一种进行大地电位差监测的系统及方法

摘要

本发明提供一种进行大地电位差监测的系统及方法，包括变电站和交流输电线路，变电站接地扁钢与变电站主变压器中性点相连，两变电站的主变压器通过交流输电线路相连，大地电位差产生流经交流输电线路的电流，变电站接地扁钢与变电站主变压器中性点之间连接有录波装置，录波装置与GSM/GPRS网络通信连接，GSM/GPRS网络与监测总站服务器通信连接，录波装置上还连接GPS同步装置，本发明形成监测变电站之间电位差测试回路，实现覆盖整个地区的大地电位差监测网，为大地电流活动与电网运行方式的逻辑关系分析提供有力依据，有助于完善区域地震灾害监测和预警平台建设，为电力、通讯等系统的异常运行状态提供判据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用110kV及以上的交流输电线路和变电站，通 过监测流经电力变压器中性点的直流电流，实现对线路两端的大地电 位差进行录波并实时监测的系统及方法。

背景技术

地震是地球上主要自然灾害之一，近几年，地震灾害频繁，地震 产生的地震波可直接造成建筑物的破坏甚至倒塌，发生在山区还可能 引起山体滑坡等灾害，地震造成的人员伤亡和财产损失无法估量。地 震会引起大地局部电位变化，通过分析大地电位差活动规律，有助于 完善区域地震灾害监测和预警手段。

太阳磁暴、直流输电系统单极运行均会引起大地电位差变化，开 展大地电位差变化的监测有助于判断相关地域的电力、通讯等系统的 异常状态，及时制定相应措施。

目前在大地电位差观测方面，均需要铺设专用测量回路，一般最 多不超过10公里，投资巨大，不能构建覆盖面积广的观测网。我国 电力系统交流输电网络发达，距离长，覆盖面广，为开展大地电位差 监测研究提供了先天的测量回路。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供一种进行大地电位差监测的系 统及方法，对区域太阳磁暴活动、地震地电活动、直流输电系统单极 大地运行等现象所引起的大地电位差活动规律，进行实时监测。

本发明的技术方案：一种进行大地电位差监测的系统，包括变电 站和交流输电线路，其特征在于：所述变电站接地扁钢连接在变电站 主变压器中性点上，两变电站的主变压器通过交流输电线路相连，大 地电位差产生流经交流输电线路的电流，变电站的接地扁钢与变电站 的主变压器连接的中性点上连接有录波装置，录波装置与GSM/GPRS 网络通信连接，GSM/GPRS网络与监测总站服务器通信连接，录波装 置、GSM/GPRS网络以及监测总站服务器构成数据传输网络，录波装 置上还连接GPS同步装置。

一种利用上述系统进行大地电位差监测的方法，其特征在于： 包括以下步骤，

S1，各个变电站接地扁钢分别连接其变电站主变压器，并通过 交流输电线路连接两相邻变电站的变电站主变压器形成回路，大地电 位差产生通过交流输电线路的传输回路电流；

S2，录波装置安装在变电站主变压器(2)中性点上，实时测量通 过交流输电线路的传输回路电流；

S3，GPS同步装置接收卫星信号，并对站内录波装置进行时间 修正，使所有录波装置时间步调一致；

S4，所有步调一致的录波装置将各自测量的传输回路电流数据 传送到GSM/GPRS网络上；

S5，GSM/GPRS网络将接收到的所有的传输回路电流数据传送到 监测总站服务器上实现同一时刻全网大地电流分布的同步监测，达到 进行大地电位监测的效果。

所述交流输电线路的输电电压大于或等于110kV。

两个变电站间的大地电位差U＝I₀*(R_B+R_L)，其中I₀为录波装置 (4)测量到的通过交流输电线路的传输回路电流，主变压器直流电 阻R_B和交流输电线路直流电阻R_L为电力系统定期停电试验数据。

本发明的技术效果：

1.利用交流输电线路覆盖面广、线路距离远、直流阻抗小的特点， 形成监测变电站之间电位差测试回路；

2.装置安装后，能快速接入系统网络，实现覆盖整个地区的大地 电位差监测网；

3.各分布式录波装置采用GPS卫星同步，为大地电流活动与电网 运行方式的逻辑关系分析提供有力依据；

4.通过监测一个地区的大地电位差活动规律，有助于完善区域地 震灾害监测和预警平台建设，为电力、通讯等系统的异常运行状态提 供判据。

附图说明

图1是本发明大地电位差监测系统原理图；

图2是本发明大地电流传输回路示意图；

图3是本发明录波装置在交流电网中的布置图；

图4是本发明数据传输网络示意图。

图中标号分别表示，1—变电站接地扁钢；2—变电站主变压器；

3—交流输电线路；4—录波装置；5—GSM/GPRS网络；6—监测总 站服务器；7—GPS同步装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1所示，一种进行大地电位差监测的系统，包括变电站和交 流输电线路3，其特征在于：所述变电站的变电站接地扁钢1连接在 变电站主变压器2上，两变电站的变电站主变压器2通过交流输电线 路3相连，大地电位差产生流经交流输电线路3的电流，变电站的接 地扁钢1与变电站的主变压器2连接的中性点上连接有录波装置4， 录波装置4与GSM/GPRS网络5通信连接，GSM/GPRS网络5与监测总 站服务器6通信连接，录波装置4、GSM/GPRS网络5以及监测总站服 务器6构成数据传输网络，录波装置4上还连接GPS同步装置7。

如图2所示，两个变电站之间出现的电位差以恒压源U等效，通 过主变压器直流电阻R_B、交流输电线路直流电阻R_L产生通过交流输 电线路的传输回路电流I₀，通过接地网电阻和大地等效电阻产生通过 大地的传输回路电流I₁。

具体地，110kV及以上交流输电线路直流电阻一般不超过50mΩ/ 公里，电力变压器直流电阻不超过1Ω，以相距200公里变电站为例， 其输电线路阻抗不超过10Ω,整个阻抗不超过12Ω，因此可知在产生 12mV大地电位差时，即有1mA电流，该电流值的测量需求以现有测 量技术可满足。

如图3所示，系统利用交流输电线路覆盖面广、线路距离远、直 流阻抗小的特点，为开展大地电位差监测研究提供了便捷的电流传输 回路。图中，录波装置#1监测500kV变电站接入到220kV交流输电 线路中的直流电流；录波装置#2监测220kV变电站接入到220kV交 流输电线路中的直流电流；录波装置#3监测220kV变电站接入到 110kV变电站的电流；录波装置#4监测110kV变电站接入到110kV交 流输电线路中的电流。以此类推，利用交流输电线路，可形成N个 110kV及以上等级变电站之间大地电位差电流监测回路。

每个变电站录波装置安装在变电站主变压器中性点接地扁钢 上，可测量电流I₀,则可获得两个变电站之间的电位差U＝I₀*(R_B+R_L), 其中主变压器直流电阻R_B和交流输电线路直流电阻R_L为电力系统定 期停电试验数据，该数据在运行中基本不变。

如图4所示，每个变电站的录波装置连续对各监测点不同时刻 的电流值采样，即可实现对大地电位差变化规律的长期跟踪。利用覆 盖当地的GSM/GPRS无线网络与监测总站服务器进行双向数据通讯， 实现录波装置远程接入网络的部署。选择多个变电站安装录波装置， 实现覆盖整个地区的大地电位差监测网。

GPS同步装置接收卫星信号，产生精确的秒脉冲及时刻值，完成 对录波装置时间修正。录波装置根据设置相同的采集时刻及采集时间 间隔，使所有录波装置采集时间步调一致，实现同一时刻全网大地电 流分布的同步监测。

本发明的技术效果，利用交流输电线路覆盖面广、线路距离远、 直流阻抗小的特点，形成监测变电站之间电位差测试回路；装置安装 后，能快速接入系统网络，实现覆盖整个地区的大地电位差监测网； 各分布式录波装置采用GPS卫星同步，为大地电流活动与电网运行方 式的逻辑关系分析提供有力依据；通过监测一个地区的大地电位差活 动规律，有助于完善区域地震灾害监测和预警平台建设，为电力、通 讯等系统的异常运行状态提供判据。