如何测量和监测暂态过电压和瞬态过电压？

测量和监测暂态过电压（TOV，ms-s 级，低幅值）与瞬态过电压（TVS/FTOV，ns-μs 级，高幅值），核心是根据二者时间尺度、幅值范围、能量特性的差异，选择匹配 “采样率、带宽、存储能力、触发方式” 的设备，并结合 “离线单点测量” 或 “在线持续监测” 场景设计方案。以下分两类过电压，从 “测量原理、核心设备、具体方法、监测方案、注意事项” 展开，确保技术可落地。

一、先明确：测量与监测的核心技术要求（区分两类过电压的关键）

两类过电压的本质差异决定了测量设备的核心参数阈值，这是选择工具的前提：

技术参数	暂态过电压（TOV）要求	瞬态过电压（TVS/FTOV）要求
采样率	低（1kS/s~100kS/s），需长时间连续采样	极高（1GS/s~100GS/s），捕捉 ns 级脉冲上升沿
带宽	低（1kHz~100kHz），覆盖工频及低频分量	极高（500MHz~10GHz），覆盖高频尖峰分量
存储深度	大（GB 级），需记录数分钟至数小时的波形	中等（MB 级），仅需存储单次脉冲波形（μs 级）
幅值范围	宽（0~10kV，适配高压系统），精度要求高（±1%）	极宽（0~100kV，适配雷击场景），峰值捕捉准
触发方式	电压阈值触发（如超额定电压 1.2 倍触发）	快速边沿触发（如上升沿＞1V/ns 触发）

二、暂态过电压（TOV）的测量与监测

TOV 的核心需求是 “长时间连续记录电压变化，精准测量幅值与持续时间”（如电网故障时 1.73 倍额定电压持续 5 秒），适合用中低速、高精度设备，侧重 “离线单点测试” 或 “在线稳态监测”。

1. 核心测量设备（按场景选择）

设备类型	适用场景	核心参数	典型型号示例
高精度数字万用表（DMM）	低压系统（220V/380V）离线单点测量（如电容柜合闸 TOV）	直流 / 交流电压精度 ±0.01%，采样率 10S/s~1kS/s	福禄克 Fluke 8846A、安捷伦 Agilent 34461A
功率分析仪 / 电能质量仪	中高压系统（10kV/35kV）离线 / 在线测量（如变压器合闸 TOV）	电压精度 ±0.1%，采样率 10kS/s~100kS/s，支持波形记录	横河 Yokogawa WT5000、福禄克 Fluke 1760
暂态电压记录仪	高压系统（110kV 及以上）故障时 TOV 捕捉（如单相接地 TOV）	采样率 100kS/s~1MS/s，存储深度 1GB，支持多通道同步	日置 HIOKI 8861-50、尼奇科 NICHIGO KEISOKU TMR-800
嵌入式电能质量监测装置	配电网在线持续监测（如工业园区、变电站）	采样率 1kS/s~10kS/s，支持 4G / 以太网上传，阈值告警	华立 HL-8000、南网科技 PQM-800

2. 具体测量方法（以中高压系统 TOV 为例）

（1）离线单点测量（如测试开关操作 TOV）

设备连接：

选择 “高压分压探头”（如 1000:1 分压比，适配 10kV 系统，绝缘等级≥35kV），一端接电网母线（如 10kV 开关柜母线），另一端接功率分析仪 / 暂态记录仪的电压输入通道；

确保探头接地良好（接地电阻≤1Ω），避免干扰；设备供电用隔离电源，防止电网干扰。

触发设置：

采用 “电压阈值触发”：设置触发阈值为额定电压的 1.2 倍（如 10kV 系统，阈值设为 12kV），触发后自动记录波形，记录时长设为 5~10 秒（覆盖 TOV 的持续时间）。

操作与记录：

执行目标操作（如合闸电容柜、分闸空载变压器），设备触发后捕捉 TOV 波形；

读取关键参数：TOV 的峰值（如 13.5kV）、持续时间（从触发到电压恢复至 1.1 倍额定值的时长，如 3 秒）、波形趋势（是否有振荡）。

（2）在线持续监测（如变电站 TOV 长期监测）

装置部署：

在 10kV/35kV 母线处安装嵌入式电能质量监测装置，通过电压互感器（PT）取信号（PT 变比如 10kV/100V），避免直接接触高压；

装置接入电网 SCADA 系统或云平台，支持实时数据上传（如每 1 秒上传 1 次电压值）。

告警设置：

配置 TOV 告警阈值：幅值超 1.2 倍额定值（如 12kV）且持续时间超 100ms 时，触发声光告警并上传告警信息（含发生时间、峰值）。

数据分析：

平台自动统计 TOV 发生频次（如每月 3 次）、典型诱因（如每次均发生在电容柜合闸时），生成月度报告，辅助电网运维（如优化电容柜合闸策略）。

3. 关键注意事项

电压信号获取：中高压系统严禁直接测量，需通过 PT 或高压分压探头（绝缘等级匹配）取信号，避免触电；

精度校准：测量前校准设备（如万用表、分压探头），确保幅值误差≤±1%，避免 “假数据”；

抗干扰：设备接地独立（不与动力地共用），线缆采用屏蔽线，减少电网谐波对测量的干扰。

三、瞬态过电压（TVS/FTOV）的测量与监测

瞬态过电压的核心需求是 “高速捕捉 ns 级尖峰脉冲，精准测量峰值与上升时间”（如雷击产生的 10kV/100ns 脉冲），需用超高速、宽带宽设备，侧重 “离线故障定位” 或 “在线浪涌监测”。

1. 核心测量设备（按场景选择）

设备类型	适用场景	核心参数	典型型号示例
数字存储示波器（DSO）	电子设备端口瞬态测量（如电源口、通信口浪涌）	带宽 500MHz~10GHz，采样率 1GS/s~100GS/s，存储深度 100MB	泰克 Tektronix MDO3000、安捷伦 Agilent DSOX4024A
高速瞬态记录仪	电网 / 工业现场瞬态捕捉（如雷击、IGBT 开关浪涌）	采样率 1GS/s~50GS/s，多通道同步（4~8 通道），支持触发延迟	力科 LeCroy WavePro 7000、横河 Yokogawa DL9704
专用浪涌监测仪	户外 / 高压系统在线瞬态监测（如变电站、风电场）	带宽 100MHz~1GHz，采样率 1GS/s，内置 SPD 保护，支持 4G 上传	德国 DEHN DI-LOG、日本 OMEGA DP41-T
静电放电（ESD）测试仪	电子厂 ESD 瞬态测量（如芯片端口 ESD 冲击）	输出 ESD 脉冲（±2kV~±30kV），采样率 10GS/s，记录放电波形	瑞士 EM TEST ESD 301、泰思特 Teseq NSG 438

2. 具体测量方法（以雷击瞬态过电压为例）

（1）离线故障定位（如电子设备电源口浪涌测试）

设备连接：

选择 “高频电压探头”（带宽 1GHz，输入阻抗 10MΩ/15pF，如泰克 P6139B），一端接设备电源输入端口（如 220V 插头），另一端接示波器通道；

探头接地线尽量短（≤10cm），避免地线电感引入波形畸变（瞬态高频分量对地线长度敏感）。

触发设置：

采用 “快速边沿触发”：设置触发边沿为 “上升沿”，触发阈值为 5V（高于正常电压，捕捉浪涌），触发延迟设为 100ns（确保记录完整脉冲波形）。

模拟与记录：

用浪涌发生器（如符合 IEC 61000-4-5 标准）模拟雷击浪涌（如 8/20μs 波形，峰值 10kV），注入设备电源口；

示波器捕捉波形后，读取关键参数：瞬态峰值（如 10.2kV）、上升时间（从 10% 峰值到 90% 峰值的时间，如 8μs）、脉冲宽度（从 50% 峰值到 50% 峰值的时间，如 20μs）。

（2）在线持续监测（如风电场雷击瞬态监测）

装置部署：

在风电场 35kV 集电线路处安装专用浪涌监测仪，通过 “高频电流互感器（CT）” 取信号（监测线路浪涌电流，间接推算电压），或直接接高压分压探头（如 35kV/100V）；

监测仪内置 SPD（浪涌保护器），防止自身被瞬态过电压损坏，数据通过 4G 上传至云平台。

触发与存储：

采用 “峰值触发”：设置电流触发阈值为 10kA（对应电压约 10kV），触发后自动存储波形（存储时长 1ms，含触发前 500μs 和触发后 500μs，确保捕捉完整脉冲）。

数据分析：

平台统计瞬态过电压发生时间（如每次均在雷雨天气）、位置（某条集电线路频发）、峰值分布（多为 8~12kV），辅助制定防雷措施（如加装线路避雷器）。

3. 关键注意事项

带宽匹配：示波器 / 记录仪的带宽需≥瞬态过电压最高频率的 5 倍（如瞬态含 100MHz 分量，带宽需≥500MHz），避免波形幅值衰减或边沿展宽；

探头选择：高频探头的输入电容≤15pF，避免影响瞬态波形（电容过大导致上升时间变慢）；

安全防护：在线监测时，设备需接地良好（接地电阻≤4Ω），并加装 SPD，防止雷击能量损坏监测仪。

四、两类过电压测量与监测的核心差异总结

对比维度	暂态过电压（TOV）	瞬态过电压（TVS/FTOV）
核心设备	功率分析仪、电能质量监测装置、暂态记录仪	数字存储示波器、高速瞬态记录仪、浪涌监测仪
采样率 / 带宽	1kS/s~100kS/s / 1kHz~100kHz	1GS/s~100GS/s / 500MHz~10GHz
信号获取方式	PT、低压分压探头（绝缘等级低）	高频 PT、高压分压探头、高频 CT（绝缘等级高）
触发方式	电压阈值触发（慢响应）	边沿 / 峰值触发（快响应）
数据存储重点	长时间连续数据（数小时）	单次脉冲波形（μs 级）
典型应用场景	电网开关操作、单相接地故障监测	雷击、ESD、IGBT 开关浪涌监测

五、总结：测量与监测的核心原则

设备匹配：根据过电压的时间尺度选择采样率 / 带宽，避免 “用低速设备测瞬态”（抓不到脉冲）或 “用高速设备测 TOV”（浪费存储且数据冗余）；

安全第一：中高压系统测量需通过 PT/CT 或高压探头，严禁直接接触高压；

数据闭环：测量不仅要捕捉波形，更要分析诱因（如 TOV 因电容合闸、瞬态因雷击），为防护措施（如加装 SPD、优化操作）提供依据。

审核编辑 黄宇