CN105807193A - 一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，包括同频同相试验电源、串联谐振装置、分压器、交流电源、转换隔离装置和控制箱；同频同相试验电源通过串联谐振装置与分压器连接；分压器与连接于母线上的待测试间隔Cx连接；转换隔离装置设置于控制箱与电压互感器PT之间；控制箱与同频同相试验电源连接；本发明通过在PT二次侧选取的参考电压设置隔离转换装置来保护获取参考信号的安全性，避免来带电运行中的母线或出线PT二次侧发生短路导致PT损坏的事故现象。实现了输入GIS同频同相交流耐压试验控制装置的参考信号与现场信号取样PT之间的电气隔绝，切断了异常信号在参考信号取样PT和试验装置之间的互相传输。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置。
背景技术
气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称GIS)在间隔扩建和检修后(特别是双母线接线GIS)，均需要在运行部分停电的情况下进行交流耐压试验。GIS扩建间隔或解体检修间隔与相邻运行部分仅通过隔离开关断开。若运行部分不停电，则交流耐压时隔离开关断口可能会发生试验电压与运行电压反向叠加导致隔离断口击穿进而危及运行设备的情况，因此DL/T555、DL/T617、DL/T618等标准规定GIS耐压试验时相邻设备应断电并接地，否则应考虑由于突然击穿对原有部分造成的损坏采取措施。另外，考虑到一些重要的枢纽变电站以及带有电铁牵引站等重要负荷的GIS变电站，特别是双母线GIS，这些变电站对供电可靠性要求高，并且参考信号经过电缆传输，信号波形可能发生畸变；若信号电缆存在折损或质量问题，增加了短路的可能性；由于电压互感器的地线经过长电缆与控制箱的金属外壳地线相连，控制箱的金属外壳经过专用地线与地线汇流盘连接，GIS的地线也经过专用地线与地线汇流盘连接，所以电压互感器的地线与GIS的地线相距较远。在进行GIS耐压试验时，试验电压较高，一旦套管对地击穿，发生闪络或者击穿故障，导致地电位提高，对电压互感器形成电压冲击，危及电压互感器的正常运行，甚至造成其损坏。
GIS同频同相交流耐压试验技术采用相邻设备运行电压(如取母线电压互感器二次侧电压)作为参考电压，通过谐振方式获取试验电压，并利用锁相环技术对其频率和相位进行实时动态跟踪，使试验电压与运行电压的频率和相位处于同频同相状态。试验电压信号的来源是从现场运行母线PT二次绕组两端电压，接入操作控制箱，参考电压的选取是同频同相交流耐压试验技术中的关键环节。当前，同频同相交流耐压试验技术参考电压选取都是直接从PT二次侧选取，然后直接对接到同频同相试验装置控制箱参考信号输入端口，中间并无任何转换或保护部件，这存在着很大的安全隐患。
因此，需要一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，包括同频同相试验电源、串联谐振装置、分压器、交流电源、转换隔离装置和控制箱；
所述交流电源与同频同相试验电源连接；所述同频同相试验电源通过串联谐振装置与分压器连接；所述分压器与连接于母线上的待测试间隔Cx连接；所述转换隔离装置设置于控制箱与电压互感器PT之间；所述控制箱与同频同相试验电源连接；所述电压互感器PT设备用于从母线上获取参考信号。
进一步，所述隔离转换装置将选取的参考信号以相位不变、频率不变的方式输出至GIS同频同相试验装置的控制箱中，作为试验高压输出的参考信号。
进一步，所述隔离转换装置包括参考信号判断模块和过流过压保护装置；
所述参考信号判断模块用于从电压互感器PT接收参考信号，并判断参考信号是否为异常信号；所述过流过压保护装置与参考信号判断模块连接；所述过流过压保护装置用于切断电压互感器PT和控制箱之间连接。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明通过在PT二次侧选取的参考电压设置隔离转换装置来保护获取参考信号的安全性，避免来带电运行中的母线或出线PT二次侧发生短路导致PT损坏的事故现象。为GIS同频同相交流耐压控制装置提供了一种和运行设备同频率、同相位的原始信号。实现了输入GIS同频同相交流耐压试验控制装置的参考信号与现场信号取样PT之间的电气隔绝，切断了异常信号在参考信号取样PT和试验装置之间的互相传输。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为现场GIS交流耐压接线示意图。
图2为GIS同频同相交流耐压参考信号选取接线示意图。
图中：1为同频同相试验电源；2为串联谐振装置；3为分压器；4为交流电源；5为控制箱；6为转换隔离装置；61为输入端；62为输出端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供的GIS同频同相交流耐压试验装置，采用相邻设备运行电压(如取母线电压互感器二次侧电压)作为参考电压，通过谐振方式获取试验电压，并利用锁相环技术对其频率和相位进行实时动态跟踪，使试验电压与运行电压的频率和相位处于同频同相状态，现场同频同相GIS交流耐压接线如图1所示，如图中所示，本实施例提供的具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，包括同频同相试验电源1、串联谐振装置2、分压器3、交流电源4、转换隔离装置6和控制箱5；
所述交流电源与同频同相试验电源连接；所述同频同相试验电源通过串联谐振装置与分压器连接；所述分压器与连接于母线上的待测试间隔Cx连接；所述转换隔离装置设置于控制箱与电压互感器PT之间；所述控制箱与同频同相试验电源连接；所述电压互感器PT设备用于从母线上获取参考信号。所述转换隔离装置输入端61与互感器PT连接；所述隔离转换装置将选取的参考信号以相位不变、频率不变的方式通过输出端62输出至GIS同频同相试验装置的控制箱中，作为试验高压输出的参考信号。
所述隔离转换装置包括参考信号判断模块和过流过压保护装置；所述参考信号判断模块用于从电压互感器PT接收参考信号，并判断参考信号是否为异常信号；所述过流过压保护装置与参考信号判断模块连接；所述过流过压保护装置用于切断电压互感器PT和控制箱之间连接。
本实施例提供的试验电压信号的来源是从现场运行母线PT二次绕组两端电压，接入操作控制箱，参考电压的选取是同频同相交流耐压试验技术中的关键环节，当前，同频同相交流耐压试验技术参考电压选取都是直接从PT二次侧选取，然后直接对接到同频同相试验装置控制箱参考信号输入端口，中间并无任何转换或保护部件，这存在着很大的安全隐患。首先，带电运行中的母线或出线PT二次侧应避免发生短路，实际中，当参考信号在试验装置控制箱输入侧发生短路时，该短路可能导致PT二次短路，进而损坏PT。其次，由于耐压试验装置控制箱现场需外接220V工频交流电源供电，当控制箱内部出线故障导致参考信号侧出现异常电压信号时，该异常电压信号同时也将作用于PT二次侧，导致在PT一次侧出现异常电压信号，这将有可能导致该部分的二次保护发生动作，引发停电事故。
本实施例提供的隔离转换装置包含过流过压保护功能，能够自动切断异常信号在参考信号取样PT和控制箱之间的传输。避免了控制箱侧信号异常传递到PT侧，从而保证了PT的正常运行工况。具体步骤如下：(1)选取与被试相序相同的母线(或出现)PT，将专用信号线一端接到该PT二次测量绕组，另一端接到信号隔离转换装置输入端。(2)利用专用信号线将隔离转换装置输出端与GIS同频同相耐压试验装置控制箱参考信号输入端相连。
实施例2
本实施例提供的隔离转换装置采用光纤为传输媒介的PT二次电压信号隔离取样装置，包括信号发射单元和信号接收单元；所述信号发射单元通过光纤将信号传输到信号接收单元。
所述信号发送单元包括降压电路、电平偏移电路、第一VFC电压频率转换器、光电发送器和第一电源电路；
所述降压电路的输入端用于接收PT输入的PT二次信号；所述降压电路的输出端与电平偏移电路的输入端连接；所述电平偏移电路的输出端与第一VFC电压频率转换器的输入端连接；所述第一VFC电压频率转换器的输出端与光电发送器连接；所述第一电源电路分别与降压电路、电平偏移电路、第一VFC电压频率转换器和光电发送器连接；
所述信号接收单元包括光电接收器、第二FVC频率电压转换器、电平偏移电路和第二电源电路；
所述光电接收器的输入端用于接收光电发送器发送的频率信号；所述光电接收器的输出与第二FVC频率电压转换器的输入端连接；所述第二FVC频率电压转换器的输出端与电平偏移电路的输入端连接；所述第二电源电路分别与光电接收器、第二FVC频率电压转换器、电平偏移电路和电源电路连接。
本实施例提供的采用光纤为传输媒介的PT二次电压信号隔离取样装置，解决了直接从PT二次取电压信号通过电缆传递到控制箱所存在的信号波形畸变、短路可能性增大等问题，避免了试验过程中因参考信号取样环节不足引发的安全隐患。
本实施例提供的PT二次信号是从现场的电压互感器汇控柜取出的PT二次电压信号，然后送入信号发送单元，信号发送单元内部经过信号处理，将模拟信号转换为数字信号，再经过光纤传送至信号接收单元。信号接收单元内部经过信号处理，将数字信号转换为模拟信号，实现了信号的还原，达到了隔离取样的目的
本实施例的FVC频率电压转换器采用美国ADI公司推出的高精度电压/频率转换器AD650，该C频率电压转换器由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。它既能用作电压频率转换器(以下简称为VFC),又可用作频率电压转换器，因此在通讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域得到广泛的应用。
采用VFC以频率形式传输模拟信号是远距离传输模拟信号而又不损失精度的最好解决方法。VFC将模拟输入信号转换为频率与其电压幅值对应的输出信号。它是模数转换器的另一种形式,是一种输出频率与输入信号成正比的电路。通过光电隔离器或者光纤在远距离传输线路上传输频率信号使其不受干扰是很容易实现的。FVC将输入信号转换为与其频率值对应的模拟电压信号，从而实现模拟信号的还原。它是数模转换器的另一种形式,是一种输出信号与输入频率成正比的电路。本装置主要由信号发射单元、信号接收单元两大部分组成。两者之间采用光纤进行连接。信号发送单元由降压电路、电平偏移电路、VFC电压频率转换器、光电发送器、电源电路组成，如图1所示。图1为信号发送单元框图；PT二次电压信号送往降压电路以及电源电路。降压电路的输出与电平偏移电路的输入相连接。电平偏移电路的输出与VFC电压频率转换器的输入相连接。VFC电压频率转换器的输出与光电发送器的输入相连接。光电发送器的输出外接光纤，将含有频率信息的数字信号发送出去。电源电路的输出送往降压电路、电平偏移电路、VFC电压频率转换器、光电发送器，为其提供工作电源。
PT二次电压信号额定值为100VAC或者为电压值较高，并且具有一定的带负载能力。电源电路由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，可以得到+15V、-15V、+5V三种电压。降压电路直接使用精密金属膜电阻进行分压，变为峰值为±4V的小信号。电平偏移电路对峰值为±4V的小信号叠加+5V的直流成分，得到1--9V的正电压信号。VFC电压频率转换器将正电压信号转换为含有频率信息的数字信号。
信号接收单元由光电接收器、FVC频率电压转换器、电平偏移电路、电源电路组成，如图2所示。图2为信号接收单元框图；光电接收器的输出与FVC频率电压转换器的输入相连接。FVC频率电压转换器的输出与电平偏移电路的输入相连接。电平偏移电路的输出即为希望得到的模拟信号，它与PT二次电压信号是完全一致的，仅仅是幅值成正比例的缩小。AC220V为内部的电源电路供电。电源电路由电源变压器、整流滤波电路、稳压电路组成，可以得到+15V、-15V、+5V三种电压。FVC频率电压转换器的输出为1--9V的正电压信号。电平偏移电路对1--9V的正电压信号叠加-5V的直流成分，得到-4V--4V的交流电压信号。信号发送单元、信号接收单元均含有电平偏移电路，还可以实现光纤故障的检测。正常情况下，信号发送单元的电平偏移电路输出电压最小为1V，则VFC电压频率转换器的输出频率有一个最小值。信号接收单元将这个最小输出频率转换为最小电压-4V。
一旦光纤未连接或者出现光纤故障，信号接收单元无法收到频率信号，则其FVC频率电压转换器的输出为0，电平偏移电路叠加-5V的直流成分后，得到-5V电压信号。对这个电压信号进行检测识别，一旦小于-4V,即可以认为出现光纤故障，需要重新检查整个回路。所以整套装置具有一定的自检功能。以光纤为传输媒介的信号隔离方法。通过将获取的电压模拟信号经转换电路转变为数字信号，经光纤传输，再经过信号还原电路还原为电压模拟信号，实现了信号接收装置和信号源之间的电气隔离，避免了二者之间故障信号的互相传递。
所述隔离转换装置将选取的参考信号以相位不变、频率不变的方式输出至GIS同频同相试验装置的控制箱中，作为试验高压输出的参考信号。
所述隔离转换装置包括参考信号判断模块和过流过压保护装置；所述参考信号判断模块用于从电压互感器PT接收参考信号，并判断参考信号是否为异常信号；所述过流过压保护装置与参考信号判断模块连接；所述过流过压保护装置用于切断电压互感器PT和控制箱之间连接。
实施例3
本实施例提供的隔离转换装置采用隔离变压器；通过隔离变压器获取PT二次电压信号，包括PT电压互感器、隔离变压器和控制箱；
所述PT电压互感器连接于母线上用于获取PT二次电压信号；
所述PT二次电压信号输入到隔离变压器的输入侧；所述隔离变压器的输出侧与控制箱连接。
所述隔离变压器输入侧设置有用于防止隔离变压器端子短路的保险熔丝。
所述隔离变压器输出侧设置有用于防止隔离变压器端子短路的保险熔丝。
所述隔离变压器输入侧设置有与输入端口连接的3芯插座。
所述隔离变压器输出侧设置有与输入端口连接的3芯插座。
所述隔离变压器输出侧端口并联设置有报警电路，所述报警电路包括依次串接的整流二极管、电阻和发光二极管。
本实施例提供的PT二次信号是从现场的电压互感器汇控柜取出的信号，该信号为被试相母线PT二次电压信号，然后将该信号送入隔离变压器的输入侧，基于隔离变压器的电磁感应原理，在保证输出信号幅值、频率和相位与输入侧信号不变的情况下，将信号输出至同频同相电源控制箱，实现了信号的电气隔离，达到了隔离取样的目的。
本实施例提供的基于隔离变压器的PT二次电压信号隔离取样装置，实现了PT二次信号采样端与同频同相电源控制箱之间的信号隔离传输，避免了试验过程中因控制箱侧出现短路或异常信号导致PT或一次设备发生停电的安全隐患。
本装置具体内部结构如图2所示，图2为PT二次取样隔离单元内部结构，输出与输入是完全隔离的。由于是利用隔离变压器的电磁感应原理，故保证了输入输出频率相同。隔离变压器初级、次级线圈依据实现的功能要求缠绕，保证了输入信号、输出信号相位相同，幅值一致。当输入电压大于20V时，红色LED指示灯点亮，表明输出端有交流电压信号。经过隔离单元隔离后，若端子间发生短路，隔离单元中的熔丝将熔断从而起到保护作用，切断信号传递，从而避免PT二次损伤。本实施例的通过在隔离单元信号流向上安装保险熔丝，当两侧信号故障时切断信号传递，实现了对控制箱和信号采样PT的保护。
所述隔离转换装置将选取的参考信号以相位不变、频率不变的方式输出至GIS同频同相试验装置的控制箱中，作为试验高压输出的参考信号。
所述隔离转换装置包括参考信号判断模块和过流过压保护装置；所述参考信号判断模块用于从电压互感器PT接收参考信号，并判断参考信号是否为异常信号；所述过流过压保护装置与参考信号判断模块连接；所述过流过压保护装置用于切断电压互感器PT和控制箱之间连接。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，其特征在于：包括同频同相试验电源、串联谐振装置、分压器、交流电源、转换隔离装置和控制箱；
所述交流电源与同频同相试验电源连接；所述同频同相试验电源通过串联谐振装置与分压器连接；所述分压器与连接于母线上的待测试间隔Cx连接；所述转换隔离装置设置于控制箱与电压互感器PT之间；所述控制箱与同频同相试验电源连接；所述电压互感器PT设备用于从母线上获取参考信号。
2.如权利要求1所述的具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，其特征在于：所述隔离转换装置将选取的参考信号以相位不变、频率不变的方式输出至GIS同频同相试验装置的控制箱中，作为试验高压输出的参考信号。
3.如权利要求1所述的具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，其特征在于：所述隔离转换装置包括参考信号判断模块和过流过压保护装置；
所述参考信号判断模块用于从电压互感器PT接收参考信号，并判断参考信号是否为异常信号；所述过流过压保护装置与参考信号判断模块连接；所述过流过压保护装置用于切断电压互感器PT和控制箱之间连接。
4.如权利要求1所述的具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，其特征在于：所述隔离转换装置采用光纤为传输媒介的PT二次电压信号隔离取样装置，包括信号发射单元和信号接收单元；所述信号发射单元通过光纤将信号传输到信号接收单元。
5.如权利要求1所述的具有安全取样信号的同频同相耐压试验装置，其特征在于：所述隔离转换装置采用隔离变压器；通过隔离变压器获取二次电压信号；
所述电压互感器连接于母线上用于获取二次电压信号；所述二次电压信号输入到隔离变压器的输入侧；所述隔离变压器的输出侧与控制箱连接。
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