CN202735412U - 中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其技术特点是：包括信号处理主模块、变频电源模块、PT二次侧辅助测量模块、信号预处理与传输模块和输出显示模块，所述的变频电源模块的输入端与220V交流电源相连接并在信号处理主模块控制下向PT二次侧辅助测量模块输出方波信号，从PT二次侧辅助测量模块中的取样电阻及消弧线圈PT二次侧采集各自的端电压并通过信号预处理与传输模块送入信号处理主模块，信号处理主模块计算出电网对地电容和电容电流后通过输出显示模块进行显示输出。本实用新型实现了对中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量功能，具有测量精度高、实时性强、安全可靠、测量方便、成本低廉等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于中压配电网领域，尤其是一种中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置。
背景技术
中性点经消弧线圈接地（也叫谐振接地），是国内外中压电网大量采用的一种中性点接地方式。当采用这种接地方式的电网发生单相接地故障时，消弧线圈提供一电感电流，可补偿电网三相传输线对地电容产生的电流，使接地残流减小，并使故障相接地电弧两端的电压迅速降低，从而使电弧易于自熄。熄弧效果取决于消弧线圈的调谐程度，也就是消弧线圈产生的感性电流对电网电容电流的补偿程度，感性电流与容性电流越接近，熄弧效果越好，因此，电网电容电流是消弧线圈调谐的重要依据。
目前，电容电流的测量方法主要有直接接地测量法、间接测量法和在线测量法。直接接地法操作及接线复杂，有可能危及非接地相绝缘薄弱处的绝缘而造成两相短路，所以现在很少采用。间接测量法主要包括中性点外加电容法、外加电压法和调谐法等，这些方法不仅不能完全实现在线测量，而且测量过程仍然比较复杂，另外其中有些方法需要增加造价较高的辅助测量设备（如外加电容法，需要提供容量不等的电容器组）而增加了测量成本，有些方法则需要消弧线圈的配合动作（如调谐法，需要两次对消弧线圈进行调谐才能完成测量）而增加了电力系统的不安全因素，干扰了电网的正常运行。电网电容电流在线测量方法可以概括为两类：第一类是从电压互感器(TV)二次侧注入信号的三频率注入法、两频率注入法、相量法和谐振法，第二类是从中性点或者母线PT(消弧线圈)二次侧注入信号的扫频法和变频法，现有的两类在线测量方法存在的问题是：第一类方法在实际情况中实用性较差，第二类方法中，扫频法的测量时间较长，实时性不好；变频法的显著缺点是选择注入信号频率的复杂性，频率过高或过低都会影响测量精度。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量精度高、实时性强且不干扰电网正常运行的中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，包括信号处理主模块、变频电源模块、PT二次侧辅助测量模块、信号预处理与传输模块和输出显示模块，所述的变频电源模块的输入端与220V交流电源相连接并在信号处理主模块控制下向PT二次侧辅助测量电路输出方波信号，从PT二次侧辅助测量模块中的取样电阻及消弧线圈PT二次侧采集各自的端电压并通过信号预处理与传输模块送入信号处理主模块，信号处理主模块计算出电网对地电容和电容电流后通过输出显示模块进行显示输出。
而且，所述的变频电源模块由电源电路和方波信号发生电路连接构成，该电源电路由变压器、全波桥式整流电路及RC电路连接构成；该方波信号发生电路由四个反相器和四个MOSFET管及其辅助电路连接构成，四个反相器与信号处理主模块的四个控制接口相连接，四个MOSFET管及其辅助电路在信号处理主模块的控制下分成两组定时导通和截止以输出方波信号。
而且，所述的信号预处理与传输模块由滤波电路、整形电路和光电隔离电路依次连接构成，该光电隔离电路的输出端与信号处理主模块相连接。
而且，所述的显示输出模块由一组八段数码管构成。
而且，所述的信号处理主模块为基于单片机的信号处理电路。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本在线测量装置通过变频电源模块并采集消弧线圈PT的二次侧的电压及取样电阻的电压，由信号处理主模块进行分析计算得到电网对地电容和电容电流，其测量过程完全在线进行，不需要调谐消弧线圈，实现了测量过程与电网运行的双向无扰功能。
2、本在线测量装置测量工作完全在PT二次侧进行，对测试现场工作人员、电力系统以及本测量装置自身来说都具有安全性好的特点。
3、本在线测量装置在测量过程中，不需要任何辅助测试设备，本装置自身的成本也不高，节省了不必要的开支。
4、本实用新型设计合理，实现了对中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量功能，具有测量精度高、实时性强、安全可靠、测量方便、成本低廉等特点。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图；
图2是本实用新型的与中性点经消弧线圈接地电路的连接示意图；
图3是变频电源模块的电路原理图，图中所有①点均相互连接；
图4是信号预处理与传输模块的原理图；
图5是输出显示模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详述。
一种中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，如图1所示，包括基于单片机的信号处理主模块、变频电源模块、PT二次侧辅助测量模块、信号预处理与传输模块和输出显示模块，基于单片机的信号处理主模块是以AT89C51单片机芯片为核心的处理电路，该信号处理主模块分别与变频电源模块、信号预处理与传输模块和输出显示模块相连接。变频电源模块的输入端与220V交流电源相连接，其在信号处理主模块输出的频率控制信号的控制下输出一定频率的方波信号并输出到PT二次侧辅助测量模块上，PT二次侧辅助测量模块由限流电阻、取样电阻和PT二次侧构成以采集取样电阻端电压及消弧线圈PT二次侧电压并送入信号预处理与传输模块，信号预处理与传输模块对消弧线圈PT二次侧和采样电阻上的电压经滤波、整形、光电隔离处理后送入信号处理主模块，信号处理主模块进行相位分析以测出或推算出电网谐振频率，进而算出电网对地电容和电容电流，同时通过输出显示模块来完成对测量结果C与IC的交替显示输出。
如图2所示，本在线测量装置安装在消弧线圈PT的二次侧，信号处理主模块不仅控制变频电源模块的频率变化，而且通过对送入的电压
与
进行相位分析以确定电网的谐振频率并计算电网对地电容和电容电流。图中：
为频率由信号处理主模块所控制的变频电源，
与
为需要取出的信号，
为消弧线圈PT二次侧电压，
为取样电阻（1Ω/1W）两端电压，与电路中的电流
同相位；取样电阻的参数为1Ω/1W，限流电阻的参数为300Ω/300W；消弧线圈PT可视为一个理想变压器，设其变比为n，则变频电源对PT一次侧施加的影响相当于电压值为
的电压源作用在由消弧线圈L、消弧线圈的等值损耗电导gL、电网对地电容C和电网对地漏电导gC四者并联构成的电路中，这里设电压源
的参考方向为上正下负；当该并联电路发生GCL谐振时，电压
与流过该电压源的电流
是同相位的，这里设
与
为非关联参考方向；根据理想变压器的特性，可知电流
与图2中的电流
同相位，电压
与
同相位，因此当PT一次侧发生GCL并联谐振时，
与
同相位，即
与
同相位；可见，只要在某一频率下检测到
与
同相位，即证明PT一次侧发生了GCL谐振，记此时变频电源
的频率为f0，则有：
其中L为消弧线圈当前所在位置的电感量，为已知，C为电网对此电容。因此，电网对地电容为：
记三相电源的相电压有效值为Up，则电网电容电流的有效值为：
IC＜＜2＜f0CUp (2)
如图3所示，变频电源模块包括电源电路和方波信号发生电路，电源电路包括变压器、全波桥式整流电路及RC电路，该变压器的主边与220交流电源相连接，其副边通过全波桥式整流电路后，再通过1500μF的电容及其后续的输入电阻构成的RC电路获得一个基本保持在300V的直流电压的方波信号发生电路供电。方波信号发生电路由四个反相器和四个MOSFET管及其辅助电路连接构成，四个反相器与单片机AT89C51的四个I/O接口（P1.1、P1.2、P1.3和P1.4）可以有效地隔离高电压信号，起到保护单片机的作用，四个MOSFET管及其辅助电路在AT89C51的控制下分成两组定时导通和截止，图中左上角和右下角的MOSFET管及其辅助电路为一组，另外两个MOSFET管及其辅助电路为一组，当其中一组MOSFET管导通时另一组则截止，并由AT89C51控制使导通和截止的持续时间相等，从而获得高电平为300V、周期等于MOSFET导通时间与截止时间之和的方波信号；变频电源模块的频率变化范围为[20,49]Hz以及[51,80]Hz。
如图4所示，信号预处理与传输模块由滤波电路、整形电路和光电隔离电路连接构成，PT二次侧辅助测量电路采集的PT二次侧电压
与取样电阻上的电压
连接到滤波电路，
与
经过滤波、整形并经光电隔离处理后输入到信号处理主模块上由AT89C51进行相位分析。该滤波电路仅滤除[49,51]Hz频率范围内的信号，旨在避免测量结果受电网本身50Hz频率信号的干扰而导致测量精度降低；整形电路为了提高测量精度，使取自PT二次侧的电压
与取样电阻上的电压
尽量方波化，从而便于相位比较。
信号处理主模块以AT89C51单片机芯片为核心，不仅控制变频电源模块的频率变化，而且通过对送入的电压
与
进行相位分析以确定电网的谐振频率并计算电网对地电容和电容电流，计算的结果通过显示输出模块进行显示。如图5所示，显示输出模块由一组八段数码管构成，该显示输出模块在信号处理主模块的控制下，完成对测量结果C与IC的交替显示输出。单片机的P0口控制八位八段数码管的段码，P2口控制位码，这八位数码管采用共阳极接法，动态显示方式。为了区别显示结果是电流还是电容，我们采用P3.0与P3.1这两个端口接的发光二极管来区分，P3.0连接的发光二极管发光代表显示结果为电容C的值，P3.1连接的发光二极管发光代表显示结果为电容电流IC的值。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (5)
1.一种中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其特征在于：包括信号处理主模块、变频电源模块、PT二次侧辅助测量模块、信号预处理与传输模块和输出显示模块，所述的变频电源模块的输入端与220V交流电源相连接并在信号处理主模块控制下向PT二次侧辅助测量电路输出方波信号，从PT二次侧辅助测量模块中的取样电阻及消弧线圈PT二次侧采集各自的端电压并通过信号预处理与传输模块送入信号处理主模块，信号处理主模块计算出电网对地电容和电容电流后通过输出显示模块进行显示输出。
2.根据权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其特征在于：所述的变频电源模块由电源电路和方波信号发生电路连接构成，该电源电路由变压器、全波桥式整流电路及RC电路连接构成；该方波信号发生电路由四个反相器和四个MOSFET管及其辅助电路连接构成，四个反相器与信号处理主模块的四个控制接口相连接，四个MOSFET管及其辅助电路在信号处理主模块的控制下分成两组定时导通和截止以输出方波信号。
3.根据权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其特征在于：所述的信号预处理与传输模块由滤波电路、整形电路和光电隔离电路依次连接构成，该光电隔离电路的输出端与信号处理主模块相连接。
4.根据权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其特征在于：所述的显示输出模块由一组八段数码管构成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的中性点经消弧线圈接地电网电容电流的在线测量装置，其特征在于：所述的信号处理主模块为基于单片机的信号处理电路。
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|---|---|---|---|---|
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| CN107870265A (zh) * | 2017-05-19 | 2018-04-03 | 中国矿业大学 | 一种基于高精度dft的电网对地电容检测方法 |
| CN108828322A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-11-16 | 淮安信息职业技术学院 | 一种小容量电容高速检测电路 |
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- 2012-08-10 CN CN2012203950568U patent/CN202735412U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN107870265B (zh) * | 2017-05-19 | 2019-05-21 | 中国矿业大学 | 一种基于高精度dft的电网对地电容检测方法 |
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