CN117277238A - 一种抑制铁磁谐振故障装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制铁磁谐振故障装置所述装置包括：第一电阻、正温度系数热敏电阻、短接按钮、第一电容、信号采集模块以及微处理器；所述第一电容连接在交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角与接地端之间；所述正温度系数热敏电阻与所述第一电阻串联后，再并联在所述第一电容两端；所述短接按钮并联在所述正温度系数热敏电阻两端；所述信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。本发明能够实现智能化主动铁磁谐振故障抑制。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种抑制铁磁谐振故障装置。
背景技术
在500kV变电站，为微调高压输电系统电压的稳定和消除三次谐波，其主变压器一般设有三角接线方式的35kV电压等级系统，用来作为无功补偿装置的接入以及所用电供电系统，由于35kV系统为中性点不接地系统运行，同时其35kV侧几乎无有功载荷，当进行主变压器复役操作或受到系统较大扰动(如系统故障)后，极易引起35kV铁磁谐振，引起该系统电源电压升高，导致三相电压不平衡，一相或两相电压升高超过线电压，这种故障轻则使电压互感器一次熔丝熔断，重则烧毁电压互感器，甚至炸毁绝缘子及避雷器，并且在一定的电源作用下会产生串联谐振现象，导致系统中出现严重的谐振过电压。
发明内容
本发明提供一种抑制铁磁谐振故障装置，能够实现智能化主动铁磁谐振故障抑制。
本发明实施例提供一种抑制铁磁谐振故障装置，所述装置包括：第一电阻、正温度系数热敏电阻、短接按钮、第一电容、信号采集模块以及微处理器；
所述第一电容连接在交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角与接地端之间；所述正温度系数热敏电阻与所述第一电阻串联后，再并联在所述第一电容两端；所述短接按钮并联在所述正温度系数热敏电阻两端；
所述信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；
所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。
优选地，所述信号采集模块还用于采集所述开口三角的频率信息，并将采集的频率信息传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于在检测到所述频率信息不在预设的频率正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振频率数据。
作为一种优选方案，所述信号采集模块还用于监测所述交流供电端的电压继电器的电压，并将监测的电压传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于对监测的电压进行判断；
当监测的电压低于预设的低压阈值时，输出低压报警信号；
当监测的电压高于预设的高压阈值时，输出高压报警信号；
当监测的电压出现零序过压时，输出零序过压报警信号。
优选地，所述装置还包括第三电阻和LED；
所述第三电阻与所述LED串联后，再并联在所述第一电容两端。
优选地，所述装置还包括第二电容、第一开关、第三电容和电感；
所述第二电容的第一端与所述开口三角连接；
所述第二电容的第二端通过第二电容接地，所述第二电容的第二端还通过所述电感接地；
所述第二电容还与所述第一开关并联。
优选地，所述信号采集模块还用于采集所述电压互感器的三相二次绕组的电压以及所述电压互感器的状态；
所述微处理器用于在所述电压互感器的三相二次绕组的电压矢量和为0或所述电压互感器处于断线状态时，输出失电告警信号。
优选地，所述装置还包括Flash存储器；
所述Flash存储器用于存储谐振电流数据。
优选地，所述微处理器由高速32位Cortex内核处理器配合DSP协处理器组成。
优选地，所述信号采集模块和所述微处理器间采用RS-485通讯接口连接。
优选地，所述微处理器还用于在监测到满足所述短接按钮的闭合条件时，闭合所述短接按钮；满足所述短接按钮的断开条件时，断开所述短接按钮。
本发明提供一种抑制铁磁谐振故障装置所述装置包括：第一电阻、正温度系数热敏电阻、短接按钮、第一电容、信号采集模块以及微处理器；所述第一电容连接在交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角与接地端之间；所述正温度系数热敏电阻与所述第一电阻串联后，再并联在所述第一电容两端；所述短接按钮并联在所述正温度系数热敏电阻两端；所述信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。本发明能够实现智能化主动铁磁谐振故障抑制。
附图说明
图1是本发明实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图；
图2是本发明实施例提供的正温度系数热敏电阻的特性曲线；
图3是本发明另一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图，
图4是本发明又一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图；
图5是本发明提供的交流供电侧的结构示意图；
图6是本发明又一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种抑制铁磁谐振故障装置，所述装置包括：第一电阻、正温度系数热敏电阻、短接按钮、第一电容、信号采集模块以及微处理器；
所述第一电容连接在交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角与接地端之间；所述正温度系数热敏电阻与所述第一电阻串联后，再并联在所述第一电容两端；所述短接按钮并联在所述正温度系数热敏电阻两端；
所述信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；
所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。
在本实施例具体实施时，参见图1，是本发明实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图，所述电路包括第一电阻R1、正温度系数热敏电阻R2、短接按钮SA以及第一电容C1；
第一电容C1的第一端与交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角连接，第一电容C1的第一端接地，即与电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角的另一端连接。三角形接线二次侧互感器，通常会接有开口三角接线，开口三角是指电压互感器三相的三个二次绕组的接法，三相二次绕组按三角形接线连接，但最后有一点不连上，即构成开口三角，即A相的头和C相的尾不接上，而是引出，C相的尾一般接地，A相的头连接到电压继电器。
正温度系数热敏电阻R2与第一电阻R1串联后，再并联在第一电容C1两端；
短接按钮SA并联在正温度系数热敏电阻R2的两端。
PTC是制成热敏电阻的良好材料，具有正温度特性：PTC的电阻温升特性会在温度到达一定阈值时，突然相变，PTC电阻率急剧增加到极限值可是为无穷大，可看做绝缘体；当温度下降到一定阈值时，极小的降温幅值也会引起PTC电阻率迅速下降，从绝缘体过度到低阻态，参见图2，是本发明实施例提供的正温度系数热敏电阻的特性曲线。由于温度和流过PTC的电流有关，因此可将PTC制成流敏电阻作为电压互感器的消谐装置，接于TV开口三角侧。正常运行时，流敏电阻呈低阻态，不影响系统的正常运行和电压互感器测量。当出现扰动而导致互感器励磁电流增加，致使电压互感器铁心不对称饱和时，随着电流的增大和作用时间的增长，PTC流敏电阻温度升高，当达到一定阈值时，流敏电阻组织会因温度的增加急剧增大，迅速破坏谐振条件，并且谐振越强烈，电流越大，流敏电阻升温越快，PTC的消谐时间越短。因此，PTC能够迅速消谐，缩短过电压作用时间，并且不受过电压的影响，是一种比较理想的消谐用阻尼电阻。
第一电阻R1为一只功率5W，阻值25Ω左右的水泥电阻，正温度系数热敏电阻R2为PTC正温度系数热敏电阻，其作用是一旦有电流流过会发热，使其电阻值在一个较短的时间内迅速升高，起到限流作用，R2的初始电阻值大约在18Ω左右，在与R1串联投入谐振的TV开口绕组时，其总阻值为43Ω左右，但后续整个电阻回路的阻值会瞬时自动增大到接近无穷大，防止TV消谐不成功使其绕组长时间处于较大电流下发热损坏。
在其原有一个25Ω的小电阻回路中串联一个阻值很小的(18Ω)PTC正温度系数热敏电阻，确保在正常消谐时，使得其总回路接入一个较大在43Ω左右的电阻负载，一旦回路流过电流后，由于热效应，会使PTC热敏电阻的阻值迅速升高，在阻断短路电流通道的同时也实现了消除谐振的功能，当第一次消谐不成功，则采用按钮短接PTC的办法，此时仅将25Ω小电阻再次接入开口回路，从而实现二次高负载接入，增加谐振的阻尼系数，提高消除谐振的成功率。
短接按钮SA为实现二次消谐的短接按钮，因正温度系数热敏电阻R2为PTC元件，在一次消谐后，其电阻值升高后消谐能力下降，同时原来所串联负载下没有成功消除谐振后，则也需要提高消谐负载载荷，即降低该消谐回路的电阻阻值，因此采用该短接按钮SA后，将二次消谐接入为25Ω电阻负载，这样进一步增大了回路的阻尼值，可极大提高消谐成功率。
具体的，参见图3，是本发明另一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图，所述装置还包括微处理器以及信号采集模块。
信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；
所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。
通过信号采集模块采集电压互感器二次侧三相电压及开口电压，运算判断和发出指令。在正常情况下，二次消谐元件对系统无任何影响，如果发生PT铁磁谐振，消谐装置利用PTC材料消谐器物理特性进行快速消谐，发挥即来即消作用；
通过微处理器检测流过的电流值是否在正常范围内，判断消谐是否处于正常状态。正常时，开口三角两端电压为零，消谐装置电流为零。谐振时，开口三角出现电压波动，电流也随之出现，根据电流的波动曲线，就能判断是否发生谐振。谐振消除后，电流恢复到零。在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据，本申请能够实现智能化主动铁磁谐振故障抑制。
在本发明提供的又一实施例中，所述信号采集模块还用于采集所述开口三角的频率信息，并将采集的频率信息传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于在检测到所述频率信息不在预设的频率正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振频率数据。
在本实施例具体实施时，所述微处理器信号采集模块还用于采集所述开口三角的频率信息，实时监测运行状态，当检测到消谐器运行异常或者某种异常频率的铁磁谐振时，发出报警、显示并自动存储相关数据，确保电压互感器自身不参与谐振。
在本发明提供的又一实施例中，所述信号采集模块还用于监测所述交流供电端的电压继电器的电压，并将监测的电压传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于对监测的电压进行判断；
当监测的电压低于预设的低压阈值时，输出低压报警信号；
当监测的电压高于预设的高压阈值时，输出高压报警信号；
当监测的电压出现零序过压时，输出零序过压报警信号。
在本实施例具体实施时，微处理器还具备低压保护、高压保护以及零序过压告警功能，具体实现时，通过信号采集模块还用于监测所述交流供电端的电压继电器的电压；
所述微处理器还用于对监测的电压进行判断；
当监测的电压低于预设的低压阈值时，输出低压报警信号；
当监测的电压高于预设的高压阈值时，输出高压报警信号；
当监测的电压出现零序过压时，输出零序过压报警信号。
通过实时监控系统状态，对异常运行状态做出准确判断和识别，及时动作和发出指令。
在本发明提供的又一实施例中，所所述装置还包括第三电阻和LED；
所述第三电阻与所述LED串联后，再并联在所述第一电容两端。
在本实施例具体实施时，参见图4，是本发明又一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图，所述电路还包括第三电阻R3和LED；
第三电阻R3与LED串联后，再并联在第一电容C1两端。
第三电阻R3为发光二极管的分压电阻，因为开口三角，最高会产生100V电压，发光二极管耐压不够，必须串联分压电阻。
在电路中还接入一个LED指示灯，一旦消谐成功，其LED灯灭，这样在现场操作也能及时掌控消谐是否成功。
在本发明提供的又一实施例中，所述装置还包括第二电容、第一开关、第三电容和电感；
所述第二电容的第一端与所述开口三角连接；
所述第二电容的第二端通过第二电容接地，所述第二电容的第二端还通过所述电感接地；
所述第二电容还与所述第一开关并联。
在本实施例具体实施时，参见图5，是本发明提供的交流供电侧的结构示意图。交流供电系统通过开关和母线为电压互感器供电。
参见图6，是本发明又一实施例提供的抑制铁磁谐振故障装置的部分结构示意图，所述电路还包括第二电容、第一开关、第三电容和电感；
第二电容C2的第一端与开口三角连接；第二电容C2的第二端通过第三电容C3接地，第二电容C2的第二端还通过电感L接地；
第二电容C2还与第一开关K并联。
正常情况下ωL<1/(ωC)，即电感的伏安特性曲线与电容的伏安特性曲线没有交点，不可能出现电感电压值等于电容电压值。当开关合闸时，主变低压侧电压突然增大，穿过电压互感器铁芯的磁通突然增加，导致压变铁芯强烈饱和，L相应减小，引起电压互感器铁磁谐振。电压互感器三相铁芯饱和程度不同，三相对地阻抗不同，导致三相电压不平衡，出现零序电压。第二电容C2能吸收部分容性电流，有利于消除谐振。
在本发明实施例提供的又一实施例中，所述信号采集模块还用于采集所述电压互感器的三相二次绕组的电压以及所述电压互感器的状态；
所述微处理器用于在所述电压互感器的三相二次绕组的电压矢量和为0或所述电压互感器处于断线状态时，输出失电告警信号。
在本实施例具体实施时，微处理器还可进行PT断线装置失电告警功能，具体的，通过信号采集模块采集所述电压互感器的三相二次绕组的电压以及所述电压互感器的状态。
正常工作时，三相电压矢量和不为零，开口三角处会有电压，微处理器在所述电压互感器的三相二次绕组的电压矢量和为0或所述电压互感器处于断线状态时，输出失电告警信号。
在本发明提供的又一实施例中，所述装置还包括Flash存储器；
所述Flash存储器用于存储谐振电流数据。
在本实施例具体实施时，所述装置还包括Flash存储器；动作记录保存在大容量Flash存储器中，在装置掉电时数据不会丢失。
在本发明提供的又一实施例中，所述微处理器由高速32位Cortex内核处理器配合DSP协处理器组成。
在本实施例具体实施时，微处理器采用模块化设计，包括高速32位Cortex内核处理器配合DSP协处理器，保证运算实时性和动作准确性。
在本发明提供的又一实施例中，所述信号采集模块和所述微处理器间采用RS-485通讯接口连接。
在本实施例具体实施时，所述微处理器还用于在监测到满足所述短接按钮的闭合条件时，闭合所述短接按钮；满足所述短接按钮的断开条件时，断开所述短接按钮。
在本实施例具体实施时，参见图3，所述装置还包括键盘控制、装置电源、触发动作信号、显示系统信息、产生报警信号以及与上位机通讯的各个功能模块。
触发动作信息功能模块具体实施时，微处理器通过监测到满足所述短接按钮的闭合条件时，闭合所述短接按钮；满足所述短接按钮的断开条件时，断开所述短接按钮。
本发明提供的装置，治理电网铁磁谐振过电压，主要包括这样几个环节：铁磁谐振故障预警和判别、铁磁谐振消谐装置选择、铁磁谐振治理方案设计以及治理方案的实施等。具体流程包括：
针对历年来互感器异常事件进行分析，对互感器参数、类型以及消谐情况进行分类、总结，结合互感器所在线路信息及其故障信息，计算铁磁谐振临界裕度，并据此划分铁磁谐振敏感区域；
对铁磁谐振信号进行数据挖掘和信号重构在此基础上，利用智能模块检测信号并加以训练，提取谐振前电网参数临界条件，以使二次消谐装置快速反应，缩短作用时间；
针对全网系统提出铁磁谐振的治理方案，选择消谐装置，配置消谐参数；最后，实际工程测试与实施。
本发明提供的抑制铁磁谐振故障装置，通过接入TV开口三角侧，实现主动式抑制铁磁谐振故障的功能，保障电网安全运行，同时兼具价格低廉经济性好的优点，能够实现快速、有效的完全消谐效果。电磁兼容性好，适合在强电磁干扰的复杂环境中应用；具备故障录波功能，大容量存储器保存最近几十次故障记录；双硬件看门狗电路确保软件运行的可靠性；通过中文液晶显示，运行状态清晰，菜单式操作，方便易用；导轨式设计，后期加装十分便捷。
在本发明又一实施例提供一种一直铁磁谐振故障装置实际使用过程操作流程，现场对一次设备进行检查，发现一次设备外观无异常，35kVⅡ母压变A、C相有异响。对二次设备进行检查，得到#2主变35kV侧三相电压和零序电压畸变波形及各次谐波分量，#2主变第一、二套差动保护告警灯亮，报文显示低压侧零序电压。
判断35kVⅡ母压变出现铁磁谐振。电磁式电压互感器铁心线圈，电流较小时，磁链Ψ与i成正比，即电感L＝Ψ/i基本保持不变，但随着电流的增加，铁芯中的磁通也在增加，铁芯开始饱和，磁链与电流的关系呈现非线性，电感值不再是常数，而是随着电流的增加而逐渐减小。在电流(磁链)增大的过渡过程中，应该采用动态电感Ld＝dΨ/di。告警，3U0＝350V。
由线性电容和铁芯电感组成的铁磁谐振回路，回路中电容C为常数，则Uc(I)＝I/ωC是一条直线。铁芯线圈的电感L随着电流的增大而逐渐减小，UL(I)＝ωLI是非线性的，曲线的交点b处，Uc＝UL，即此时满足谐振条件ωL＝1/ωC。曲线3为UC与UL的差值曲线，即ΔU＝|Uc-UL|。正常电源电压时回路呈现感性，即在铁芯尚未饱和时，满足C>1/ω2L。(UL>UC)。
传统加电阻消谐，全程都是带电接线作业，无论对人身还是设备，都极不安全。本发明利用PTC电阻非线性温度曲线特点，当消谐电阻因超功率导致发热时，能突然增大电阻，从而骤降电阻功率，保护电阻不至于烧毁击穿，从而扩大事故。本申请避免了带电接线作业的安全风险。经通过科学计算，并且经多方验证，能有效抑制谐振，尤其是两段式消谐设计，基本上覆盖了绝大多数谐振状态。消谐快速而有效。避免传统消谐方式，电阻大小，仅凭个人经验，每个人技术水平不一样，所以随意性很大。而且往往找不到合适的的电阻，用电水壶等等替代，加剧的电阻阻值的随意性。非常不利于及时消谐。通过两段式发光二极管的指使，能够迅速直观的掌握谐振已经消除，传统需要万用表测量开口三角电压，并且还需要后台数据观察。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述装置包括：第一电阻、正温度系数热敏电阻、短接按钮、第一电容、信号采集模块以及微处理器；
所述第一电容连接在交流供电端的电压互感器的三相二次绕组的三角形接线的开口三角与接地端之间；所述正温度系数热敏电阻与所述第一电阻串联后，再并联在所述第一电容两端；所述短接按钮并联在所述正温度系数热敏电阻两端；
所述信号采集模块用于采集所述开口三角的谐振电流，并将采集的谐振电流传输至所述微处理器；
所述微处理器用于在检测到谐振电流不在预设的电流正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振电流数据。
2.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述信号采集模块还用于采集所述开口三角的频率信息，并将采集的频率信息传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于在检测到所述频率信息不在预设的频率正常范围内时，发出谐振报警信号，并存储谐振频率数据。
3.如权利要求2所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述信号采集模块还用于监测所述交流供电端的电压继电器的电压，并将监测的电压传输至所述微处理器；
所述微处理器还用于对监测的电压进行判断；
当监测的电压低于预设的低压阈值时，输出低压报警信号；
当监测的电压高于预设的高压阈值时，输出高压报警信号；
当监测的电压出现零序过压时，输出零序过压报警信号。
4.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述装置还包括第三电阻和LED；
所述第三电阻与所述LED串联后，再并联在所述第一电容两端。
5.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述装置还包括第二电容、第一开关、第三电容和电感；
所述第二电容的第一端与所述开口三角连接；
所述第二电容的第二端通过第二电容接地，所述第二电容的第二端还通过所述电感接地；
所述第二电容还与所述第一开关并联。
6.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述信号采集模块还用于采集所述电压互感器的三相二次绕组的电压以及所述电压互感器的状态；
所述微处理器用于在所述电压互感器的三相二次绕组的电压矢量和为0或所述电压互感器处于断线状态时，输出失电告警信号。
7.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述装置还包括Flash存储器；
所述Flash存储器用于存储谐振电流数据。
8.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述微处理器由高速32位Cortex内核处理器配合DSP协处理器组成。
9.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述信号采集模块和所述微处理器间采用RS-485通讯接口连接。
10.如权利要求1所述的抑制铁磁谐振故障装置，其特征在于，所述微处理器还用于在监测到满足所述短接按钮的闭合条件时，闭合所述短接按钮；满足所述短接按钮的断开条件时，断开所述短接按钮。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311211747.7A CN117277238A (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 一种抑制铁磁谐振故障装置 |
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|---|---|---|---|
| CN202311211747.7A CN117277238A (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 一种抑制铁磁谐振故障装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117691557A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 | Pt限流消谐用ptc电阻降值加速组件及方法 |
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2023
- 2023-09-19 CN CN202311211747.7A patent/CN117277238A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117691557A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 | Pt限流消谐用ptc电阻降值加速组件及方法 |
| CN117691557B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-04-26 | 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 | Pt限流消谐用ptc电阻降值加速组件及方法 |
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