CN113097986B - 一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，包括：获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。在不改变系统中性点运行方式的前提下保护一次消谐器正常运行，在一次消谐器两端并联保护装置，当一次消谐器长时间通过较大电流，通过启动真空接触器，自动旁路一次消谐器，有效保护一次消谐器不会因能量积累而过热烧毁。

Description

一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域，特别是涉及一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在同一个电力系统中，安装一次消谐器的方法比其他消谐方法能够更快的消除谐振过电压和过电流，而且经济性和可操作性较强，因此目前电压互感器高压侧接一次消谐器的方法仍是电力系统实际运行中应用最为广泛的消谐措施。

配网一次消谐器具有抑制谐振发生，消耗谐振能量的作用，安装在配网电压互感器中性点处，即在电压互感器中性点与大地间串联一次消谐器；同样也是由于一次消谐器安装于电压互感器一次侧中性点与接地点之间，其需承受三倍的零序电压和零序电流，虽然可有效消除铁磁谐振产生的过电压，然而多数66kV及以下配电网存在较大的长期三相不平衡问题，而且66kV及以下配电网为中性点不接地系统，发生单相短路故障仍可运行一定时间，也会产生长期的缺相运行状态。

所以，一次消谐装置不能够长时间运行，一次消谐器是通过内阻散热的方式消除电压互感器上的谐振过电压，而发热是有限度的，在长时间谐振或系统三相不平衡状态运行时，一次消谐器会承受长时间的高电压，累积大量的能量，发热严重，导致一次消谐器烧毁，进而影响其他一次设备和人身安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，在不改变系统中性点运行方式的前提下保护一次消谐器正常运行，在一次消谐器两端并联保护装置，当一次消谐器长时间通过较大电流，通过启动真空接触器，自动旁路一次消谐器，有效保护一次消谐器不会因能量积累而过热烧毁。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法，包括：

获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

第二方面，本发明提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，包括：

数据处理模块，被配置为获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

动作执行模块，被配置为在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

复位模块，被配置为根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

第三方面，本发明提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护系统，包括：第二方面所述的保护装置、一次消谐器和上位机；所述保护装置并联在一次消谐器两端，所述保护装置通过通讯模块与上位机连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，在不改变系统中性点运行方式的前提下保护一次消谐器正常运行，将保护装置与一次消谐器分离解耦控制，在一次消谐器两端并联保护装置，当一次消谐器长时间通过较大电流，可判断配网系统出现长时间缺相运行或接地运行故障，通过启动真空接触器，自动旁路一次消谐器，释放一次消谐器能量，有效保护一次消谐器不会因能量积累而过热烧毁，保持电压互感器一次侧中性点接地方式，不会影响相电压测量精度。

本发明的配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，当检测到配网系统恢复运行时，断开旁路开关，再次投入一次消谐器，同时为了防止频繁操作真空接触器，预设真空接触器动作时间阈值，在该时间阈值内不允许复位。

本发明的配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，为了防止配网系统的故障状态对消谐造成二次影响，在真空接触器复位后，仍持续监测一次消谐器的通过电流，在复位过程中也保持报警状态。

本发明的配网电压互感器一次消谐器的保护方法、装置及系统，采取一次电流有效值与持续时间两重判据，并将判定结果实时传递至智能显示屏，防止误判，可广泛应用于各配电网的一次消谐器中，具有较强的应用性和推广价值，能够较好的保护一次消谐器和电压互感器，并进一步保证电力系统的可靠运行。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的配网电压互感器一次消谐器的保护方法流程图；

图2为本发明实施例2提供的保护装置硬件系统框图；

图3(a)-3(d)为本发明实施例2提供的外壳的整体结构图以及正视图、后视图和侧视图；

图4为本发明实施例3提供的一次消谐器保护装置安装位置。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法，包括：

S1：获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

S2：在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

S3：根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

本实施例采用单片机控制对一次消谐器通过电流的自动判断，在配网系统故障时，采用高压真空接触器短接一次消谐器，配网系统正常后再次自动投入一次消谐器。

所述步骤S1中，本实施例设置电流阈值为50mA，若一次消谐器的通过电流小于50mA，则电力系统正常运行，一次消谐器的保护装置同样正常运行，实时显示一次消谐器的通过电流；

若通过电流大于50mA，则输出谐振故障，显示故障电流，启动声光报警。

所述步骤S2中，本实施例设置时间阈值为30秒，可以理解的，如果电流过大，该时间阈值可以根据单片机计算结果自动缩短；

如果谐振故障持续时间超过30秒，则判断配网系统发生接地或者缺相运行故障，启动声光报警；同时控制启动真空接触器旁路一次消谐器，防止一次消谐器烧毁。

所述步骤S3中，在真空接触器动作后，采用控制器的复位键或者远程信号进行复位；

在本实施例中，为了防止频繁操作真空接触器，设置真空接触器的动作时间不低于30秒，即30秒内不允许复位；

在本实施例中，为了防止配网系统故障状态对消谐造成二次影响，在真空接触器复位后，持续监测一次消谐器的通过电流，若10秒内通过电流超过50mA，则直接判断为接地状态，且在复位过程中继续报警；如果通过电流小于50mA，则配网系统为正常状态。

在本实施例中，该保护方法定义“正常”、“谐振”、“接地”三个状态，采用电流和持续时间的双重判据，防止误判，同时为防止装置频繁动作或装置的复位与故障，进行相应的时间判据设计。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，包括：

数据处理模块，被配置为获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

动作执行模块，被配置为在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

复位模块，被配置为根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

本实施例的一次消谐器保护装置还包括主控模块，由主控模块控制数据处理模块对一次消谐器通过电流的判断，控制动作执行模块对真空接触器的通断，控制复位模块对真空接触器的复位和一次消谐器的二次投入。

优选地，所述主控模块采用STC15F2K32S2型单片机，STC15F2K系列单片机是由STCMCU有限公司生产的新一代8051单片机，具有高速、高稳定性、低功耗和超强抗干扰能力；另外，STC15F2K系列单片机采用第八代STC加密技术，是一款超高级加密的单片机；再者由于采用增强型内核，STC15F2K系列单片机的指令执行速度比传统的8051系列单片机快，约为传统8051系列单片机的8-12倍，并且具有与传统8051系列单片机完全兼容的指令集。

在本实施例中，所述主控模块与上位机采用CH340G芯片进行通信，CH340G是USB总线的转接芯片，实现USB转串口的功能，采用串口和CH340G模块都可以让主控模块与上位机进行通信，但是使用CH340G更加方便，省去了使用串口的麻烦。

在本实施例中，该保护装置还包括数据采集模块，用于采集一次消谐器的通过电流，所述数据采集模块与主控模块之间采用串口通信协议进行通信。

优选地，所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器及电能计量器；所述电能计量器采用CS5460芯片，CS5460是具有有功功率计算引擎的CMOS单片功率测量芯片，包含了两个增益可编程放大器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值/功率计算功能，以提供瞬时电压/电流/功率数据采样及有功能量的周期计算结果，适合与分流器或电流互感器相连来测量电流，与分压电阻或电压互感器相连来测量电压，测量精度可达0.1％。

在本实施例中，所述动作执行模块采用高压真空接触器，当电磁线圈通过控制电压时，衔铁带动拐臂转动，使真空开关管内主触头接通；当电磁线圈断电后，由于分闸弹簧作用使主触头分断；

优选地，所述真空接触器的开关管外壳采用瓷绝缘材料制成波纹式瓷管，具有爬电距离大、机械强度高、耐热和耐冲击的特点；

优选地，在开关管内封装一对动静触头，触头材料采用耐磨且低截流值的材料，在满足开断性能的条件下，能够极大抑制开断过程中由于截流引起的过电压。

在本实施例中，该保护装置还包括电源模块，所述电源模块采用稳压芯片SC4519，可实现12V转3.3V，为其他模块供电。

本实施例的保护装置在硬件系统上采用模块化设计方法，各模块基于集成数字电路进行设计，便于合理布局，节省空间和设计成本，主控模块、数据采集模块、动作执行模块等均可根据项目需要进行合理选择；同时采用CH340G芯片实现USB转串口功能，以实现上位机和主控模块通讯；又为防止主控模块内置的定时器精度不高、中断程序占用资源的影响，基于DS1302芯片设计计时电路，提高装置稳定性和效率。

在本实施例中，所述保护装置还包括外壳，如图3(a)所示，包括显示屏体、机箱、固定条和固定螺钉，将显示屏体通过固定条和固定螺钉固定在机箱上，如图3(b)-3(d)所示，为外壳的正视图、后视图和俯视图，以及外壳的尺寸；其中，显示屏体和机箱左边的部位截面是正方形，显示屏体的截面尺寸是160mm，显示屏体与显示屏体左边部位截面尺寸的差是5mm，机箱的截面尺寸是150mm，固定螺钉的截面尺寸是14mm，固定条的截面尺寸是16mm，固定条与机箱底部距离是67mm。

在本实施例中，外壳采用连续碳纤维与热固性的环氧树脂复合制造而成的外壳，具有质量轻、厚度薄、强度高、散热快等优点；环氧树脂固化后强度高、内应力小，同时化学性能稳定、尺寸稳定性好，碳纤维具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀和导热等优点，而碳纤维作为一种纤维，不能成型保护装置外壳内部的结构件，必须先确定成型模后再进行模内注射以浇注成型；具体地：

在模具加工阶段；成型模具分为凸模、凹模，凸凹模间隙为外壳厚度，凹模四周设溢流槽，以便模具压合时多余环氧树脂排出；

溢流槽两侧壁需设脱模斜度，使固化后的环氧树脂容易取出；

成型模四周边沿零件的弧度往外延伸2～3mm的高度，以保证在下一步切割工序中外壳切割面平整。

在成型加工阶段；模内浇注需先根据外壳尺寸设计成型所需碳纤维布的胚料形状和尺寸；

将成型模的凸模、凹模腔面、溢流槽等成型时环氧树脂所接触到的模具均匀涂上透明、粘度适中的脱模剂，因为环氧树脂本身是一种胶黏剂，固化后会粘合凸模、凹模，使脱模困难；

将环氧树脂和固化剂按比例调配，搅拌均匀后注入凹模型腔，注入量以达到型腔一半的高度为宜；

将裁切好的双向碳纤维坯料平铺到凹模腔，用毛刷将碳纤维布刷平，使碳纤维布完全浸泡在环氧树脂中，该过程注意保持纹路，特别是边缘转角处的平整，用相同方式铺设第二、三层碳纤维布；在过程中根据浸泡情况可适量添加环氧树脂，多层碳纤维布铺好后，将凸、凹模闭合，防止热压成型机中的树脂外露。

热压成型机的模板成型分为两个阶段；第一阶段保证凸模和凹模中的环氧树脂初步接触而不压紧，待环氧树脂初步固化后，进入第二阶段，增大压力将凸、凹模压紧，使两者之间的间隙等于零件厚度，持续加热；

待环氧树脂固化80％以上时，即可开模取出零件，零件取出时仍处于高温状态，未完全固化，易变形，因此开模时零件必须水平静置，待24小时后环氧树脂完全固化时方可移动，此时外壳的硬度、尺寸稳定性都达到最佳，装置外壳示意图如图3(a)-3(d)所示。

在本实施例中，在外壳内置液晶显示屏，便于随时观察保护装置和一次消谐器地运行状态，配合控制策略，装设“电源”、“运行”、“谐振”、“接地”、“故障”五个指示灯和“复位”按键。

经实验验证，在系统正常运行时，一次消谐器保护装置不动作，显示一次消谐器通流电流；当一次消谐器通过电流超过50mA，保护装置报警，并显示系统处于谐振状态；在一次消谐器长时间通过较大电流时，可迅速闭合真空接触器，旁路一次消谐器，防止一次消谐器因过热烧毁，保护装置报警，并显示系统处于接地状态；且为防止真空接触器频繁动作或一次消谐器投入于故障，本装置可显示允许复位的时间节点。

实施例3

本实施例提供一种配网电压互感器一次消谐器的保护系统，包括：实施例2所述的保护装置、一次消谐器、上位机；所述保护装置并联在一次消谐器两端，所述保护装置通过通讯模块与上位机连接。

目前关于一次消谐器保护装置的设计思路大多为将保护模块集成在一次消谐器中，当检测到一次消谐器长时间通流导致过压或发热严重时，将一次消谐器从系统中切除，待系统恢复正常或热量散发完毕再投入；该保护方式虽然能有效防止一次消谐器过热损坏，却改变了电压互感器中性点运行方式，对相电压测量精度产生较大影响，进而影响保护动作和电能计量准确性；

而本实施例的保护装置与一次消谐器分离解耦，保护装置并联于一次消谐器两端，保护装置的安装位置如图4所示，当检测到一次消谐器长时间通过较大电流，自动旁路一次消谐器，保持电压互感器一次侧中性点接地方式，不会影响相电压测量精度，当系统恢复正常后，恢复正常运行状态，重新投入一次消谐器，保护装置保持待机状态。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法，其特征在于，包括：

获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

2.如权利要求1所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法，其特征在于，若谐振故障持续时间超过时间阈值，则控制启动真空接触器，同时设置真空接触器的动作时间，在动作时间段内真空接触器不复位。

3.如权利要求1所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护方法，其特征在于，在真空接触器复位后，持续监测一次消谐器的通过电流，若通过电流在一定时间段内未超过电流阈值，则控制一次消谐器的二次投入。

4.一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，包括：

数据处理模块，被配置为获取一次消谐器的通过电流，根据通过电流与电流阈值的比较结果，得到谐振故障诊断结果；

动作执行模块，被配置为在配网处于谐振故障时，根据谐振故障持续时间与时间阈值的比较结果，控制真空接触器的通断，旁路一次消谐器，同时输出配网接地故障；

复位模块，被配置为根据真空接触器的动作时间控制真空接触器的复位，根据复位后的通过电流控制一次消谐器的二次投入。

5.如权利要求4所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，所述动作执行模块采用真空接触器，当真空接触器的电磁线圈通电时，衔铁带动拐臂转动，接通开关管内主触头；当电磁线圈断电时，通过分闸弹簧作用使主触头断开。

6.如权利要求4所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括数据采集模块，所述数据采集模块包括电流互感器及电能计量器，用于对一次消谐器通过电流的测量。

7.如权利要求4所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括外壳，所述外壳采用连续碳纤维与热固性的环氧树脂复合制造而成。

8.如权利要求7所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，所述外壳的成型模具包括凸模和凹模，凸模和凹模的间隙为外壳厚度，在凹模四周设溢流槽，在溢流槽两侧壁设置脱模斜度。

9.如权利要求8所述的一种配网电压互感器一次消谐器的保护装置，其特征在于，所述外壳的成型加工阶段，根据外壳尺寸选择碳纤维布的胚料形状和尺寸；在凸模和凹模的腔面、溢流槽上涂抹脱模剂，将环氧树脂和固化剂按比例调配后注入凹模腔；将选择的多层碳纤维布平铺到凹模腔后，将凸模、凹模闭合。

10.一种配网电压互感器一次消谐器的保护系统，其特征在于，包括：权利要求4-9任一项所述的保护装置、一次消谐器和上位机；所述保护装置并联在一次消谐器两端，所述保护装置通过通讯模块与上位机连接。

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