+5V的电压量。D1、D2，D3、D4为输入限幅保护电路；Cv、Rv2，Ci、Ri1为互感器相移补偿电路。OP07的1、8脚间加电位器调节以消除自激振荡。

2.2 数据采集模块

数据采集模块的核心是AD采集模块，包括AD转换模块、FPGA、MCU。设计采用的AD转换模块为AD7982，该芯片为18位差分输入的逐次逼近型串行模数转换器，最高转换速率可达1MSPS，其应用电路如图4所示。FPGA与MCU为数据采集模块的核心，本设计选用的MCU为3.3V电源供电，MCU除与FPGA相连，还有其最小系统电路和启动采集电路。

2.3 FFT模块

本设计利用FPGA内部FFTIP核进行快速傅立叶变换，FFT模块的电路图5所示。

图3 信号调理模块电路原理图

图4 AD转换模块电路原理图

图5 FFT模块电路图

2.4 GPRS通信模块

谐波在线监测装置通常安装在变电站的测量柜内，而主控计算机一般位于供电公司的控制室内，为实现监测数据的远距离传输，采用GPRS无线传输的数据通信方式。本设计采用MD-309DTU型无线通信模块。该模块的工作电压为5-36V，通信接口为RS232，通信网络结构为点到多点的模式，如图6所示。

图6 GPRS通信结构

3 装置应用验证

配网谐波在线监测装置研制实物如图7所示。为了测试该装置的准确性，于广州市某钢铁有限公司的高压配电室内，完成了监测装置的安装。该钢厂共有三台主变，装置监测的线路电压等级为10kV，容量为12MVA。该线路上电压互感器变比为100：1，最大输出100V；电流互感器变比为200：1，最大输出5A。

图7 监测装置实物图

完成了配网谐波在线监测装置的安装后，将装置供电运行，并于广州供电局的主控计算机上接收到监测结果，这里仅列出了前15次谐波的数据。

4 结论

通过对配网谐波在线监测装置的信号调理模块、数据采集模块、FFT模块及GPRS通信模块进行设计，完成了装置的研制。该装置于广州某钢铁公司的配电室内进行了安装测试，测试结果表明，配网谐波在线监测装置的GPRS通信模式可以完成数据的远程传输，谐波监测功能满足要求，证明了设计的合理性及监测装置的有效性。

[1]汤钰鹏，徐建军.高次谐波产生的原因、危害及其抑制. 电气传动自动化，2000，（2）：23-26.

[2]吕润馀. 电力系统高次谐波. 北京：中国电力出版社，1998（电能质量技术丛书；第3分册）.

The design and application of the remote on-line monitoring device for distribution network

Qin Yinhai
(Guangzhou Power Supply Bureau Co.,Ltd.,Guangzhou,510620)

In order to monitor distribution network harmonic online,a harmonic monitoring device is designed.Signals of PT and CT are collected into collecting part and transformed into digital signals.The FFT module completes FFT and obtains harmonic databy using the FFT IP core of FPGA.The data are transferred to master computer of power supply bureau by GPRS module.The device is installed into a high voltage power distribution room of a iron-works in Guangzhou,the result shows that the device is able to meet online monitoring requirements and monitor the harmonic content of the iron-works,some of those exceed the standard.And the device is able to transfer data to master computer by remote transmission, complete the remote monitoring of distribution network harmonic.

distribution network; harmonic wave; remote; online monitoring

TM932