CN102279307A - 配电网智能型多功能电容电流测试仪 - Google Patents

Abstract

一种配电网智能型多功能电容电流测试仪，既可以测量无中性点引出的配电网电容电流，也可以测量有中性点引出的配电网电容电流。测量时通过输入单元(10)启动各自对应的计算机程序，然后单片机自动控切换关单元(1)、(2)、(3)、(4)的工作状态；采集处理单元(8)所需的电压信号与电流信号；计算机程序对采集的数据进行处理后输出；从而达到智能、多功能测量的目的。该配电网智能型多功能电容电流测试仪主要包括开关单元(1)(2)(3)(4)、电压采集单元(5)、电流采集单元(6)及处理单元(8)。本发明是一种结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、操作简易、具有多测量功能的配电网智能型多功能电容电流测试仪。

Description

配电网智能型多功能电容电流测试仪

技术领域

本发明主要涉及配电网电容电流测量领域，特指一种配电网智能型多功能电容电流测试仪。

背景技术

我国中压配电网大多采用中性点不接地、经消弧线圈接地和经电阻接地的运行方式。对于不接地中性点不接地的配电网，随着供电网络的飞速发展，特别是电缆的大量应用，配电网的电容电流不断增大，导致线路单相接地时流过故障点的电容电流过大，接地电弧难以熄灭，从而产生电弧接地过电压并可能导致相间短路。为了确保接地电弧可靠熄灭，需安装消弧线圈来补偿电容电流，但电网电容电流的精确测量是消弧线圈合理补偿的前提，即是否需要安装消弧线圈及需安装的容量均需要知道电网对地电容电流。在中性点经电阻接地的系统中，需要电网对地电容电流来决定电阻的大小。因此，无论对于哪种接地方式的配电网，精确测量系统对地电容电流对于配电网的安全具有重要意义。

随着配电网结构的日益复杂，国内外学者对配电网电容电流测量方法及测量装置进行了大量研究。目前，电容电流的测定方法及装置很多，这些装置及其测量方法归纳起来主要有：直接接地法、附加电容法、信号注入法。直接接地法直接将配电网的单相进行接地来检测电容电流，由于需要使配电网人为承受一次较高过电压的威胁，特别是在绝缘较薄弱的配电网中采用此方法尤其危险；附加电容法是在配电网的某相对地之间接入一附加电容造成电容负载不对称，产生零序电压，测得零序电压和流过附加电容器的电流后通过计算来间接测量电网单相接地电容电流，此法具有安全可靠等优点，但是在实施测量之前，需要先从理论上对被测电网的电容电流进行复杂的估算，来确定附加电容器的容量和测量仪表的量程范围，测量过程复杂、所需时间较长，对测量人员的理论知识和操作水平要求高，测量误差与外接电容有关，而且在人为接地的瞬间电容的充电效应相当于在电网中产生了一个金属性接地故障，不利于安全，还会在外接电容过大时对系统造成冲击；信号注入法是从电压互感器二次侧注入恒流变频信号，改变注入信号的频率，使系统中发生谐振来测量电网单相接地电容电流。该方法测量时需要附加恒流变频设备，且操作过于麻烦，针对配电网中性点运行方式的不同其测量过程也不同，此外测试时间较长，若实际电网的不平衡度较大时将会给测量带来困难，注入恒流变频信号的频率选取对测量的准确度影响也较大。

这些方法均具有各自的优缺点，而基于这些方法研发出的测量装置也将局限于这些测量方法存在的问题。同时，基于这些测量方法开发出的测量装置的测量功能往往具有单一性，不能同时应用于中性点不同接地方式的配电网电容电流的测量，因此具有一定的局限性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明旨在设计研发一种配电网智能型多功能电容电流测试仪，能将中性点开路短路法和偏置电容法有机结合起来，通过输入单元(10)对开关单元(1)中的开关0和开关1的工作状态进行选择之后，单片机自动切换开关K₂、K₃、K₄的工作状态，即可方便、快捷的实现有无中性点引出的配电网电容电流的测量。

本发明采用的技术方案为：

1)对于无中性点引出的配电网，测量其单相对地电容电流时，通过输入单元(10)启动对应的计算机程序，闭合开关单元(1)中的开关1；然后单片机程序断开开关K₂和K₄、闭合开关K₃，触发电压采集单元(5)采集加偏置电容前的相电压信号信号采集完成之后单片机将开关K₂闭合，K₃、K₄工作状态保持不变，然后触发电压采集单元(5)和电流采集单元(6)分别对加偏置电容后的位移电压和流过偏置电容的电流I′_c进行采样，采集的数据通过处理器利用公式

即可快捷地计算出单相对地电容电流，并将计算结果输出到显示单元(9)。

2)对于有中性点引出的配电网，将该测量仪连接至系统中性点，通过输入单元(10)启动对应的计算机程序，闭合开关单元(1)中的开关0，即切换所述配电网智能型多功能电容电流测试仪的测量状态。单片机程序自动将开关K₂断开、K₃闭合，触发电压采集单元(5)测出中性点开路电压U₀；然后单片机自动闭合开关K₂、K₄，断开开关K₃，并触发电流采集单元(6)测得中性点短路时的电流I_od，测得的数据通过处理器利用公式

即可快捷地计算并输出电容电流。

作为本发明的进一步改进：

本发明的配电网智能型多功能电容电流测试仪，可以对有无中性点引出的配电网电容电流均能准确测量，从而实现了智能、多功能的特点，具有很好的应用价值。本发明具有精度高、结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、操作简易、多功能测量等优点，从而保证配电网的安全运行和保障人民的生命财产安全。

附图说明

图1为本发明的配电网智能型多功能电容电流测试仪的电路原理示意图；

图2为本发明实施例中开关单元的电路示意图；

图3为本发明实施例中电压采集单元的电路示意图；

图4为本发明实施例中电流采集单元的电路示意图；

图5为本发明实施例中处理单元及周边电路示意图；

图6为本发明实施例中A/D转换单元的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明配电网智能型多功能电容电流测试仪包括偏置电容C_f、开关单元1，2，3，4、电压采集单元5、电流采集单元6、A/D转换单元7、处理器单元8、显示单元9、输入单元10。开关单元1与单项线路或中性点引出线相连，开关单元2、3与开关单元1相连，偏置电容C_f位于开关单元3与电流采集单元6之间，开关单元4与偏置电容C_f并联，电压采集单元与开关单元2相连，电压采集单元5和电流采集单元6将采集到的模拟电压信号和电流信号输入到A/D转换单元7，A/D转换单元7为模拟数字转换单元，A/D转换单元7将输入的模拟电压、电流信号转换成数字电压、电流信号输入到处理单元8，所述处理单元，8将电压信号和电流信号进行计算得到配电网的电容电流结果并将该电容电流结果输出到显示单元9中显示。所述处理单元上还连接有输入单元10，输入单元10通过处理单元对开关单元1、2、3、4的工作状态进行控制，从而实现所述配电网智能型多功能电容电流测试仪的测量功能切换与测量数据获取。

如图2所示，本发明装置开关单元包含开关单元1、开关单元2、开关单元3以及开关单元4，所述的开关单元均由气体继电器与一只晶闸管构成，开关单元的工作状态由输入单元10通过单片机进行控制。由于线路电压等级较高，一只气体继电器的耐压能力有限，故将开关单元1与开关单元2和开关单元3串联，使其达到设计要求，5只晶闸管的控制端分别接处理单元8的AT89C51芯片的P1.0-P1.4引脚。当输入单元10通过处理单元8对晶闸管控制端输出高频信号时晶闸管导通，使得气体继电器闭合；当输入单元10通过处理单元8对晶闸管控制端输出低频信号时晶闸管断开，使得气体继电器断开。

如图3所示，本发明装置开关电压采集单元由采样电阻(51)和信号处理单元(52)组成。当开关单元(2)闭合时，电压经过限流电阻R3后，通过采样电阻R2(51)后采集交流电压值输入AD647真值有效值转换芯片的信号输入13管脚。真值有效值转换芯片AD637(52)把外部输入交流信号有效值变成直流信号输出。

如图4所示，本发明装置电流采集单元包括电流互感器(61)和信号处理单元(62)。当开关单元3闭合时，电流采集单元工作。通过电流互感器(61)得到电流值，采集电流值输入AD647真值有效值转换芯片的信号输入13管脚。通过真值有效值转换芯片AD637(52)把外部输入交流信号有效值变成直流信号输出。

如图5所示，本发明装置处理单元及周边电路包括AT89C51高性能CMOS8位单片机、开关单元(1)、(2)、(3)、(4)、多路开关单元(71)、转换单元(72)、显示单元(9)和输入单元(10)。AT89C51单片机控制开关单元，开关单元(1)、(2)、(3)、(4)，RELAY0接入单片机P1.0口，RELAY1接入单片机P1.1口，RELAY2接入单片机P1.2口，RELAY3接入单片机P1.3口，RELAY4接入单片机P1.4口。AT89C51单片机控制A/D转换部分多路开关(71)，多路开关(71)A端接P1.5口，B端接P1.6口。单片机控制输出单元输出数据，输入单元(10)接P3.0RXD、P3.1TXD、P3.2INT0、P3.3INT1。A/D转换单元(72)DRDY接入单片机P2.7口，DOUT接入单片机P2.6口，DIN接入单片机P2.5口，SCLK接入单片机P2.4口。显示单元(9)接入单片机P0.0～P2.2口，单片机处理后输出显示。

如图6所示，本发明装置A/D转换单元电路由多路开关单元(71)、A/D转换单元(72)AD7511A/D转换器、基准源(73)AD780AN电压基准芯片构成。Y2为2.4576MHz晶振芯片为U4工作提供时钟信号

接入单片机P2.7口，接地，DOUT接入单片机P2.6口，DIN接入单片机P2.5口，SCLK接入单片机P2.4口，

进过R39接+5V电源。多路开关(71)X端接入AIN+从而传入A/D转换器(72)中进行A/D转换。其工作原理如下：单片机向A/D芯片写入控制字，A/D转换器(72)开始工作，接受由单片机P2.5口发送的A/D转换控制信号以及单片机P2.4口发送的串行时钟信号，根据控制信号对AIN+口数据进行相应的A/D转换，此时

输出变为高电平，待A/D转换完成后，A/D转换器(72)通过向单片机P2.7口发送低电平信号，表示当前A/D转换有效，单片机根据P2.7口接收的低电平信号通过P2.5口向A/D转换器(72)发送读取控制信号，A/D转换器(72)接收到由P2.5发出的读取控制信号后，由DOUT向单片机P2.6口发送A/D转换数据，单片机向A/D写入控制字使其停止工作，至此，一次A/D转换工作完成；当单片机所得的A/D转换信号过大或过小时，可由单片机控制P2.5口传输控制信号至AD7715的DIN口，调整A/D转换中的信号放大倍数，并重复上述工作步骤，从而实现了智能化调整量程，提高了测量精度。

Claims (2)

1.一种配电网智能型多功能电容电流测试仪，其特征在于：该测试仪的引出线接于单相线路后，通过输入单元(10)启动用于无中性点引出的配电网电容电流测量的计算机程序，控制开关单元(1)中的开关1闭合、开关0断开；然后单片机程序闭合开关单元(2)、断开开关单元(3)，采集相电压

然后单片机闭合开关单元(3)、断开开关单元(4)，采集加上偏置电容后的位移电压

和流过偏置电容的电流I′_c；处理单元(8)将采集的数据进行处理后输出，从而实现对无中性点引出的配电网电容电流的测量。

2.根据权利要求1所述的配电网智能型多功能电容电流测试仪，其特征在于：该测试仪的引出线接于配电网中性点引出线后，通过输入单元(10)启动用于有中性点引出的配电网电容电流测量的计算机程序，控制开关单元(1)中的开关0闭合、开关1断开；然后单片机程序合开关单元(2)、断开开关单元(3)，采集中性点开路电压U₀；然后单片机断开开关单元(2)、闭合开关单元(3)、(4)，采集中性点短路电流I_od；处理单元(8)将采集的数据进行处理后输出，即可实现从无中性点引出的配电网电容电流的测量切换到有中性点引出的配电网电容电流的测量。

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