CN102981061B - 一种变电站配电系统中的对地电容测量仪 - Google Patents

一种变电站配电系统中的对地电容测量仪 Download PDF

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    • H02H9/08Limitation or suppression of earth fault currents, e.g. Petersen coil

Abstract

本发明公开了一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,包括用于采集消弧线圈中的电流和电压信号的信号采集装置、具有控制和分析运算功能的主控制器、用于向电网提供换流信号的H桥逆变电路,所述信号采集装置、主控制器、H桥逆变电路依次相连,其中所述信号采集装置的输入端、H桥逆变电路的输出端连接于电网消弧线圈接地装置。本发明相比传统的单相金属接地法,无需故意制造接地故障,避免系统风险,而且针对目前消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式,分别设计出两点法与变频法两种不同测量方式。既保证了系统对地电容测量精度,同时不会给系统带来负面影响。

Description

一种变电站配电系统中的对地电容测量仪
技术领域
本发明涉及一种变电站配电系统中的对地电容测量仪。
背景技术
当电网发生单相接地故障时,采用消弧线圈接地可利用消弧线圈产生的电感电流补偿了接地点电容电流,降低了故障相电压恢复速度,使接地点电弧自动熄灭。因此,精确测量系统对地电容值,为消弧线圈产生的正确电感电流,从而补偿接地点电容电流,使接地点电弧自动熄灭,残余接地电流更小的重要条件。传统电容电流的测量,主要为单相金属接地法。此法在消弧线圈投入运行的条件下,可直接测出消弧线圈的补偿电流、有功损耗电流以及残余电流的有功和无功分量,从而得出电容电流。此法存在的问题是,故意制造接地故障,增加系统风险,如果测量时发生其他相的接地故障,则会演变为危害极大的相间短路,所以此法在实际中并不适用。
发明内容
为解决上述问题,本发明的目的在于提供一种应用于变电站配电系统中的对地电容测量仪器,无需故意制造接地故障,避免系统风险。
本发明解决其问题所采用的技术方案是:
一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,包括用于采集消弧线圈中的电流和电压信号的信号采集装置、具有控制和分析运算功能的主控制器、用于向电网提供换流信号的H桥逆变电路,所述信号采集装置、主控制器、H桥逆变电路依次相连,其中所述信号采集装置的输入端、H桥逆变电路的输出端连接于电网消弧线圈接地装置。针对目前消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式,本发明的主控制器可根据消弧线圈的运行模式分别采用两点法与变频法两种测量方式来测量对地电容。本发明选用DSP芯片作为主控制器,完成检测和控制算法,并产生作用于H桥逆变电路的控制脉冲PWM波形,向系统注入工频和变频的正弦交流信号,分别实现两点法和变频法的对地电容测量。
进一步,所述信号采集装置包括用于检测电压电流信号的传感器电路、用于将模拟信号转变为数字信号的信号调理电路,所述传感器电路的输出端连接于信号调理电路的输入端,所述的传感器电路的输入端连接于电网消弧线圈接地装置,所述信号调理电路的输出端连接于主控制器。所述传感器电路包括电压互感器和电流互感器,用于检测消弧线圈的电压、电流信号,所述信号经信号处理电路把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号,经过数/模转换后的信号输入主控制器中进行分析运算。
作为上述技术方案的改进,所述主控制器连接有用于保证系统稳定运行的看门狗芯片。所述看门狗芯片用于监测主控制器芯片的运行状态,当主控制器芯片发生程序跑飞、死循环等系统崩溃状况时,看门狗芯片便在它和主控制器芯片复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使主控制器芯片复位。
作为上述技术方案的改进,还包括用于设置参数的液晶键盘、用于显示测量数据的显示装置、用于打印测量数据的打印机、具有故障报警功能的报警装置,所述液晶键盘、显示装置、打印机、报警装置分别与主控制器连接。所述液晶键盘、显示装置、打印机、报警装置实现了系统的人机界面实现监控、参数设置、报警、显示及打印,自动化程度高。
本发明的有益效果是:本发明采用的一种应用于变电站配电系统中的对地电容测量仪器,相比传统的单相金属接地法无需故意制造接地故障,避免系统风险。而且针对目前消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式,分别设计出两点法与变频法两种不同测量方式。本发明既保证了系统对地电容测量精度,同时不会给系统带来负面影响。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的工作原理图。
图2是本发明主要结构的拓扑图。
具体实施方式
参照图1和图2,本发明的一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,包括用于采集消弧线圈中的电流和电压信号的信号采集装置1、具有控制和分析运算功能的主控制器2、用于向电网提供换流信号的H桥逆变电路3,所述信号采集装置1、主控制器2、H桥逆变电路3依次相连,其中所述信号采集装置1的输入端、H桥逆变电路3的输出端连接于电网消弧线圈接地装置4。针对目前消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式,本发明的主控制器2可根据消弧线圈的运行模式分别采用两点法与变频法两种不同的测量方式测量对地电容。本发明选用DSP芯片作为主控制器2,完成检测和控制算法,并产生作用于H桥逆变电路3的控制脉冲PWM波形,向系统注入工频和变频的正弦交流信号,分别实现两点法和变频法的对地电容测量。
进一步,所述信号采集装置1包括用于检测电压电流信号的传感器电路11、用于将模拟信号转变为数字信号的信号调理电路12,所述传感器电路11的输出端连接于信号调理电路12的输入端,所述的传感器电路11的输入端连接于电网消弧线圈接地装置4,所述信号调理电路12的输出端连接于主控制器2。所述传感器电路11包括电压互感器和电流互感器,用于检测消弧线圈的电压、电流信号,所述信号经信号处理电路12把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号,经过数/模转换后的信号输入主控制器2中进行分析运算。
作为上述技术方案的改进,所述主控制器2连接有用于保证系统稳定运行的看门狗芯片5。所述看门狗芯片5用于监测主控制器芯片的运行状态,当主控制器芯片发生程序跑飞、死循环等系统崩溃状况时,看门狗芯片5便在它和主控制器芯片复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使主控制器芯片复位。
作为上述技术方案的改进,还包括用于设置参数的液晶键盘6、用于显示测量数据的显示装置7、用于打印测量数据的打印机8、具有故障报警功能的报警装置9,所述液晶键盘6、显示装置7、打印机8、报警装置9分别与主控制器2连接。所述液晶键盘6、显示装置7、打印机8、报警装置9实现了系统的人机界面实现监控、参数设置、报警、显示及打印,自动化程度高。
本发明具体的工作过程为:先判断消弧线圈是靠近谐振点还是远离谐振点运行,分别选择两点法和变频法后,再由主控制器2输出对应的PWM波形来触发H桥逆变电路3输出电流信号。
两点法测算电容时,先采集一次中性点电压、电流的幅值和相位,得到U1,I1,PhiU1,PhiI1;然后触发H桥逆变电路(3),注入幅值5A,50Hz的电流,延时1s后再次采集一次中性点电压、电流的幅值和相位,得到U2,I2,PhiU2,PhiI2;计算电容C和容抗XC如下:
C = | I · 2 - I · 1 | | U · 2 - U · 1 | · 1 ω ;
X C = | U · 2 - U · 1 | | I · 2 - I · 1 | ;
式中,两个相量相减用余弦定理计算:
| U &CenterDot; 2 - U &CenterDot; 1 | = U 1 2 + U 2 2 - 2 U 1 U 2 c o s < P h i U 1 - P h i U 2 > ;
| I &CenterDot; 2 - I &CenterDot; 1 | = I 2 2 + I 1 2 - 2 I 1 I 2 c o s < P h i I 1 - P h i I 2 > ;
在变频法模式下,H桥逆变电路(3)输出一个电流幅值恒定,频率在10~50Hz以一定步长持续增大电流的信号,测量频率变化时电流及电压信号的关系,当电流值幅值最大,电压幅值最小时,对应频率即为系统的谐振频率,得到系统的谐振角频率ω,则系统的电容值C和容抗XC如下:
C = 1 &omega; 2 L ;
X C = 1 &omega; 0 C = &omega; 2 L &omega; 0 ;
式中,ω0为电力系统固有角频率,L为消弧线圈的电感值。
选择两点法与变频法不同测量方式,可以更好的适应消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式。在有阻尼电阻时,电流信号幅值为5A,可以保证受系统阻尼率衰减后的信号不会影响到测量精度;在没有阻尼电阻时,电流信号幅值为0.5A,在谐振点运行时,不会引起较高的谐振电压。这样,仪器测量时,既保证系统对地电容测量精度,同时不会给系统带来负面影响。
以上所述,只是本发明的较佳实施例而已,本发明并不局限于上述实施方式,只要其以相同的手段达到本发明的技术效果,都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,其特征在于:包括用于采集消弧线圈中的电流和电压信号的信号采集装置(1)、具有控制和分析运算功能的主控制器(2)、用于向电网提供换流信号的H桥逆变电路(3),所述信号采集装置(1)、主控制器(2)、H桥逆变电路(3)依次相连,其中所述信号采集装置(1)的输入端、H桥逆变电路(3)的输出端连接于电网消弧线圈接地装置(4);针对消弧线圈有加装阻尼电阻的靠近谐振点运行模式和不加阻尼电阻的远离谐振点运行模式,主控制器(2)分别采用两点法与变频法两种不同的测量方式测量对地电容;
两点法测算电容时,先采集一次中性点电压、电流的幅值和相位,得到U1,I1,PhiU1,PhiI1;然后触发H桥逆变电路(3),注入幅值5A,50Hz的电流,延时1s后再次采集一次中性点电压、电流的幅值和相位,得到U2,I2,PhiU2,PhiI2;
计算电容C和容抗XC如下:
式中,两个相量相减用余弦定理计算:
在变频法模式下,H桥逆变电路(3)输出一个电流幅值恒定,频率在10~50Hz以一定步长持续增大电流的信号,测量频率变化时电流及电压信号的关系,当电流值幅值最大,电压幅值最小时,对应频率即为系统的谐振频率,得到系统的谐振角频率ω,则系统的电容值C和容抗XC如下:
式中,ω0为电力系统固有角频率,L为消弧线圈的电感值。
2.根据权利要求1所述的一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,其特征在于:所述信号采集装置(1)包括用于检测电压电流信号的传感器电路(11)、用于将模拟信号转变为数字信号的信号调理电路(12),所述传感器电路(11)的输出端连接于信号调理电路的输入端,所述的传感器电路(11)的输入端连接于电网消弧线圈接地装置(4),所述信号调理电路(12)的输出端连接于主控制器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,其特征在于:所述主控制器(2)连接有用于保证系统稳定运行的看门狗芯片(5)。
4.根据权利要求1所述的一种变电站配电系统中的对地电容测量仪,其特征在于:还包括用于设置参数的液晶键盘(6)、用于显示测量数据的显示装置(7)、用于打印测量数据的打印机(8)、具有故障报警功能的报警装置(9),所述液晶键盘(6)、显示装置(7)、打印机(8)、报警装置(9)分别与主控制器(2)连接。
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