CN111884233A - 一种并联电容器过电流过电压抑制系统 - Google Patents

一种并联电容器过电流过电压抑制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联电容器过电流过电压抑制系统，包括电流互感器、电压互感器、信号调理模块、控制芯片、驱动电路、电源模块、通讯模块、真空断路器、G‑R装置、电抗器、电容器、上位机。该系统主要实现对真空断路器合闸的选相控制，抑制过电流、过电压的产生，并通过G‑R装置进行协调配合，在选相控制后依然存在过电流、过电压的情况下再一次抑制过电流、过电压，为电容器提供保护。本发明实现了对电容器的双重保护，第一重保护是对真空断路器合闸进行选相控制，第二重保护是通过G‑R装置进行协调配合，消耗电磁振荡的能量。

Description

一种并联电容器过电流过电压抑制系统
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种并联电容器过电流过电压抑制系统。
背景技术
电压幅值是衡量电能质量最重要的指标之一，而电压幅值与线路无功功率有关。由于电网中的负荷时刻在变化，并联电容器的投切频繁，其产生的过电流、过电压不仅影响电能质量，还大大减少电容器电气寿命，甚至损毁。已有的研究成果中，对并联电容器的过电流、过电压抑制方法通常只能抑制过电流或过电压，功能单一。很少有能同时抑制过电压和过电流的装置。本专利正是在此种背景下提出。
发明内容
本发明提出了一种并联电容器过电流过电压抑制系统，解决现有装置保护功能单一，抑制效果难以达到预期问题。
为了解决上述问题，本发明所述的并联电容器过电流过电压抑制系统，包括：电流互感器、电压互感器、信号调理模块、控制芯片、驱动电路、电源模块、通讯模块、真空断路器、G-R装置、电抗器、电容器、上位机；
所述电流互感器、电压互感器依次与电网连接；所述信号调理模块与所述的电流互感器、电压互感器依次连接；所述信号调理模块与所述控制芯片连接；所述控制芯片与所述驱动电路连接；所述驱动电路与所述真空断路器连接；所述控制芯片与所述通讯模块连接；所述通讯模块与上位机连接；所述电源模块分别与所述的控制芯片和驱动电路连接；所述真空断路器与所述电抗器连接；所述电抗器与所述电容器连接；所述大功率阻尼电阻与所述空气间隙连接，所述电抗器并联于所述大功率阻尼电阻与所述空气间两端；
优选地，所述电流互感器采用电磁式电流互感器，用于将电网高压侧与抑制系统低压侧隔离，并获取电网电流信号，将电网电流信号传输给所述信号调理模块；
优选地，所述电压互感器采用电磁式电压互感器，用于将电网高压侧与抑制系统低压侧隔离，并获取电网电压信号，将电网电压信号传输给所述信号调理模块；
优选地，所述信号调理模块用于将电网电流信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电流信号进行模数转换得到电网电流数字信号，传输给所述控制芯片；
优选地，所述信号调理模块用于将电网电压信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电压信号进行模数转换得到电网电压数字信号，传输给所述控制芯片；
优选地，所述控制芯片，与驱动电路的输入端连接，用于根据合闸相角计算合闸时间，并计算合闸等待时间；
优选地，所述控制芯片还需要对电网电压数字信号进行过零检测，并在该时刻后开始计时，到达等待时间后，向驱动电路输出合闸脉冲信号；
优选地，所述驱动电路在接收到控制芯片的合闸脉冲信号后，驱动真空断路器合闸；
优选地，所述通讯模块用于将控制芯片是否输出脉冲触发信号作为真空断路器是否合闸依据，将真空断路器分合闸状态通过RS485电缆传输给远方上位机，即时反馈现场真空断路器分合状态；
优选地，所述上位机用于根据通讯模块传输的信息显示真空断路器分合闸状态；
优选地，所述电源模块用于给所述控制芯片和所述驱动电路提供电源支撑；
优选地，所述G-R装置包括空气间隙和大功率阻尼电阻，当空气间隙两端电压超过其穿电压，该结构相当于导线，处于导通状态，用于控制大功率阻尼电阻的投切；大功率阻尼电阻用于消耗电磁振荡的能量，抑制过电流和过电压；
优选地，所述电流互感器为电磁式互感器，所述电压互感器为电磁式电压互感器。
优选地，其中所述通讯模块采用RS485协议；
本发明提供了一种并联电容器过电流和过电压均能抑制的方法，该系统的执行步骤如下：
步骤1：电流互感器获取电网电流信号；所述电压互感器获取电网电压信号；
步骤2：信号调理模块将电网电流信号转换成数字电流信号，将电网电压信号转换成数字电压信号；
步骤3：控制芯片计算合闸时间，通过合闸时间计算等待时间；
步骤4：控制芯片对信号调理模块传输过来的数字电压信号进行过零检测；
步骤5：控制芯片在电压信号过零时开始计时，到达等待时间tc后，向驱动电路发送一个脉冲信号，驱动电路驱动真空断路器合闸；
步骤6：在真空断路器合闸后，若依然存在过电流、过电压，则空气间隙被击穿，大功率阻尼电阻与电抗器形成通路，消耗电容器和电抗器电磁振荡的能量，进一步抑制过电流、过电压，直至消除过电流、过电压后退出。
作为优选，控制芯片先计算合闸时间，计算公式为：
Figure BDA0002570683070000031
其中，θ为给定的合闸相角；
通过合闸时间计算等待时间再计算等待时间计算公式为：
tc＝nt1+td-t2-t3
其中，tc为发送触发信号等待时间，n为自然数，t1＝20ms为自然周期等待时间，td目标控制相位合闸相角折合时间，t2为合闸机构延时，t3为程序处理时间，tc≥0；
本发明实现了对并联电容器投切时产生的过电流、过电压进行抑制，其优点在于：
分别从过电压、过电流产生源头和传输路径上对其进行双重抑制，整个装置同时具有过电压和过电流的抑制功能；
通过控制芯片计算真空断路器合闸时间，从源头上抑制真空断路器合闸时因真空断路器两端电压不同产生的过电流、过电压；
考虑到因为真空断路器多次开断导致选相控制抑制效果变差的因素，对于仍然存在的过电流、过电压从其传输路径上进行抑制，将大功率阻尼电阻投入电路中，用于消耗其能量，从而为系统安全可靠运行提供过电压和过电流双重保护；
选相装置未达到期望抑制效果或要进行过电流抑制时，G-R装置才会投入使用。
附图说明
图1：为本发明系统结构框图；
图2：为本发明实施例中执行步骤示意图；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明系统结构框图，一种过电流过电压抑制系统，包括：电流互感器、电压互感器、信号调理模块、控制芯片、驱动电路、电源模块、通讯模块、真空断路器、G-R装置(大功率阻尼电阻和空气间隙串联而成)、电抗器、电容器、上位机；
所述电流互感器、电压互感器依次与电网连接；所述信号调理模块与所述的电流互感器、电压互感器依次连接；所述信号调理模块与所述控制芯片连接；所述控制芯片与所述驱动电路连接；所述驱动电路与所述真空断路器连接；所述控制芯片与所述通讯模块连接；所述通讯模块与上位机连接；所述电源模块分别与所述的控制芯片和驱动电路连接；所述真空断路器与所述电抗器连接；所述电抗器与所述电容器连接；所述大功率阻尼电阻与所述空气间隙连接，所述电抗器与G-R装置并联连接。；
所述电流互感器采用电磁式电流互感器，获取电网电流信号，将电网电流信号传输给所述信号调理模块；
所述电压互感器采用电磁式电压互感器，获取电网电压信号，将电网电压信号传输给所述信号调理模块；
所述信号调理模块选型为ADAM-3112，用于将电网电流信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电流信号进行模数转换得到电网电流数字信号，传输给所述控制芯片；
所述信号调理模块选型为ADAM-3112，用于将电网电压信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电压信号进行模数转换得到电网电压数字信号，传输给所述控制芯片；
所述控制芯片选型为STM32F429，用于对电网电压数字信号进行过零检测，计算合闸时间，通过合闸时间计算等待时间；
所述控制芯片等待时间后给所述驱动电路输出脉冲触发信号；
所述通讯模块选型为UN3485，用于将控制芯片是否输出脉冲触发信号作为真空断路器是否合闸一句，将真空断路器分合闸状态传输给上位机；
所述上位机用于根据通讯模块传输的信息显示真空断路器分合闸状态；
所述电源模块选型为WAW5D5-24I，用于给所述控制芯片和所述驱动电路提供电源支撑；
所述大功率阻尼电阻，对于110kV系统，推荐取值为47～62Ω，用于消耗电磁振荡的能量，抑制过电流和过电压；
所述空气间隙，其击穿电压推荐值为40kV～50kV，用于控制大功率阻尼电阻的投切。
其中所述通讯模块采用RS485协议；
本发明提供了一种并联电容器过电流过电压抑制方法，该系统具体实施方式执行步骤如下：
步骤1：电流互感器获取电网电流信号；所述电压互感器获取电网电压信号；
步骤2：信号调理模块将电网电流信号转换成数字电流信号，将电网电压信号转换成数字电压信号；
步骤3：控制芯片计算合闸时间，通过合闸时间计算等待时间；
作为优选，控制芯片先计算合闸时间，计算公式为：
Figure BDA0002570683070000051
其中，θ为给定的合闸相角；
通过合闸时间计算等待时间再计算等待时间计算公式为：
tc＝nt1+td-t2-t3
其中，tc为发送触发信号等待时间，n为自然数，t1＝20ms为自然周期等待时间，td目标控制相位合闸相角折合时间，t2为合闸机构延时，t3为程序处理时间，tc≥0；
步骤4：控制芯片对信号调理模块传输过来的数字电压信号进行过零检测；
步骤5：控制芯片在电压信号过零时开始计时，到达等待时间tc后，向驱动电路发送一个脉冲信号，驱动电路驱动真空断路器合闸；
步骤6：在真空断路器合闸后，若依然存在过电流、过电压，则空气间隙被击穿，大功率阻尼电阻与电抗器形成通路，消耗电容器和电抗器电磁振荡的能量，进一步抑制过电流、过电压，直至消除过电流、过电压后退出。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种并联电容器过电流过电压抑制系统，其特征在于，包括：电流互感器、电压互感器、信号调理模块、控制芯片、驱动电路、电源模块、通讯模块、真空断路器、G-R装置、电抗器、电容器、上位机；
所述电流互感器、电压互感器依次与电网连接；所述信号调理模块与所述的电流互感器、电压互感器依次连接；所述信号调理模块与所述控制芯片连接；所述控制芯片与所述驱动电路连接；所述驱动电路与所述真空断路器连接；所述控制芯片与所述通讯模块连接；所述通讯模块与上位机连接；所述电源模块分别与所述的控制芯片和驱动电路连接；所述真空断路器与所述电抗器连接；所述电抗器与所述电容器连接；所述电抗器与G-R装置并联连接；所述G-R装置由大功率阻尼电阻、空气间隙构成；所述大功率阻尼电阻与所述空气间隙连接；
一种根据所述的并联电容器过电流过电压抑制系统进行并联电容器过电流过电压抑制方法，包括以下步骤：
步骤1：电流互感器获取电网电流信号；所述电压互感器获取电网电压信号；
步骤2：信号调理模块将电网电流信号转换成数字电流信号，将电网电压信号转换成数字电压信号；
步骤3：控制芯片计算合闸时间，通过合闸时间计算等待时间；
步骤4：控制芯片对信号调理模块传输过来的数字电压信号进行过零检测；
步骤5：控制芯片在电压信号过零时开始计时，到达等待时间tc后，向驱动电路发送一个脉冲信号，驱动电路驱动真空断路器合闸；
控制芯片先计算合闸时间，计算公式为：
Figure FDA0002570683060000011
其中，θ为给定的合闸相角；
通过合闸时间计算等待时间再计算等待时间计算公式为：
tc＝nt1+td-t2-t3
其中，tc为发送触发信号等待时间，n为自然数，t1＝20ms为自然周期等待时间，td目标控制相位合闸相角折合时间，t2为合闸机构延时，t3为程序处理时间，tc≥0；
步骤6：在真空断路器合闸后，若依然存在过电流、过电压，则空气间隙被击穿，大功率阻尼电阻与电抗器形成通路，消耗电容器和电抗器电磁振荡的能量，进一步抑制过电流、过电压，直至消除过电流、过电压后退出。
2.根据权利要求1所述的并联电容器过电流过电压抑制系统，其特征在于：所述电流互感器采用电磁式电流互感器，用于将电网高压侧与抑制系统低压侧隔离，并获取电网电流信号，将电网电流信号传输给所述信号调理模块；
所述电压互感器采用电磁式电压互感器，用于将电网高压侧与抑制系统低压侧隔离，并获取电网电压信号，将电网电压信号传输给所述信号调理模块；
所述信号调理模块用于将电网电流信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电流信号进行模数转换得到电网电流数字信号，传输给所述控制芯片；
所述信号调理模块用于将电网电压信号进行放大和滤波预处理，并将预处理后的模拟电压信号进行模数转换得到电网电压数字信号，传输给所述控制芯片。
3.根据权利要求1所述的并联电容器过电流过电压抑制系统，其特征在于：所述控制芯片，与所述驱动电路的输入端连接，用于根据合闸相角计算合闸时间，并计算合闸等待时间；
所述控制芯片还需要对电网电压数字信号进行过零检测，并在该时刻后开始计时，到达等待时间后，向所述驱动电路输出合闸脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的并联电容器过电流过电压抑制系统，其特征在于：所述驱动电路在接收到控制芯片的合闸脉冲信号后，驱动真空断路器合闸；
所述通讯模块用于将控制芯片是否输出脉冲触发信号作为真空断路器是否合闸依据，将真空断路器分合闸状态通过RS485电缆传输给远方上位机，即时反馈现场真空断路器分合状态；
所述上位机用于根据通讯模块传输的信息显示真空断路器分合闸状态；
所述电源模块用于给所述控制芯片和所述驱动电路提供电源支撑；
所述通讯模块采用RS485协议。
5.根据权利要求1所述的并联电容器过电流过电压抑制系统，其特征在于：所述G-R装置包括空气间隙和大功率阻尼电阻，当空气间隙两端电压超过其击穿电压，该结构相当于导线，处于导通状态，用于控制大功率阻尼电阻的投切；所述大功率阻尼电阻用于消耗电磁振荡的能量，抑制过电流和过电压。
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