CN105676118A - 空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力设备控制技术，涉及一种空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统及测量方法。其系统包括高压侧互感器和低压侧互感器，还包括单片机模块；单片机模块的控制指令输出端连接断路器驱动电路；单片机的信号输入端连接有分断检测电路和接通检测电路；分断检测电路经过高压信号采集端连接高压侧互感器；接通检测电路分别经过高压信号采集端和低压信号采集端连接高压侧互感器和低压侧互感器。本发明能够精确测量高压状态下空载变压器回路中高压断路器接通过程时间和分断过程时间。

Description

空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统及测量方法
技术领域
本发明属于电力设备控制技术，涉及一种空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统及测量方法。
背景技术
电力系统中，空载变压器刚接上电源时，产生的励磁涌流有时可达变压器额定电流的数十倍或更大，为避免变压器空投失败，电力系统中大量的备用电源变压器以正常带电的热备用方式运行，造成了大量空载损失。大幅值励磁涌流产生的电动力容易对设备造成伤害，产品设计被迫提高设备安全系数，提高了设备制造成本。将已测量执行时间作为导前时间，控制断路器发出命令时刻，控制变压器投入和退出瞬间电压相位在预定位置，涌流波形和大小达到控制。开关动作时间准确是涌流控制技术的关键参数，对控制涌流效果有决定作用。50HZ频率5o控制精度要求时，执行时间参数误差应小于0.2ms。
目前三相断路器动作时间通过专用电力测试仪表测定，由于测试电压低，
测量动作时间仅反映开关机械特性参数，当大型空栽变压器一次侧运行在35KV及以上电压时，操作时由于变压器和设备内部电场和磁场变化，伴随产生一些特有的自然物理现象，动态时测量结果与静态测量值会有一些差别，且随着电压等级升高逐渐变大。
高压断路器真空灭弧室在关合过程中，当动静触头间隙距离不能承受外加电压时，电极间出现预击穿电流，而后整个真空灭弧室被击穿，电气回路提前导通，以上现象称为电气预击穿。断路器实际接通时间短于静态机械合闸时间。
高压断路器开断空载变压器时，三相断路器首相断开熄弧产生的高频电流通过三相互耦和中性点叠加在其他未断开的两相工频电压电流上，造成其他两相电弧电流强制过零，使得未开断的两相随之同时被切断，以上现象称为三相共断截留。截流时系统中电磁能量振荡产生截流过电压，截流过电压波形与正常工频电压有明显区别。
现有检测系统中，单片机检测状态变化时一般采用查询或中断方式，重要的单次发生事件变量有快速和精确测量要求时，密集查询和多次判断方式影响程序执行效率且影响测量精度。中断方式可以快速捕捉事件，前提要保证信号质量，大功率变压器自身和周围电磁环境复杂，电路设计中不允许含有滤波电路，单纯中断方式不能符合测试要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种能够精确测量高压状态下空载变压器回路中高压断路器接通过程时间和分断过程时间的空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统及测量方法。
本发明的空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统，包括分别用来检测电力系统变压器高压侧和低压侧电压信号的高压侧互感器和低压侧互感器，还包括有一个单片机模块；单片机模块的控制指令输出端连接一个能够控制电力系统变压器高压侧断路器的断路器驱动电路；单片机的信号输入端连接有能够根据电力系统变压器高压侧和低压侧的电压信号变化确定断路器分断的分断检测电路，还接有能够根据电力系统变压器低压侧的电压信号变化确定断路器接通的接通检测电路；所述分断检测电路经过高压信号采集端连接高压侧互感器；所述接通检测电路分别经过高压信号采集端和低压信号采集端连接高压侧互感器和低压侧互感器。
本发明基于上述测量系统的测量方法是：测量系统工作过程中，分断检测电路和接通检测电路的输出信号分别进入单片机的两个信号输入端，单片机监测两路信号并处理检测过程数据，启动内部计数器；单片机发出断路器动作命令时累计时间初始值清零，单片机监测状态变量按先进先出方式串行记录最新32次状态信号同时累计动作时间；单片机巡查串行记录的最新若干次检测信号，如果数据连续一致为翻转后稳定时，确认状态转换完成，记录当前计数器数值和当前32位串行数据，按顺序逐位检查32位数据，查找数据发生变化位置数据，在保留的计数值扣除位置数据后获得动作过程实际完成时间。所述单片机的内部计数器为周期0.1ms的时间16位二进制计数器。
本发明针对电力系统运行的实际情况中，断路器的三个分开关不可能完全同步动作，三相电压瞬时值在同一时刻各不相同，合闸预击穿和分闸截流三相共断是高压变压器操作的自然物理现象，利用接通时低压侧电压随同预击穿从无到有以及分断截流时低压侧波形瞬间变异的特点，根据低压侧电压变化特征来确定变压器接通和断开时刻。其检测系统硬件电路设计不含延时电路，单片机采用软件定时器记录开关动作状态信号和累计动作时间，可以借助软件处理方式解决测量精度和速度矛盾问题，测量结果误差理论小于定时器中断发生间隔。
附图说明
图1是本发明的空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统原理框图；
图2是本发明实施例的接通检测电路原理图；
图3是本发明实施例的分断检测电路原理图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，该测量系统包括分别用来检测电力系统变压器高压侧和低压侧电压信号的高压侧互感器和低压侧互感器，还包括有一个单片机模块；单片机模块的控制指令输出端连接一个能够控制电力系统变压器高压侧断路器的断路器驱动电路；单片机的信号输入端连接有能够根据电力系统变压器高压侧和低压侧的电压信号变化确定断路器分断的分断检测电路，还接有能够根据电力系统变压器低压侧的电压信号变化确定断路器接通的接通检测电路；所述分断检测电路经过高压信号采集端连接高压侧互感器；所述接通检测电路分别经过高压信号采集端和低压信号采集端连接高压侧互感器和低压侧互感器。
低压侧互感器取线电压（如AB相），高压侧互感器取信号根据变压器形式决定（YNyn或YNd）。变压器接通状态下，高压信号互感器输出和低压信号互感器输出要求接通后幅值和相位保持一致。接通检测电路输出信号和分断检测电路输出信号接单片机输入端，在硬件检测电路中不包含延时电路，输出电平的变化能立即将电压波形突然变化。
接通状态检测时需要测量变压器低压侧电压产生时刻，变压器初始无输出电压，当任意两相接通时都能在低压侧感应线电压产生，采用电压绝对值全波检测电路和过零比较电路能立即产生反映线电压产生的电平信号变化。当电压过零时接通涌流产生最大，控制时要求避免接通发生在过零附近，过零附近电压不构成电路测量不完整部分。
变压器未分断时，参与检测的高压信号和低压侧信号波形和大小保持基本一致状态，分断时由于截流变化低压侧信号剧烈变化，同时的高压侧信号仍然为保持反映高压系统状态形式，此时高压侧信号和低压侧信号产生剧烈的差异，
接通状态下由于两个信号基本一致时，在检测元件光耦中不流过电流，光耦次级产生高电平，当信号剧烈变化时，立即产生通过电流，光耦次级产生低电平。两个光耦分别检测两个方向电流，检测电路能立即检测变压器分断时刻。
单片机监测检测信号并处理检测过程数据，内部启动周期为0.1ms的时间16位二进制计数器，检测信号分别进入单片机两个输入管脚，发出动作命令时累计时间初始值清零，基于常规监测方式不能满足本次发明测量精度要求，采用巡查和中断相结合方式，单片机监测状态变量按先进先出方式串行记录最新32次状态信号同时累计动作时间,软件巡查串行记录的最新4次检测信号，如果数据连续一致为翻转后稳定时，确认状态转换完成，记录当前计数器数值和当前32位串行数据，按顺序逐位检查32位数据，查找数据发生变化位置数据，在保留的计数值扣除位置数据后为动作过程实际完成时间。
接通检测电路如图2所示:电压信号从电阻R4端输入,D4限制进入运放信号幅值，运算放大器1和二极管D5和D6，电阻R52、R53共同构成绝对值电路。运算放大器2和R5及v0构成比较电路，v0为比0略大参考电平，三极管Q1、R90、C26、R11、C7、R24、R22、R12、D12、R57为整形电路，输出信号PJ0满足单片机接口电平要求。
分断检测电路如图3所示:UA0为变压器高压侧电压信号，UA1为变压器低压侧电压信号。光藕U9、U10作为检测和隔离器件，输入端相互反接，输出端并接经R7与5v电源连接，R5、R57、R52、Q3为整形电路，输出信号PJ1送单片机检测端口，合闸期间光藕两个光藕均不导通，PJ1端保持0电平。分闸时高压侧UA0波形保持正常变化趋势，低压侧截流过电压产生，UA1不再跟随UA0信号，光藕迅速导通，PJ1端转换为1电平。

Claims (3)

1.一种空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统，包括分别用来检测电力系统变压器高压侧和低压侧电压信号的高压侧互感器和低压侧互感器，还包括有一个单片机模块；其特征是：单片机模块的控制指令输出端连接一个能够控制电力系统变压器高压侧断路器的断路器驱动电路；单片机模块的信号输入端连接有能够根据电力系统变压器高压侧和低压侧的电压信号变化确定断路器分断的分断检测电路，还接有能够根据电力系统变压器低压侧的电压信号变化确定断路器接通的接通检测电路；所述分断检测电路经过高压信号采集端连接高压侧互感器；所述接通检测电路分别经过高压信号采集端和低压信号采集端连接高压侧互感器和低压侧互感器。
2.一种基于权利要求1所述空载变压器回路高压断路器动作时间测量系统的空载变压器回路高压断路器动作时测量方法，其特征是：测量系统工作过程中，分断检测电路和接通检测电路的输出信号分别进入单片机模块的两个信号输入端，单片机模块监测两路信号并处理检测过程数据，启动内部计数器；单片机模块发出断路器动作命令时累计时间初始值清零，单片机模块监测状态变量按先进先出方式串行记录最新32次状态信号同时累计动作时间；单片机模块巡查串行记录的最新若干次检测信号，如果数据连续一致为翻转后稳定时，确认状态转换完成，记录当前计数器数值和当前32位串行数据，按顺序逐位检查32位数据，查找数据发生变化位置数据，在保留的计数值扣除位置数据后获得动作过程实际完成时间。
3.根据权利要求2所述的空载变压器回路高压断路器动作时测量方法，其特征是：所述单片机模块的内部计数器为周期0.1ms的时间16位二进制计数器。
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