CN112748273A - 一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路。包括取能电路和测量电路，进行一体化设计，取能电路由高压放电线圈供能，无需额外的供能装置，测量电路由电压互感器实现电压的测量。本发明的高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路是在不改变电网设备结构的基础上提出的一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，实现了对并联电容器的实时运行状态的在线准确监测。

Description

一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路。
背景技术
高压并联电容器组作为无功补偿设备被广泛应用于变电站中，用来提高负荷的功率因素、改善电压质量、减少网损及增加系统电压稳定性等。放电线圈用于电力系统中与高压并联电容器连接，使电容器组从电力系统中切除后的剩余电荷迅速泄放。安装放电线圈是变电站内并联电容器的必要技术安全措施，可以有效的防止电容器组再次合闸时，由于电容器仍带有电荷而产生危及设备安全的合闸过电压和过电流，并确保检修人员的安全。因此，保障高压并联电容器组放电线圈稳定安全运行至关重要。
10kV电容器的放电线圈二次侧额定电压一般为100V。在电容器停电时，放电线圈作为一个放电负荷，会快速泄放电容器两端的残余电荷，以满足电容器5min内5次自动投切的需要。标准要求退出的电容器在5秒钟之内其端电压要小于50V。
目前，放电线圈的检修主要采用故障检修方法和定期检修方法。故障维修方法是当放电线圈已经出现故障不能再运行时，导致供电运行中断后才采取的检修方式，在这之前已经遭到了一定程度的破坏，维修代价很大而且非常危险。定期检修方法是当放电线圈运行一段时间之后，进行一次全方位的检修，从而保证了其稳定运行。但随着供电设备不断增加，供电方式也不断多样化，这种检修方法已经显得有些力不从心，缺陷也日益凸显。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路。为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下。
一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，整流桥的第四端(4)与第二电感(L2)的第一端(7)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第一芯片(U1)的漏极端(DRAIN)连接，整流桥的第四端(4)与第四电容(C4)的第一端(5)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第五电容(C5)的第一端(9)连接；第一芯片(U1)的电源端(VDD/BP)与第一电容(C1)的第一端(11)连接，第一电容(C1)的第二端(12)与第一芯片(U1)的接地端(GND/S)连接；第一芯片(U1)的反馈输入端(FB)连接与第一电阻(R1)的第二端(14)和第二电阻(R2)的第一端(15)连接，第一电阻(R1)的第一端(13)与第二电容(C2)的第一端(19)和第一二极管(D1)的第一端(23)连接，第一芯片(U1)的接地端(GND/S)与第二电阻(R2)的第二端(16)、第三电阻(R3)第一端(17)和第二电容(C2)的第二端(20)连接，第三电阻(R3)第二端(18)与第一芯片(U1)的电流检测端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第二二极管(D2)的第一端(21)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)与第三电容(C3)的第一端(25)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)和第三电容(C3)的第一端(25)均与第二芯片的输入端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第一二极管(D1)的第二端(24)之间连接有第一电感(L1)；
整流桥的第二端(2)分别与第四电容(C4)的第二端(6)、第五电容(C5)的第二端(10)、第二二极管(D2)的第二端(22)和第三电容(C3)的第二端(26)连接,整流桥的第二端(2)接地；第一芯片(U1)为XD308H；
电压互感器(L)输出侧第一端与第六电阻(R6)的第一端(31)连接，第六电阻(R6)的第二端(32)与第一运放(A1)的正向输入端连接；线圈(L)输出侧第二端接地；第一运放(A1)的反向输入端与第十一电容(C11)的第一端(41)和第九电阻(R9)的第一端(39)连接，第九电阻(R9)的第二端(40)和第十一电容(C11)的第二端(42)与第一运放(A1)的输出端连接。
第一运放(A1)的正向输入端与第十电容(C10)的第一端(33)、第七电阻(R7)的第一端(35)连接，第十电容(C10)的第二端(34)、第七电阻(R7)的第二端(36)接地。
第一运放(A1)的输出端与第十电阻(R10)的第一端(47)连接，第十电阻(R10)的第二端(48)与第二运放(A2)的反向输入端连接，第二运放(A2)的反向输入端与第十二电容(C12)的第一端(43)和第十一电阻(R11)的第一端(45)连接，第十二电容(C12)的第二端(44)第十一电阻(R11)的第二端(46)与第一运放(A1)的输出端连接。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：本发明高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路在不改变电网设备结构的基础上提出的一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，实现了对并联电容器的实时运行状态的在线准确监测。将取能电路和测量电路一体化设计，无需额外的供能装置，二者同时进行，互不影响。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为取能电路电路图；
图2为测量电路电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本实施例提供了一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，主要分为两个部分，即取能电路和测量电路，取能电路由高压放电线圈供能，无需额外的供能装置，测量电路由电压互感器实现电压的测量，然后将能量和数据都传输到cc2530单片机中，由单片机采集数据并送到数据汇集单元，数据汇集单元经ZigBee技术传输到监控主机。
取能电路如图1所示，包括整流电路、滤波电路、高压电源芯片XD308H和稳压电路。具体地：
整流桥的第四端(4)与第二电感(L2)的第一端(7)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第一芯片(U1)的漏极端(DRAIN)连接，整流桥的第四端(4)与第四电容(C4)的第一端(5)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第五电容(C5)的第一端(9)连接；第一芯片(U1)的电源端(VDD/BP)与第一电容(C1)的第一端(11)连接，第一电容(C1)的第二端(12)与第一芯片(U1)的接地端(GND/S)连接；第一芯片(U1)的反馈输入端(FB)连接与第一电阻(R1)的第二端(14)和第二电阻(R2)的第一端(15)连接，第一电阻(R1)的第一端(13)与第二电容(C2)的第一端(19)和第一二极管(D1)的第一端(23)连接，第一芯片(U1)的接地端(GND/S)与第二电阻(R2)的第二端(16)、第三电阻(R3)第一端(17)和第二电容(C2)的第二端(20)连接，第三电阻(R3)第二端(18)与第一芯片(U1)的电流检测端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第二二极管(D2)的第一端(21)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)与第三电容(C3)的第一端(25)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)和第三电容(C3)的第一端(25)均与第二芯片的输入端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第一二极管(D1)的第二端(24)之间连接有第一电感(L1)；
整流桥的第二端(2)分别与第四电容(C4)的第二端(6)、第五电容(C5)的第二端(10)、第二二极管(D2)的第二端(22)和第三电容(C3)的第二端(26)连接,整流桥的第二端(2)接地；第一芯片(U1)为XD308H；
考虑到10kV电容器的放电线圈二次侧额定电压一般为100V，所以从放电线圈绕组上取能是最为方便合理的取能方式，即自取能，无需额外的供能装置。将取能和测量一体化设计，从放电线圈绕组上取电，但由于绕组上电压高，电流大，并且需要测量暂态时的电压，所以需要通过整流电路、滤波电路、高压电源芯片XD308H、稳压电路处理后得到单片机能够使用的3.3V电压。
由于电容器运行中电流较大，因此通过直接从放电线圈绕组上取能是可行且较经济的高电位取能方案，但此时得到的电压等级较高，并且含有谐波成分，需要经过后续处理。
整流电路是把交流电转换成单一方向直流电的电路，采用全波整流电路，由四个二极管构成两个整流器并组成整流桥，一个负责正方向，一个负责反方向，在半个周期内，电流流过一个整流器，而在另一个半周内，电流流经第二个整流器，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向流过负载。经整流电路后得到含有谐波的100V直流电压。
滤波电路是由电容、电感组成的CLC型滤波电路，在直流稳压电源中其作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。电感L对直流分量的感抗等于零，相当于短路，所以滤波电路对直流分量几乎无影响。对于高频交流输入，电容器的容抗小，近似于短路，而电感L对高频交流的感抗很大，所以滤波电路对高频交流分量有阻碍作用。经滤波电路后得到纯净的100V直流电压。
高压电源芯片XD308H是一款18-600V超宽范围输入的非隔离高压降型DC-DC转换器电源芯片，可适应12-380VAC超宽电压输入，只需在外部加整流滤波电路，最大输出持续电流可以达到500mA，并且可以输出单一电压5V，其工作环境温度最高可达85℃，无音频噪声、发热低，内部集成全面完善的保护功能。经过该芯片后可以得到5V的直流电压。
稳压电路是使输出电压稳定的设备，其作用是将波动较大和达不到电器设备要求的电源电压稳定在它的设定值范围内，使各种电路或电器设备能在额定工作电压下正常工作。这里采用AMS1117-3.3稳压器，它是一种能将输入电压为5V转化为输出电压为3.3V的正向低压降稳压器，从而保障单片机的稳定运行。
测量电路图2所示，包括微型电压互感器、信号调理电路和ADC采样，其中信号调理电路包括隔离电路、滤波电路和偏置电路。具体地：电压互感器(L)输出侧第一端与第六电阻(R6)的第一端(31)连接，第六电阻(R6)的第二端(32)与第一运放(A1)的正向输入端连接；线圈(L)输出侧第二端接地；第一运放(A1)的反向输入端与第十一电容(C11)的第一端(41)和第九电阻(R9)的第一端(39)连接，第九电阻(R9)的第二端(40)和第十一电容(C11)的第二端(42)与第一运放(A1)的输出端连接。
第一运放(A1)的正向输入端与第十电容(C10)的第一端(33)、第七电阻(R7)的第一端(35)连接，第十电容(C10)的第二端(34)、第七电阻(R7)的第二端(36)接地。
第一运放(A1)的输出端与第十电阻(R10)的第一端(47)连接，第十电阻(R10)的第二端(48)与第二运放(A2)的反向输入端连接，第二运放(A2)的反向输入端与第十二电容(C12)的第一端(43)和第十一电阻(R11)的第一端(45)连接，第十二电容(C12)的第二端(44)第十一电阻(R11)的第二端(46)与第一运放(A1)的输出端连接。
电压互感器用来测量放电线圈二次侧电压，采用变比为220/1.76的电压互感器实现0-100V的电压测量，互感器的一次绕组直接并联于放电线圈二次侧。为了减小误差，要尽可能减小绕组阻抗和铁芯的励磁电流，合理设计绕组结构，绕组间磁耦合尽可能紧密，从而保证电压互感器测量误差小于±0.3％(FS)。
信号调理电路将电压互感器测得的电压值通过隔离、滤波和偏置等操作转换成单片机cc2530能够识别的标准信号。其中隔离用来阻隔100V高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了单片机，正负12V用两个二极管首尾相连，起到隔离作用。滤波电路采用低通滤波器，C11和C12作为电容滤波可以减小高频增益，输出端的高频信号通过滤波电容返回到输入端，但由于返回回来的信号和输出的信号是不同相的，所以可以有效的去除来自于电线的50Hz-60Hz的噪声，输出端低频增益变大。R9和R11用于限制放大倍数，输出端的任意电压都会被反馈电阻以一定的返回系数送回输入端与输入信号进行相减处理，避免运放进入锁死状态。由于互感器测得的电压存在负值，需要使用运算放大器电路进行偏置处理(采用加法电路)，使得所有的电压都在0V以上，即变成正电压0-3.3V。
本发明是在不改变电网设备结构的基础上提出的一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，实现了对并联电容器的实时运行状态的在线准确监测。将取能电路和测量电路一体化设计，无需额外的供能装置，二者同时进行，互不影响。
以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，其特征在于，整流桥的第四端(4)与第二电感(L2)的第一端(7)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第一芯片(U1)的漏极端(DRAIN)连接，整流桥的第四端(4)与第四电容(C4)的第一端(5)连接，第二电感(L2)的第二端(8)与第五电容(C5)的第一端(9)连接；第一芯片(U1)的电源端(VDD/BP)与第一电容(C1)的第一端(11)连接，第一电容(C1)的第二端(12)与第一芯片(U1)的接地端(GND/S)连接；第一芯片(U1)的反馈输入端(FB)连接与第一电阻(R1)的第二端(14)和第二电阻(R2)的第一端(15)连接，第一电阻(R1)的第一端(13)与第二电容(C2)的第一端(19)和第一二极管(D1)的第一端(23)连接，第一芯片(U1)的接地端(GND/S)与第二电阻(R2)的第二端(16)、第三电阻(R3)第一端(17)和第二电容(C2)的第二端(20)连接，第三电阻(R3)第二端(18)与第一芯片(U1)的电流检测端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第二二极管(D2)的第一端(21)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)与第三电容(C3)的第一端(25)连接，第一二极管(D1)的第二端(24)和第三电容(C3)的第一端(25)均与第二芯片的输入端连接；第二电容(C2)的第二端(20)与第一二极管(D1)的第二端(24)之间连接有第一电感(L1)；
整流桥的第二端(2)分别与第四电容(C4)的第二端(6)、第五电容(C5)的第二端(10)、第二二极管(D2)的第二端(22)和第三电容(C3)的第二端(26)连接,整流桥的第二端(2)接地；第一芯片(U1)为XD308H；
电压互感器(L)输出侧第一端与第六电阻(R6)的第一端(31)连接，第六电阻(R6)的第二端(32)与第一运放(A1)的正向输入端连接；线圈(L)输出侧第二端接地；第一运放(A1)的反向输入端与第十一电容(C11)的第一端(41)和第九电阻(R9)的第一端(39)连接，第九电阻(R9)的第二端(40)和第十一电容(C11)的第二端(42)与第一运放(A1)的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，其特征在于，第一运放(A1)的正向输入端与第十电容(C10)的第一端(33)、第七电阻(R7)的第一端(35)连接，第十电容(C10)的第二端(34)、第七电阻(R7)的第二端(36)接地。
3.根据权利要求2所述的高压并联电容器组放电线圈实时电压监测电路，其特征在于，第一运放(A1)的输出端与第十电阻(R10)的第一端(47)连接，第十电阻(R10)的第二端(48)与第二运放(A2)的反向输入端连接，第二运放(A2)的反向输入端与第十二电容(C12)的第一端(43)和第十一电阻(R11)的第一端(45)连接，第十二电容(C12)的第二端(44)第十一电阻(R11)的第二端(46)与第一运放(A1)的输出端连接。
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