CN101937024A - 中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及一种基于该方法的测量装置。所述测量方法包括以下步骤：a)施加激励源，通过消弧线圈的副圈向电网中注入频率介于f₀与2f₀之间(设配电网的工频频率为f₀)的激励信号，设激励信号的频率为f_c；b)测量电流，通过对零序电流互感器输出信号的测量，得出电流量；c)测量电压，通过母线电压互感器测量出电压量；d)计算对地容抗。所述测量装置包括信号注入模块、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理模块包括与零序电流互感器的输出端电气连接的信号处理模块。本发明的测量方法，可方便、准确的进行对地容抗和电流的测量，且避免了操作人员对电网一次侧的操作。

Description

中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及一种中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及测量装置，更具体的说，尤其涉及一种通过零序电流互感器检测电流和通过母线电压互感器检测电压的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及测量装置。

背景技术

随着供电网络的发展，系统单相接地电容电流不断增加，中性点经消弧线圈谐振接地方式日益普遍，为了确定消弧线圈的容量和感抗，首先需要测量电网的电容及电流情况。现有配电网的对地电容及电容电流测量方法有直接法和间接法两种。直接法主要包括单相金属接地法，该方法操作接线复杂，对测量人员和配电系统存在一定的安全隐患。间接法包括中性点外加电容法、外加电压法、调谐法、变频法和电容增量法。间接测量方法比较简单，能较准确地测量电容电流值。但测量时仍然需要对一次设备进行操作，操作复杂、准备时间长，且对测量人员和配电系统仍存在一定的安全隐患。近年来电容检测方法取得一些进步，但仅适用于中性点不接地的配电网系统，且电容较大时测量误差很大，对于经消弧线圈谐振接地的配电系统进行测量时必须将消弧线圈与中性点分离，若在此期间出现间歇性弧光接地故障，没有了消弧线圈对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。这也违背了不操作一次设备的初衷，存在安全隐患。所以，配电部门急需一种在不对一次设备进行操作的情况下，可以测量中性点经消弧线圈谐振接地配电网的电容装置的出现。申请号CN99125328.0名称为“电网对地电容电流测量仪”发明专利申请公开了一种在电压互感器的三角侧注入变频信号，且与并联在电压互感器三角侧的电感寻找谐振频率来最终求取电容的测量方法，但存在捕捉谐振频率困难的问题，工业现场实现困难，同时从开口三角提取注入电压和注入电流，两通道信号存在相互影响的问题，仅适用于中性点不接地系统。申请号CN95112504.4名称为“电网对地电容及其电容电流测量方法”发明专利申请公开了一种向消弧线圈副圈注入变频信号，利用在电网对地电容与消弧线圈电感L组成的并联电路中产生电流谐振，通过测一系列电压U及I，U的相位角与谐振角频率的关系，以此测出对地电容及其电容电流。此种测量方法在测量电容之前，首先要将消弧线圈投入的电感量计算并记录下来，并反馈给测量设备，使电容测量受消弧线圈的档位影响，使测量过程十分繁琐。而且注入的是变频信号致对谐振频率的捕捉带来困难。同时测量需要利用消弧线圈的两个副圈，这就无法实现对只有一个消弧线圈副圈的配电网电容的测量。

现有的电容测量装置，或提出的电容测量方法中，注入的恒频或变频信号几乎都是通过TV向电网注入。其对于注入信号的等值电路图如附图2所示，由于消弧线圈档位的不确定性，消弧线圈投入电网的电感量就确定不下来，从而导致流经电网分布电容的注入电流值无法确定，所以现有的电容测试仪都要断开消弧线圈与中性点的连接，若在此期间出现间歇性弧光接地故障，没有了消弧线圈对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行；而且在电容测试中操作人员仍要对一次电网进行操作，对人身安全带来隐患。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种通过零序电流互感器检测电流和通过母线电压互感器检测电压的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法及测量装置。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，所述配电网上设置有均与消弧线圈相配合的消弧线圈的副圈和零序电流互感器，所述的配电网还设置有母线电压互感器，不妨设配电网的工频为f₀，其特别之处在于：所述测量方法包括以下步骤：a)施加激励源，通过消弧线圈的副圈向电网中注入频率介于f₀与2f₀之间的激励信号，设激励信号的频率为f_c；b)测量电流，通过对零序电流互感器输出信号的测量，得出在激励信号作用下流经消弧线圈的电流量，设测得的电流值为

；c)测量电压，通过母线电压互感器测量出在激励信号作用下施加在电网中的电压，设测得的电网电压为

；d)计算对地容抗，通过以下公式计算配电网在工频状态下的对地容抗：

$X_C=\frac{f_c}{f_0}*\frac{1}{\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\·}{I}}{\stackrel{\·}{U}}\right]}---\left(1\right)$

其中，X_C为配电网分布电容在工频状态下的对地容抗，

为复数

的虚部。

上述测量方法中所述的消弧线圈的副圈为配电网消弧线圈上的电压互感器的绕组；母线电压互感器为设置在配电网上的电压互感器，在测量的过程中采集的是电压互感器开口三角二次侧的电压；零序电流互感器设置在消弧线圈一次侧接地处，该零序电流互感器要求有较高的灵敏度，这样才足以准确的测量出流经消弧线圈的电流。步骤a)中施加激励源是给配电网施加一产生待检测信号的激励信号，其频率的选择需满足以下条件：

首先，激励源的频率必须与电力系统固有频率(工频及其谐波分量)相区分；然后，注入信号(激励源)的频率不能太低，更不能低于20HZ(次声波对人体有害)，信号频率过低，低频电流磁场弱，不利于从较强的工频故障电流中提取较弱的注入信号电流，而且随着频率降低，配电变压器的分流作用增大，且低频信号易受电力系统中工频和直流分量的影响，检测误差增加，因此，注入信号的频率不能太低，一般不要低于工频50HZ；第三，注入信号的频率也不能太高，一方面，注入信号对系统分布电容容抗

随注入信号频率f_c升高而变小，分布电容对信号电流的分流增大，导致故障线路上流动的信号电流变小，不利于信号电流的检测。另一方面，线路感抗

随注入信号频率f_c升高而增大，不能再忽略不计，也使故障线路上流动的信号电流变小，增加了注入信号的检测难度，且f_c值增大需要较高的采样率才能满足对检测信号的处理计算，由此可知：注入信号频率是越低越好，所以在此处选择70HZ频率(频率再低的话与50HZ太近，给检测带来困难)；第四，为了满足数字滤波器的设计要求，要求在工频信号的一个采样周期内，对注入信号的采样点数为整数，且还有满足采样定理的要求，即f_s＞2f_c。

综合上述两点要求，可用下面的公式表示：

$\left\{\begin{array}{c}N{f}_1<f<(N+1)f_1\\ f_s=M*f_1\\ f_s=K*f\end{array}\right.$

其中f₀为工频；f_c为注入信号频率；f_s为系统的采样频率，在此选3.5kHZ采样频率；N，M，K均为整数。

将注入信号频率选择为70Hz，电流和电压的采样率为3.5kHz，保证采样精度后，将注入信号频率选择为70Hz。对工频50Hz信号而言，每个周期采样70点；对注入信号而言，每个周期采样50点，能有效的保证信号的检测、滤波和分析计算。

上述测量方法的步骤b)中，对零序电流互感器的输出端进行测量，可以计算出流经消弧线圈的电流，在电流信号采集和处理过程中，不仅要对电流值的大小进行计算，还应计算其相位；在步骤c)中，通过母线电压互感器可以测量出在激励源的作用下配电网所产生的电压；步骤d)中配电网分布电容在工频状态下的对地容抗公式的导出是建立在整个电网模型化的基础上的，模型化的电路图如说明书附图的图3所示，配电网总的对地绝缘电阻与配电网总的对地分布电容相并联再与消弧线圈的等值电感相串联。因此，公式(1)可由下面两式导出：

激励源信号的作用下：

$\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}=\frac{1}{R}+j2\mathrm{\&pi;}{f}_{c}C---\left(2\right)$

即：其中

为复数的虚部，f_c为激励源的频率，R为配电网总的对地绝缘电阻，

为通过零序电流互感器测得的流经消弧线圈的电流值，

为通过母线电压互感器测得的电网中的电压值，C为配电网总的对地分布电容。

在工频状态下，

如工频为50Hz，激励源的频率为70Hz，则：

$X_C=1.4*\frac{1}{\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]}$

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，所述的工频为50Hz，激励信号的频率为70Hz。激励信号的频率优选的一个数值为70Hz。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，所述的步骤c)之后包括一电路等效步骤，该等效电路中，配电网总的对地绝缘电阻与配电网总的对地分布电容相并联再与消弧线圈的等值电感相串联。这是对整个待测量电路的模型化，如图3所示，

为折合到一次侧的注入信号源，L为消弧线圈的等值电感，对地分布电容C与配电网总的对地绝缘电阻R相并联之后再与等值电感L相串联，这种配电网的计算模型与现有的计算模型不同。不仅使待测量的检测更加方便，而且还使测量精度得到了提高。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，还包括对地电容电流的计算步骤：对地电容电流的

计算公式为：

其中，U₀为配电网的相电压。

通过公式(4)即可计算出对地电容电流的大小。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，所述步骤d)中包括对电流

和电压进行数字带通滤波算法和傅立叶变换算法；所述对地电容的计算步骤中包括对数据的算法包括带通滤波算法和傅立叶变换算法。通过对电流

和电压

进行数字带通滤波，可把其它波段的杂质滤除，只保留信号源频率下的电流

和电压再通过傅里叶变换算法，可把电流和电压

转化为对应的正弦函数或余弦函数来计算，不仅可以计算出电流

和电压

的数值，还可计算出它们所对应的相位。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，包括起运算和处理作用的CPU模块、进行信息显示的数据显示模块和与CPU模块的数据输出端相连接的打印输出模块，其特别之处在于：还包括与CPU模块电气连接的用于给配电网注入信号源的信号注入模块、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理模块包括与零序电流互感器的输出端电气连接的信号处理模块，该信号处理模块的信号输出端与CPU模块的数据输入端电气连接。CPU模块用于控制整个装置的运行，数据显示模块对计算的数据结果进行显示；打印输出模块用于驱动打印机，可把计算得到的容抗值打印输出，以供测试人员记录。信号注入模块用于产生激励信号，CPU可以控制信号注入模块所产生的信号的频率；零序电流采集处理模块和母线电压处理模块用于对所采集的信号进行交流信号到直流信号的转换以及模拟信号到数字信号的转换，转化为可通过CPU模块或DSP处理模块进行处理的数字信号，在对数字信号的处理过程中，可以仅通过CPU直接对输入的信号进行处理，也可通过数据运算功能强大的DSP处理模块对数据进行计算。在母线电压采集处理模块与数据处理模块通信的过程中，可采用有线通信方式，也可采用无线通信方式。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的母线电压采集处理模块包括与母线电压互感器的输出端相连接的信号处理模块、与信号处理模块电气连接的中央处理单元以及与中央处理单元电气连接的第一无线收发模块；所述的CPU模块还连接有与第一无线收发模块相配合的第二无线收发模块。上述母线电压采集处理模块采用无线通讯方式，采用无线通讯更加的方便数据的采集，可也有效避免操作人员与变压器的输出端直接接触，方便了测量，也保证了人员的安全。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述信号处理模块与CPU模块之间设置有用于数据处理的DSP处理模块，该DSP处理模块的输入和输出端分别与信号处理模块的输出端和CPU模块的输入端电气连接；所述信号处理模块包括用于把交流信号转化为0～2.5V直流信号的转化模块和A/D转换模块。设置DSP处理模块可加快数据的处理速度，配合CPU模块的运行，实现数据的快速运算、读取和输出。所述的转化模块用于把交流信号转化为0～2.5V的直流信号，以便通过A/D转换模块进行模数转换；通过A/D转换模块的数据可以直接输入到DSP处理模块的数据输入端口。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的信号注入模块包括与CPU模块的输出端电气连接的频率发生器电路、SPWM信号发生电路、与SPWM信号发生电路电连接的IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路的输出端相连接的IGBT电路。频率发生器电路用于产生特定频率的信号波，SPWM信号发生电路产生与频率发生器电路的信号相对应的脉冲，IGBT驱动电路受SPWM信号发生电路的控制，IGBT驱动电路可对IGBT电路的输出进行直接控制。

本发明的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的频率发生器电路中包括芯片ICL8038，所述的SPWM信号发生电路中的PWM控制芯片为SG3525，IGBT驱动电路中的驱动器型号为M57962L，IGBT电路为芯片SGW25N120。芯片ICL8038为INTERSIL公司的精密压控函数发生器芯片，芯片SG3525为美国硅通用半导体公司的PWM控制芯片，芯片M57962L为三菱公司的IGBT驱动器，SGW25N120为西门子公司生产的IGBT电路芯片。

本发明的有益效果是：本发明所公开的电容测量方法，通过消弧线圈的副圈向电网中注入激励源，并通过零序电流互感器和母线电压互感器分别对配电网中的电流量和电压量进行测量，方便、准确的实现了配电网对地容抗的测量；本发明的测量方法中，配电网的模型为配电网总的对地绝缘电阻与配电网总的对地分布电容相并联再与消弧线圈的等值电感相串联，这就避免了以往对消弧线圈的计算，使得计算更加的方便和准确，也避免了间歇性弧光接地对系统造成的影响。本发明的测量装置中，设置了向配电网中注入信号的信号注入模块，实现了向配电网中施加激励源的目的；零序电流互感器和母线电压互感器可分别实现对电路中电流和电压的测量，使得测量更加的方便；母线电压互感器在与CPU模块通讯的过程中，可采用无线通讯方式，使得数据的采集更加方便。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为现有从电压互感器(TV)开口三角注入信号的等值电路图；

图3为本发明的待测配电网的等值电路图；

图4为本发明的测量装置的第一种实施例的原理图；

图5为测量装置的第一种实施例中DSP处理模块的工作流程图；

图6为测量装置的第一种实施例中CPU模块的工作流程图；

图7为本发明的测量装置的第二种实施例的原理图；

图8为测量装置第二种实施例的工作流程图；

图9为本发明的测量装置的第三种实施例的测试主机的原理图；

图10为本发明的测量装置的第三种实施例的收发器的原理图；

图11为测量装置的第三种实施例中DSP处理模块的工作流程图；

图12为测量装置的第三种实施例中收发器的工作流程图；

图13为测量装置的第三种实施例中CPU模块的工作流程图；

图14为本发明的测量装置的第四种实施例的测试主机的原理图；

图15为本发明的测量装置的第四种实施例的收发器的原理图；

图16为测量装置的第四种实施例中收发器的工作流程图；

图17为测量装置的第四种实施例中CPU模块的工作流程图；

图18为信号注入模块原理框图；

图中：1消弧线圈的副圈，2零序电流互感器，3母线电压互感器，4CPU模块，5母线电压互感器，6信号处理模块，7DSP处理模块，8零序电流互感器，9打印输出模块，10显示模块，11键盘输入模块，12信号注入模块，13消弧线圈的副圈，14第二无线收发模块，15第一无线收发模块，16中央处理单元，17信号处理模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

结合图1、图2和图3对本发明中的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法进行详细的阐述。

现有配电网对地电容的测量方法的缺点在背景技术中已经有了较为详尽的叙述；图2所示的等值电路图为从电压互感器(TV)开口三角注入信号时的电路图，由于消弧线圈接入电路中的档位不确定，因此无法确定消弧线圈接入电路中的电感值。在实际的测量过程中，会把消弧线圈与中性点断开，若在此期间出现间歇性弧光接地故障，没有了消弧线圈对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，破坏系统安全运行；而且在电容测试中操作人员仍要对一次电网进行操作，对人身安全带来隐患。

图1为本发明的原理图，所示的三相配电网经消弧线圈与中性点相连接，消弧线圈设置有消弧线圈的副圈2，消弧线圈的副圈2即消弧线圈上的电压互感器的一侧绕组。所示的消弧线圈上设置有用于测量流经消弧线圈电流的零序电流互感器2，零序电流互感器2的测量精度要求较高，以便精确的测量出流经消弧线圈的电流量。所示的母线电压互感器3为设置在配电网上的电压互感器，在测量的过程中采集的是电压互感器开口三角二次侧的电压。假设配电网的工频为f₀，配电网的对地容抗按照如下方法进行测量：

(1)首先，通过消弧线圈的副圈1向电网中注入频率介于f₀与2f₀之间的激励信号，设激励信号的频率为f_c；

(2)在施加激励信号的同时通过零序电流互感器2和母线电压互感器3分别测量出流经消弧线圈的电流和加在配电网中的电压，对测得的信号进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，得出在激励信号的作用下流经消弧线圈的电流和加在配电网的电压，设测出的流经消弧线圈的电流为

测出的配电网两端的电压为

(3)然后，通过下面的公式计算出配电网在工频状态下的对地容抗：

$X_C=\frac{f_c}{f_0}*\frac{1}{\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]}---\left(1\right)$

其中，

为复数

的虚部。

为了进一步反映电网的性能，还可通过以下公式计算出对地电容电流：

$I_C=\frac{U_0}{\frac{f_c}{f_0}}*\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]---\left(4\right)$

其中，U₀为配电网的相电压。

上述公式(1)的导出可通过图3中所示的配电网的等值电路图来推导，如图3所示，

为折合到一次侧的注入信号源，L为消弧线圈的等值电感，对地分布电容C与配电网总的对地绝缘电阻R相并联之后再与等值电感L相串联，通过电感L、电容C和电阻R在等值电路中的连接关系，可以容易的推导出对地容抗的计算式(1)。

如果，配电网的工频为50Hz，激励信号的优选频率为70Hz，则对地容抗和对地电容电流的计算公式分别为公式(5)和公式(6)：

$X_C=1.4*\frac{1}{\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]}---\left(5\right)$

$I_C=\frac{U_0}{1.4}*\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]---\left(6\right)$

为了实现上述测量方法，本发明还公开了一种测量装置。在公开的测量装置中包含了四种结构不同的但均能达到测量目的的测量装置。

测量装置实施例1，如图4所示的测量装置的原理图，测量装置包括CPU模块4、信号处理模块6、DSP处理模块7、打印输出模块9、显示模块10、键盘输入模块11以及信号注入模块12。信号处理模块6包括把交流信号转化为0～2.5V直流信号的转化模块和进行模数转换的A/D转换模块，信号处理模块6的输入端与电压母线互感器5的输出端和零序电流互感器8的输出端相连接，通过信号处理模块6的处理，把输入的模拟量转化为可通过DSP处理模块处理的数字量。信号处理模块6的输出端口与DSP处理模块的数据输入端口相连接，DSP处理模块的端口与CPU模块的相应端口相连接。CPU的输出端口还连接有显示模块10和打印输出模块9，分别用于对计算后数据的显示、计算后数据的打印输出，以供测试人员及时的进行观测和记录。

键盘输入模块11与CPU模块的输入端口相连接，用于对整个装置的工作进行控制，例如通过CPU模块发起开启或关闭信号注入模块12的指令。信号注入模块12与CPU模块4连接，用于产生向配电网中输入的激励信号，信号注入模块12的输出端与消弧线圈的副圈相1连接，以便向配电网中注入激励信号。信号注入模块12的组成原理图如图18所示，信号注入模块12由与CPU模块4的输出端电气连接的频率发生器电路、SPWM信号发生电路、与SPWM信号发生电路电连接的IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路的输出端相连接的IGBT电路组成。

其中，CPU模块4采用中央处理芯片是MSP430F1611，DSP模块的数据处理芯片采用TMS320C6713B，A/D转换模块选用的模数转换芯片是ADS8364。信号注入模块12中的频率发生器电路采用INTERSIL公司的精密压控函数发生器芯片ICL8038，SPWM信号发生电路采用美国硅通用半导体公司的PWM控制芯片SG3525，IGBT驱动电路选用三菱公司的M57962L作为IGBT驱动器，IGBT电路选用西门子公司的SGW25N120。

在测量装置实施例1中的芯片的连接关系中，DSP芯片TMS320C6713B的HD0~HD15分别与CPU芯片MSP430F1611的D0~D15相连，选用HPI连接方式，DSP与CPU的连接无须通过双口RAM。模数转换芯片ADS8364采集注入信号的电压和电流的数字量由其D0~D15与DSP芯片TMS320C6713B的ED0~ED15相连，TMS320C6713B对ADS8364的控制指令及其控制时钟通过EPM7128控制模数转换芯片来实现。EPM7128除了在此处的采样控制，时钟输出功能外，还起到对AD和DSP复位控制，地址译码，HPI读写控制功能。

在本实施例的测量装置的硬件结构下，所对应的DSP处理模块7和CPU模块4的工作流程图分别如图5和图6所示。如图5所示的DSP处理模块的程序流程图，在DSP上电之后，首先是进行系统的初始化，初始化之后就进入检测是否收到CPU发出开始采集信号指令状态；如果CPU没有发出开始采集信号的制冷状态，则DSP处理模块继续等待，如果检测到CPU发出开始采集信号时，则进行开串口及定时中断、延时100ms开始采集电压和电流数据；然后把采集的电压和电流数据进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，计算出配电网的对地容抗及电容电流；向CPU发出数据处理完成指令，并进入到检测是否收到CPU发出开始采集信号指令状态。

如图6所示的CPU模块的内部程序的流程图，在CPU模块上电之后，首先是系统的初始化，然后检测键盘输入模块是否发出信号注入指令；如果键盘输入模块没有发出信号注入制冷，则继续等待检测，如果检测到键盘输入模块发出信号注入指令，则通过信号注入模块12相配电网中注入激励信号并延时30S后向DSP处理模块发出开始采集电流和电压指令；然后检测是否收到DSP处理模块发出的数据处理完指令，如果没有收到，则继续等待；如果检测到收到了DSP处理模块发出的数据处理完指令，则从DSP处理模块中读出容抗和电流数据并发出停止信号注入指令；通过打印输出模块9和显示模块对获取的容抗值和电流值进行显示。

测量装置实施例2，图7和图8分别给出了测量装置第二种实施例的结构原理图和CPU模块内部程序的流程图。如图7所示，本实施例的测量装置的中除了不包含DSP处理模块之外，其余的模块结构均与测量装置实施例1中的模块结构相同，这种结构形式的测量装置的结构简洁。图8给出了本实施例中CPU模块4的内部程序流程图，在CPU模块上电之后，首先是系统的初始化，然后检测键盘输入模块是否发出信号注入指令；如果键盘输入模块没有发出信号注入制冷，则继续等待检测，如果检测到键盘输入模块发出信号注入指令，则通过信号注入模块12相配电网中注入激励信号并延时30S；开AD中断采集注入的电压和电流数据；然后把采集的电压和电流数据进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，计算出配电网的对地容抗及电容电流；接着发出停止信号注入指令，并通过打印输出模块9和显示模块对获取的容抗值和电流值进行显示。

测量装置实施例3，本实施例给出的测量装置包括测试主机和收发器，测试主机和收发器的原理图分别如图9和图10所示，所示的测试主机除了不包含母线电压互感器5和设置有用于进行无线传输数据的第二无线收发模块14外，其余的模块均与实施例1中的测量装置相同。图10给出了本实施例中的收发器结构示意图，包括第一无线收发模块15，中央处理单元16、信号处理模块17。其中的信号处理模块17只是对信号进行从交流信号到模拟信号的转变即可，在数据由模拟信号到数字信号的转化过程中，利用的是中央处理单元自带的A/D转换功能。信号处理模块17的输入端与母线电压互感器5的输出端相连接。中央处理单元亦采用MSP430F1611，第一无线收发模块15和第二无线收发模块14均采用NRF905芯片。图11、图12和图13分别给出了DSP处理模块7、收发器和CPU模块中的程序流程图。

如图11所示的DSP处理模块的程序流程图，首先是进行系统的初始化，初始化之后就进入检测是否收到CPU发出开始采集信号指令状态；如果CPU没有发出开始采集信号的指令状态，则DSP处理模块继续等待，如果检测到CPU发出开始采集信号时，则进行开串口及定时中断、延时100ms开始采集电压和电流数据；然后把采集的电压和电流数据进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，计算出配电网的对地容抗及电容电流；向CPU发出数据处理完成指令，并进入到检测是否收到CPU发出开始采集信号指令状态。如图12所示的收发器的程序流程图，上电或复位之后首先是各模块的初始化，然后检测是否收到MCU发出的采集信号指令；如果检测到MCU没有发出采集信号指令，则继续等待检测，如果检测到MCU发出采集信号指令，则开启A/D中断并进行电压数据的采集；然后把采集到的电压数据进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，求得电压幅值待CPU模块读取；向CPU发出数据处理完成指令。

如图13所示的CPU模块的程序流程图，上电或复位之后首先是各模块的初始化；然后检测是否收到键盘发出的信号注入指令，如果没有检测到信号注入指令，则继续检测等待；如果收到键盘发出的信号注入指令，则向配电网中注入信号并延时30S；接着向DSP模块和MCU发出开始采集指令，然后检测是否收到DSP发出的数据处理完成指令；如果没有收到DSP的数据处理完成指令，则继续等待，如果收到DSP的数据处理完成指令，则从DSP中读取信号电流幅值；然后检测是否收到MCU发出的数据处理完成指令，如果没有检测到，则继续等待，如果收到MCU的数据处理完成指令，则从MCU读取信号电压幅值并发出停止信号注入指令；然后把配电网的容抗值和电流值显示并打印。

测量装置实施例4，图14和图15分别给出了测量装置的测试主机和收发器的原理图，本实施例的测量装置除了测试主机中不包含DSP处理模块外，其余的结构均与实施例3中的测量装置相同。图16和图17分别给出了收发器和CPU模块的程序流程图。

有关图16所示的收发器的程序流程图与实施例3中的收发器的流程图相同。如图17所示的CPU模块的程序流程图，包括以下步骤：向配电网中注入信号并延时30S后，向MCU发送电压信号采集命令；然后开启AD中断并采集注入的电流数据，把采集到的电流数据进行数字带通滤波和傅里叶变换计算，得出电流幅值；接着检测是否收到MCU发出的数据处理完指令，若果没有，则继续等待；如果收到数据处理完指令，则从MCU中读取电压幅值，并计算得出配电网的容抗值和电流值；最后发出停止信号注入指令并把容抗和电流值进行打印和显示。

Claims (10)

1.一种中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，所述配电网上设置有均与消弧线圈相配合的消弧线圈的副圈(1)和零序电流互感器(2)，所述的配电网还设置有母线电压互感器(3)，不妨设配电网的工频为f₀，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：

a)施加激励源，通过消弧线圈的副圈(1)向电网中注入频率介于f₀与2f₀之间的激励信号，设激励信号的频率为f_c；

b)测量电流，通过对零序电流互感器(2)输出信号的测量，得出在激励信号作用下流经消弧线圈的电流量，设测得的电流值为

c)测量电压，通过母线电压互感器(3)测量出在激励信号作用下施加在电网中的电压，设测得的电网电压为

d)计算对地容抗，通过以下公式计算配电网在工频状态下的对地容抗：

$X_C=\frac{f_c}{f_0}*\frac{1}{\mathrm{Im}\left[\frac{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}\right]}$

其中，X_C为配电网分布电容在工频状态下的对地容抗，

为复数

的虚部。

2.根据权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，其特征在于：所述的工频为50Hz，激励信号的频率为70Hz。

3.根据权利要求1或2所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，其特征在于，所述的步骤c)之后包括一电路等效步骤，该等效电路中，配电网总的对地绝缘电阻与配电网总的对地分布电容相并联再与消弧线圈的等值电感相串联。

4.根据权利要求1或2所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，其特征在于，还包括对地电容电流的计算步骤：对地电容电流的计算公式为：

其中U₀为配电网的相电压。

5.根据权利要求4所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量方法，其特征在于：所述步骤d)中包括对电流

和电压

进行数字带通滤波算法和傅立叶变换算法；所述对地电容的计算步骤中包括对数据的算法包括带通滤波算法和傅立叶变换算法。

6.一种基于权利要求1所述的电容测量方法的测量装置，包括起运算和处理作用的CPU模块(4)、进行信息显示的数据显示模块(10)和与CPU模块的数据输出端相连接的打印输出模块(9)，其特征在于：还包括与CPU模块电气连接的用于给配电网注入信号源的信号注入模块(12)、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理模块包括与零序电流互感器(8)的输出端电气连接的信号处理模块(6)，该信号处理模块(6)的信号输出端与CPU模块的数据输入端电气连接。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：所述的母线电压采集处理模块包括与母线电压互感器(5)的输出端相连接的信号处理模块(17)、与信号处理模块(17)电气连接的中央处理单元(16)以及与中央处理单元电气连接的第一无线收发模块(15)；所述的CPU模块(4)还连接有与第一无线收发模块(15)相配合的第二无线收发模块(16)。

8.根据权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于：所述信号处理模块(6)与CPU模块(4)之间设置有用于数据处理的DSP处理模块(7)，该DSP处理模块的输入和输出端分别与信号处理模块的输出端和CPU模块的输入端电气连接；所述信号处理模块(6)包括用于把交流信号转化为0～2.5V直流信号的转化模块和A/D转换模块。

9.根据权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于：所述的信号注入模块包括与CPU模块(4)的输出端电气连接的频率发生器电路、SPWM信号发生电路、与SPWM信号发生电路电连接的IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路的输出端相连接的IGBT电路。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于：所述的频率发生器电路中包括芯片ICL8038，所述的SPWM信号发生电路中的PWM控制芯片为SG3525，IGBT驱动电路中的驱动器型号为M57962L，IGBT电路中包括芯片SGW25N120。

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