CN103023009A

CN103023009A - 一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置

Info

Publication number: CN103023009A
Application number: CN2012105829801A
Authority: CN
Inventors: 付超; 任晓红; 应斯; 黄小华; 姚艺新; 张春龙; 肖伟
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，由整流电路、电阻分压电路、电压比较电路、继电器触点互锁控制电路、继电器驱动电路、选线接口电路组成，整流电路实现交直流转换，提供电路工作电源；电阻分压电路主要实现限流及分压；电压比较电路实现不同电压门槛时的阻尼投切；继电器触点互锁控制电路实现双重保护功能，在第一组故障时给出报警，并提供后备保护功能；继电器驱动电路主要实现通过比较输出电压实现对继电器线圈的控制；选线接口主要通过提供继电器驱动电路，并独立于电压比较电路，根据选线装置给出的信号实现电阻投切功能。本装置电路简单可靠，直接采集阻尼电阻两端电压，通过分压电路后进入电压检测电路，节省成本。

Description

一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置

技术领域

本发明涉及一种消弧线圈阻尼电阻控制装置，尤其是一种基于调匝式消弧线圈的二次阻尼电阻投切控制装置。

背景技术

随着我国经济建设的发展，电力系统输电线路对地电容电流呈增长趋势，一旦发生单相接地，会在接地点流过的较大接地电流，同时非故障相电压升高，还会破坏绝缘，最严重情况下会发生两相接地短路。

为提高供电可靠性，电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中明确规定：3～10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网，当单相接地故障电流大于10A时，中性点应装设消弧线圈电网中性点需采用消弧线圈接地方式，其主要的目的是降低接地残流Id，以利电弧自灭，提高供电可靠性。当电网运行方式改变时，消弧线圈抽头作相应调节。

调节消弧线圈电流IL须兼顾两方面因素：其一，使接地残流Id最小；其二，正常运行时不能使电网中性点位移电压UN过高，UN<15%相电压UX。但是，这两种因素是相互制约的。即：要Id最小，则要求消弧线圈调整在全补偿IL=Ic或接近全补偿状态，即失谐度υ=(IL-Ic)/Ic=0。此时，在不对称电压作用下，消弧线圈电抗与电网对地电容呈串联谐振状态，仅依靠自然阻尼中的R，UN必然很高。在消弧线圈回路串联一个阻尼电阻，可以使Id和UN的矛盾得到较好的协调。因此，目前我国生产的预调式自动调节消弧线圈装置，大都在消弧线圈接地回路中串联一个线性阻尼电阻，并在旁并联可控硅。电网正常运行时，开关断开，投入阻尼电阻，由于阻尼电阻的存在，谐振回路的阻尼率增大很多，将UN控制在允许值的范围内；当电网接地时，开关闭合，短接电阻，可以使消弧线圈电流IL充分补偿接地电容电流，使接地残流很小。传统阻尼电阻保护装置由于电源供电的存在，使得阻尼电阻箱内高压部分和低压部分没有做到隔离，一旦保护不能够及时动作，高压串到电源侧将酿成较大的事故。

有鉴于此，有必要提供一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，以满足工业应用需要。

发明内容

本发明的目的是：为了克服上述现有技术中存在的问题，从而提供一种阻尼电阻投切装置，克服自动跟踪消弧装置中阻尼电阻并联短路装置手动操作的固有缺点，使中性点位移电压处在允许值内。电网正常运行时，阻尼投入，由于阻尼电阻的存在，谐振回路的阻尼率增大很多，即使此时消弧线圈与系统处于谐振状态，仍可以将中性点位移电压控制在允许值的范围内；当电网接地时，阻尼电阻切除，可以使消弧线圈电流充分补偿接地电容电流，使接地残流很小。

本发明的技术方案是：一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于，由整流电路、电阻分压电路、电压比较电路、继电器触点互锁控制电路、继电器驱动电路、选线接口电路组成，整流电路实现交直流转换，提供电路工作电源；电阻分压电路主要实现限流及分压；电压比较电路实现不同电压门槛时的阻尼投切；继电器触点互锁控制电路实现双重保护功能，在第一组故障时给出报警，并提供后备保护功能；继电器驱动电路主要实现通过比较输出电压实现对继电器线圈的控制；选线接口主要通过提供继电器驱动电路，并独立于电压比较电路，根据选线装置给出的信号实现电阻投切功能。

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：整流电路采用整流芯片KBP202，将交流电压Uro变为直流电源，稳压并通过直流电容与24V的功率稳压二极管进行稳压，其中稳压二极管主要是用来起保护作用，直流电容起稳压及平波作用，整流稳压后的电源提供芯片与继电器驱动电路的工作电源。

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：电阻分压电路由水泥电阻R1、R2、R3组成，该水泥电阻均选取大功率电阻，可长时间通过50mA电流，通过水泥电阻对阻尼电阻两端输出电压Uro进行限流及分压。

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：电压比较电路和继电器触点互锁控制电路通过电阻R2、R3、R4对24V直流进行分压，得到两个电压不同的电压值，该值即为比较器的门槛电压值；接入比较器同相端的R4为可调电阻，调整R4即可调整比较器的门槛范围值；其中一组继电器的常闭触点串接到另一路比较的同相端，组成互锁关系，作为其中一组作为后备电路，并在第一组的常闭触点给出故障的遥信量，提供后台故障报警指示。

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：继电器驱动电路由电压比较电路输出的信号，通过R5、R6进行上拉后，驱动达林顿管Q1、Q2来控制继电器的线包，

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：本装置选用的继电器型号为JW2SN-24V的低功耗板级继电器，线圈功耗为0.5W。

如上所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：选线接口电路主要接收从选线装置提供的阻尼投切控制信号，实现并联中电阻选线的功能。

与传统阻尼控制装置相比，本发明技术优点如下：

①传统电压、电流信号采集需要电压互感器PT、电流互感器CT，本装置直接采集阻尼电阻两端电压，通过分压电路后进入电压检测电路，节省成本；

②电路直接取阻尼电阻两端电路输出电压信号进行整流，来提供电源供电，省去开关电源，电路更加简单可靠；

③本投切装置设定两个电压阀值不同继电器控制回路，组成互锁关系，其中一组作为后备电路，并在第一组故障时给出报警指示，进一步提高装置的可靠性；

④本装置设计了电阻外接控制端口，提供选线装置实现并联中电阻选线功能，省去选线装置需要额外增加电阻控制回路，性价比更高。

附图说明

图1为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的结构组成图。

图2为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的电路工作原理结构图。

图3为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的调匝式消弧线圈原理图。

图4为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的二次阻尼原理图。

图5为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的二次阻尼等效原理图。

图6为本发明实施例的阻尼电阻投切装置的并联中电阻选线的实现流程。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明装置结构组成如图1所示。主要由整流电路、电阻分压电路、电压比较电路、继电器触点互锁控制电路、继电器驱动电路、选线接口电路组成。电阻分压电路主要实现限流及分压；整流电路实现交直流转换，提供电路工作电源；电压比较电路实现不同电压门槛时的阻尼投切。继电器触点互锁控制电路实现双重保护功能，在第一组故障时给出报警，并提供后备保护功能；继电器驱动电路主要实现通过比较输出电压实现对继电器线圈的功控制；选线接口主要通过提供继电器驱动接口电路，并独立于电压比较器电路，根据选线装置给出的信号实现电阻投切功能。

装置电路工作原理结构图如图2所示。整流电路采用整流芯片KBP202，将交流电压Uro变为直流电源。稳压并通过直流电容C1与24V的功率稳压二极管IN5359B进行稳压，其中稳压二极管主要是用来起保护作用，直流电容起稳压及平波作用，整流稳压后的电源提供芯片与继电器驱动电路的工作电源。电阻分压电路由水泥电阻R1、R2、R3组成，该水泥电阻均选取大功率电阻，可长时间通过50mA电流，通过水泥电阻对阻尼电阻两端输出电压Uro进行限流及分压。电压比较电路通过电阻R2、R3、R4对24V直流进行分压，得到两个电压不同的电压值，该值即为比较器的门槛电压值。接入比较器同相端的R4为可调电阻，调整R4即可调整比较器的门槛范围值。其中一组继电器的常闭触点串接到另一路比较的同相端，组成互锁关系，作为其中一组作为后备电路，并在第一组的常闭触点给出故障的遥信量，提供后台故障报警指示。继电器驱动电路由比较输出的信号，通过R5、R6进行上拉后，驱动达林顿管Q1、Q2来控制继电器的线包，本装置选用的继电器型号为JW2SN-24V的低功耗板级继电器，线圈功耗仅为0.5W。选线接口电路主要接收从选线装置提供的阻尼投切控制信号，实现并联中电阻选线的功能。

阻尼电阻两端电压作为阻尼电阻投切判断依据的原理分析。如图4所示为二次阻尼工作原理图。阻尼电阻并联在消弧线圈二次绕组上，当调匝式消弧线圈一次侧匝数变化时，消弧线圈一二次绕组变比发生变化，但二次阻尼电阻取值为固定值。在阻值不变得情况下，只需匝数最小档位满足阻尼电阻的电压切除条件，则其它档位也满足本条件。本装置按最小匝数的档位与二次绕组的变比进行折算后得出阻尼电阻两端电压，来调整投切装置上的可调电阻。以下对二次阻尼取值为固定值进行分析。

如图5中二次阻尼等效原理图，中性点电压为U，系统不平衡电压为E，R为等效后的阻尼电阻值，

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE001

，r为二次阻尼电阻值，N1为消弧线圈一次匝数，N 2为消弧线圈二次匝数。

在谐振情况下，满足关系

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE002

时，代入如下

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE003

即

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE005

，则

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE006

根据电感量计算公式：

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE007

Figure 2012105829801100002DEST_PATH_IMAGE008

式中μ0为真空磁导率，μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，N1为线圈圈数，S为线圈的截面积，l为线圈的长度，K系数取决于线圈的半径（R)与长度(l)的比值。因此，L与消弧线圈的匝数平方成正比。式中，二次绕组的匝数N2是固定不变的，根据DL/T 1057-2007标准规定，中性点最大不平衡度E为3(%)，而投入阻尼电阻后，中心点电压U不超过则15(%)，即阻尼电阻的取值，因此，只需阻尼电阻满足上述条件，就可以取一个固定值。因此，消弧线圈处于不同档位时，阻尼电阻产生的阻尼率对系统产生的作用是一致的。因此阻尼电阻两端电压可以作为阻尼电阻投切判断依据。

图6所示为并联中电阻实现的流程方案：当装置确认系统发生永久性单相接地故障时，真空接触器闭合，阻尼电阻投入，向系统注入有功电流供选线。由于此时中值电阻承受很高的电压，因此经过很短延时（小于1秒）后，真空接触器立刻断开，切除电阻。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于，由整流电路、电阻分压电路、电压比较电路、继电器触点互锁控制电路、继电器驱动电路、选线接口电路组成，整流电路实现交直流转换，提供电路工作电源；电阻分压电路主要实现限流及分压；电压比较电路实现不同电压门槛时的阻尼投切；继电器触点互锁控制电路实现双重保护功能，在第一组故障时给出报警，并提供后备保护功能；继电器驱动电路主要实现通过比较输出电压实现对继电器线圈的控制；选线接口主要通过提供继电器驱动电路，并独立于电压比较电路，根据选线装置给出的信号实现电阻投切功能。

2.根据权利要求1所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：整流电路采用整流芯片KBP202，将交流电压Uro变为直流电源，稳压并通过直流电容与24V的功率稳压二极管进行稳压，其中稳压二极管主要是用来起保护作用，直流电容起稳压及平波作用，整流稳压后的电源提供芯片与继电器驱动电路的工作电源。

3.根据权利要求1所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：电阻分压电路由水泥电阻R1、R2、R3组成，该水泥电阻均选取大功率电阻，可长时间通过50mA电流，通过水泥电阻对阻尼电阻两端输出电压Uro进行限流及分压。

4.根据权利要求1所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：电压比较电路和继电器触点互锁控制电路通过电阻R2、R3、R4对24V直流进行分压，得到两个电压不同的电压值，该值即为比较器的门槛电压值；接入比较器同相端的R4为可调电阻，调整R4即可调整比较器的门槛范围值；其中一组继电器的常闭触点串接到另一路比较的同相端，组成互锁关系，作为其中一组作为后备电路，并在第一组的常闭触点给出故障的遥信量，提供后台故障报警指示。

5.根据权利要求1所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：继电器驱动电路由电压比较电路输出的信号，通过R5、R6进行上拉后，驱动达林顿管Q1、Q2来控制继电器的线包。

6.根据权利要求5所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：本装置选用的继电器型号为JW2SN-24V的低功耗板级继电器，线圈功耗为0.5W。

7.根据权利要求1所述的新型调匝式消弧线圈二次阻尼电阻投切装置，其特征在于：选线接口电路主要接收从选线装置提供的阻尼投切控制信号，实现并联中电阻选线的功能。