CN105353194A - 三相中性点不接地系统的电压采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相中性点不接地系统的电压采样装置，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器，第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器设有正相输入端、反相输入端和信号输出端；第一电阻、第二电阻和第三电阻一端分别连第一电流电压转换器、第二电流电压转换器、第三电流电压转换器的正相输入端，另一端分别连第一相电压互感器二次侧、第二相电压互感器二次侧、第三相电压互感器二次侧的输出测量端，第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器的反相输入端连接构成重构中性点，各信号输出端连接电压检测设备。可提高电压测量准确度。

Description

三相中性点不接地系统的电压采样装置

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别是涉及一种三相中性点不接地系统的电压采样装置。

背景技术

为保证电网的正常运行，通常需要对电网进行电能质量监测。对三相中性点接地系统进行电能质量监测时，一般都使用电压互感器进行降压处理后，在电压互感器的二次侧将三相的地电位点接在一起，电压互感器二次侧的相电压就可以准确代表高压侧的相电压。

然而，在三相中性点不接地系统中，变压器中该电压等级绕组的基本运行结线为三角形结构，没有中性点引出接地，三相中性点不接地系统的中性点是由配电线路的三相导线对地分布电容和接在三相中性点不接地系统上用于三相工作电压测量的电压互感器的激磁电抗共同决定的，有很大的不确定性。因此，根据电压互感器二次侧的相电压得到的高压侧的电压中含有该系统中参数谐振的电压干扰，对三相中性点不接地系统的电压测量准确度低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以提高电压测量准确度高的三相中性点不接地系统的电压采样装置。

一种三相中性点不接地系统的电压采样装置，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器均设置有正相输入端、反相输入端和信号输出端；

所述第一电阻一端连接所述第一电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第一相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第二电阻一端连接所述第二电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第二相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第三电阻一端连接所述第三电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第三相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器的反相输入端连接在一起构成重构中性点，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器的信号输出端分别用于连接电压检测设备。

上述三相中性点不接地系统的电压采样装置，第一电阻与第一电流电压转换器构成Y型结线电路的第一支路；第二电阻与第二电流电压转换器构成Y型结线电路的第二支路；第三电阻与第三电流电压转换器构成Y型结线电路的第三支路。第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器的反相输入端连接在一起，建立重构中性点O₂。参考星形/三角形电路变换理论，通过测量流过第一支路的电流、流过第二支路的电流与流过第三支路的电流，即可得出对应Y型结线电路的各相电压，从而对应得出高压侧的各相电压，完成对高压侧的电压测量。该电压采样装置可以完全排除系统设备元件参数改变和谐振对电压测量的影响，提高电压测量的准确度。

附图说明

图1为三相中性点不接地系统中等值电路和干扰来源示意图；

图2为三相中性点不接地系统的电压测量装置的结构图；

图3为一实施例中本发明三相中性点不接地系统的电压采样装置的结构图；

图4为三角形电路与Y型结线电路变换的特性示意图；

图5为另一实施例中本发明三相中性点不接地系统的电压采样装置的电路结构图。

具体实施方式

参考图1，为三相中性点不接地系统中等值电路和干扰来源示意图，变压器高压绕组电场构成的激励电源Vp，通过线圈之间的分散耦合电容Cp，向由互感器激磁电感200和该电压等级上对地分散电容Ca、Cb、Cc共同构成的等值电路提供谐振能量。三相对地电位由于是系统原件参数决定的电位，而不完全是系统电压决定，所以三相中性点不接地系统的零电位点有很大的不确定性。参考图2。电压互感器激励电感200的一次侧低压端接在地电位点O₁上，则电压互感器二次侧的电压输出上就会反映出这种因系统元件参数产生的谐振电压。见图2。因此，若按现有的方法以电压互感器二次侧的电压ua、ub、uc来表示高压侧的电压，误差较大。

本发明提供一种可以提高测量准确度高的三相中性点不接地系统的电压采样装置。参考图3，本发明一实施例中的三相中性点不接地系统的电压采样装置，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130，第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130均设置有正相输入端、反相输入端和信号输出端。

第一电阻R1一端连接第一电流电压转换器110的正相输入端，另一端连接第一相电压互感器二次侧210的输出测量端a；第二电阻R2一端连接第二电流电压转换器120的正相输入端，另一端连接第二相电压互感器二次侧210的输出测量端b；第三电阻R3一端连接第三电流电压转换器130的正相输入端，另一端连接第三相电压互感器二次侧210的输出测量端c。第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130的反相输入端连接在一起构成重构中性点O₂，第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130的信号输出端用于分别连接电压检测设备。

参考图3和图4，本发明三相中性点系统的电压采样装置的工作原理为：第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3连接成Y型结线电路，通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3分别连接电压互感器二次侧210的三相输出a、b、c，将三角形电路转换成Y型绕结线电路，变换后的外特性(电压、测量用电流)一致。Y型结线电路中满足ia+ib+ic＝0的条件，其中，ia为第一电阻R1所在支路的电流，ib为第一电阻R2所在支路的电流，ic为第一电阻R3所在支路的电流，因此，将Y型结线电路中的结线中点作为重构中性点O₂，通过准确测量流过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3所在的Y型结线电路的各相电流，即可对应得出高压侧的各相电压，排除掉三相中性点不接地系统中的元件参数谐振干扰，准确度高。

在其中一实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3均为纯电阻。通过采用纯电阻而非储能元件，避免引起高频相移和新的谐振出现，使得重构中性点O₂更准确。

在其中一实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R1的阻值和精度均相同。通过设置相同阻值和相同精度的三个电阻，进一步避免高频相移和新的谐振出现，重构中性点O₂更准确。

具体地，本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值均为200KΩ/2W，阻值精度均为0.05％。采用200KΩ/2W，阻值精度为0.05％的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，接在低于380V以下的被测系统中，自身消耗功耗小，发热小，可以且长时间稳定工作。

在其中一实施例中，参考图5，第一电流电压转换器110包括第一小电流测量互感器111、第一反馈电阻r和第一运算放大器115。第一运算放大器115的同相输入端和反相输入端分别连接第一小电流测量互感器111二次侧的两端，且第一运算放大器115的同相输入端与第一小电流测量互感器111二次侧连接的公共端接地，具体可以是通过联接到仪器的公共地上接地，第一运算放大器115的输出端作为第一电流电压转换器110的信号输出端，连接电压检测设备。第一反馈电阻r跨接在第一运算放大器115的反相输入端和输出端。第一小电流测量互感器111一次侧的一电流输入端作为第一电流电压转换器110的正相输入端，连接第一电阻R1，第一小电流测量互感器111一次侧的另一电流输入端作为第一电流电压转换器110的反相输入端，与第二电流电压转换器120、第三电流电压转换器130连接，构成重构中性点。

通过测量第一运算放大器115的输出电压，可以对应得出第一电阻R1所在支路从电压互感器二次侧210流到重构中性点O₂的电流，从而可以得出第一电阻R1所在支路的相电压，可以完全排除系统设备参数改变对电压测量的影响，提高电压测量的准确性。第一电阻R1、第一小电流测量互感器111、第一反馈电阻r与第一运算放大器115，可以将数百伏的输入电压调理成数字电路处理所需的电压范围，以便电压检测设备检测第一运算放大器115的输出电压。

在其中一实施例中，第一小电流测量互感器111工作在零磁通方式。具体为：第一运算放大器115输出端输出的电压经第一反馈电阻r，将以流过第一电阻R1相同数量大小的反相电流灌入第一小电流测量互感器111二次侧至仪器地之间，使第一小电流测量互感器111工作在零磁通方式。由于第一运算放大器115的虚地特性，第一电阻R1与第一反馈电阻r构成电阻分压器，这个等效的电阻分压器将反映被测电压与重构中性点O₂之间的电压差。

第一小电流测量互感器111工作在零磁通方式可以保证第一小电流测量互感器111的一次侧的感应电压为零。因第一小电流测量互感器111的磁耦合、电隔离特性，减少重构中性点O₂点受其他干扰的影响，进一步提高测量准确度。

参考图5，在用于220V电压下，流过第一电阻R1的电流为1.1mA，经第一小电流测量互感器111和第一运算放大器115做电流电压变换后，形成2.2V的测量电压信号。第一电阻R1与第一反馈电阻r构成一个等值电阻分压器电路。通过第一小电流测量互感器同名端的调整，可以使第一运算放大器115输出电压VLa，计算公式如下。

$VLa=\frac{r}{R1}(ia\·R1);$

其中，ia·R1就是消除系统元件参数谐振干扰后的第一电阻R1所在支路的相电压。第一电阻R1上的功率消耗0.2W，为电阻标称功耗的10％左右，使第一电阻R1可以长时间稳定工作。在此电路中，第一反馈电组r的误差不影响重构中性点O₂的电位。

第二电流电压转换器120包括第二小电流测量互感器(图未示)、第二反馈电阻(图未示)和第二运算放大器(图未示)，第三电流电压互感器130包括第三反馈电阻(图未示)、第三运算放大器(图未示)和第三小电流测量互感器(图未示)。第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130的结构和工作原理与第一电流电压转换器110相似，在此不做赘述。其中，第一小电流测量互感器111一次侧的一电流输入端与第二小电流测量互感器一次侧的一电流输入端以及第三小电流测量互感器一次侧的一端连接在一起构成重构中性点O₂。

在其中一实施例中，参考图5，三相中性点不接地系统的电压采样装置还包括开关器件K。三相中性点不接地系统的电压采样装置在用于中性点直接接地系统的电压测量时，第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130连接的公共端构成的重构中心点O₂通过开关器件K连接到外部地电位点，例如可以是连接地电位点O₁。因此，开关器件K闭合时，可以将重构中性点O₂与外部地电位点连接，使之可用于三相中性点直接接地系统地测量，比如可接在380V的用户用电系统上进行高精度电压测量。因此，本发明的三相中性点系统的电压采样装置还可以用于三相中性点直接接地系统的电压测量，适用范围广。

具体地，本实施例中，开关器件K为继电器。可以理解，在其他实施例中，也可以使用其他类型的开关器件。

上述三相中性点不接地系统的电压采样装置，第一电阻R1与第一电流电压转换器110构成Y型结线电路的第一支路；第二电阻R2与第二电流电压转换器120构成Y型结线电路的第二支路；第三电阻R3与第三电流电压转换器130构成Y型结线电路的第三支路，第一电流电压转换器110、第二电流电压转换器120和第三电流电压转换器130的反相输入端连接重构中性点O₂。参考星形/三角形电路变换理论，通过测量流过第一支路的电流、流过第二支路的电流和流过第三支路的电流，即可得出对应Y型绕结线电路的各相电压，从而对应得出高压侧的各相电压，完成对高压侧的电压测量。该电压采样装置可以完全排除系统设备元件参数和谐振改变对电压测量的影响，提高电压测量的准确度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电流电压转换器、第二电流电压转换器和第三电流电压转换器，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器均设置有正相输入端、反相输入端和信号输出端；

所述第一电阻一端连接所述第一电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第一相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第二电阻一端连接所述第二电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第二相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第三电阻一端连接所述第三电流电压转换器的正相输入端，另一端连接第三相电压互感器二次侧的输出测量端，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器的反相输入端连接在一起构成重构中性点，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器的信号输出端分别用于连接电压检测设备。

2.根据权利要求1所述的三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均为纯电阻。

3.根据权利要求1所述的三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻的阻值和精度均相同。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，所述第一电流电压转换器包括第一小电流测量互感器、第一反馈电阻和第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端和反相输入端分别连接所述第一小电流测量互感器二次侧的两端，且所述第一运算放大器的同相输入端与所述第一小电流测量互感器二次侧连接的公共端接地，所述第一运算放大器的输出端作为所述第一电流电压转换器的信号输出端，所述第一反馈电阻跨接在所述第一运算放大器的反相输入端和输出端，所述第一小电流测量互感器一次侧的一电流输入端作为所述第一电流电压转换器的正相输入端，连接所述第一电阻一端，所述第一小电流测量互感器一次侧的另一电流输入端作为所述第一电流电压转换器的反相输入端，与所述第二电流电压转换器、所述第三电流电压转换器连接，构成所述重构中性点。

5.根据权利要求4所述的三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，所述第一小电流测量互感器工作在零磁通方式。

6.根据权利要求1所述的三相中性点不接地系统的电压采样装置，其特征在于，还包括开关器件，所述第一电流电压转换器、所述第二电流电压转换器和所述第三电流电压转换器连接的公共端构成的所述重构中性点，在用于中性点直接接地系统的电压测量时通过所述开关器件连接到外部地电位点。