CN204129107U

CN204129107U - 补偿电网对地电容电流测量系统

Info

Publication number: CN204129107U
Application number: CN201420648351.9U
Authority: CN
Inventors: 李玲玲; 董浩; 刘伯颖; 刘博豪; 孟泽皓; 夏莘媛
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-11-03
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2024-11-03

Abstract

本实用新型涉及一种补偿电网对地电容电流测量系统，其主要特点是：包括控制与信号处理电路、扫频信号源电路、PT二次侧辅助测量电路、电压电流测取电路和显示电路；控制与信号处理电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路、显示电路以及补偿电网中的消弧线圈相连接，PT二次侧辅助测量电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路相连接。本测量系统将设计合理，能够在不同条件下均可准确测量出补偿电网的对地电容电流，保证了保证在不同条件下测量结果的准确性，有效地加快了扫频速度，提高了系统的效率；同时，所有的测量过程均在PT低压侧进行，具有安全性好的特点，也便于工作人员进行维护与调试。

Description

补偿电网对地电容电流测量系统

技术领域

本实用新型属于中压配电网技术领域，尤其是一种补偿电网对地电容电流测量系统。

背景技术

所谓补偿电网就是中性点经消弧线圈接地的电网，这种中性点接地方式在我国中压电网中占有很大比例。随着我国工业规模的扩大和城市扩容，电网也在逐步扩张，电缆出线增多，随之而来的问题就是电网对地电容电流的快速增长。当单相接地电流过大时，接地电弧无法自熄，就易产生间歇性弧光接地过电压，对电网造成危害，为了避免这种现象的发生，就需要采用补偿电网，即在电网中性点与地之间加一消弧线圈来对电容电流进行补偿。需要多大的补偿电流，如何调节消弧线圈都需要知道电容电流的大小，所以电网对地电容电流的测量就显得尤为重要。

目前，电容电流的测量方法主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法较典型的是单相金属接地法，将线路进行人为的单相接地，利用电流互感器直接测量电容电流，虽然这种方法测量较为准确，但接线复杂，对电网和操作人员具有很高的危险性，所以现在基本不采用这种方法。间接测量法包含两类方法，第一类包括中性点外加电容法、中性点位移电压法、两点法、三点法等，第二类为注入信号法。第一类方法是利用中性点位移电压、中性点电流和消弧线圈电感值等参数，来计算电网的对地总容抗值，然后由单相故障时的零序回路来计算电容电流，这一类方法适用于不平衡度较大的电网。信号注入法分为变频信号法和扫频信号法，其通过从系统外注入异频电流的反馈信号，根据相应等值电路计算得到电网对地电容电流，适用于平衡度高的电网。随着电力电缆的大面积使用，现在电网的平衡度越来越高，不平衡电压越来越小，所以注入信号法成为现在最具优势的方法，但是它也存在一些不足之处，当系统处于过补偿状态时，测量得到的f0值会偏大，扫频时间也会比较长，而如果系统的不平衡度较大时，测量结果就会不准确。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种准确可靠、快速有效且使用方便的补偿电网对地电容电流测量系统。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种补偿电网对地电容电流测量系统，包括控制与信号处理电路、扫频信号源电路、PT二次侧辅助测量电路、电压电流测取电路和显示电路；控制与信号处理电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路、显示电路以及补偿电网中的消弧线圈相连接，PT二次侧辅助测量电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路相连接。

而且，所述的控制与信号处理电路由单片机及其外围电路连接构成。

而且，所述的扫频信号源电路由电源电路、方波发生电路连接组成，该电源电路向方波发生电路提供300V的直流电压，该方波发生电路输出幅值为300V且频率变化的方波信号，提供给PT二次侧辅助测量电路。

而且，所述的方波发生电路由四个IGBT及其驱动电路联接构成，四个驱动电路分别连接四个IGBT的门极，IGBT1、IGBT2的漏极连接到直流电压的正极，IGBT1、IGBT2的源极分别与IGBT3、IGBT4的漏极相连接，IGBT3、IGBT4的源极分别接地，GBT1、IGBT2的源极与PT二次侧辅助测量电路相连接。

而且，所述的电压电流测取电路包括两组相同的电路，每一组均由运算放大器、滤波电路、施密特整形电路和光耦电路连接。

而且，所述的滤波电路采用工频陷波器电路，该工频陷波器陷波带宽为49.5Hz～50.5Hz。

而且，所述的显示电路采用1602液晶显示屏，其与控制与信号处理电路的I/O接口相连。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本测量系统将扫频信号法与三点法相结合，从而取得取长补短的效果，能够在不同条件下均可准确测量出补偿电网的对地电容电流，保证了在不同条件下测量结果的准确性，有效地加快了扫频速度，提高了系统的效率；同时，所有的测量过程均在PT低压侧进行，具有安全性好的特点，也便于工作人员进行维护与调试。

2、本测量系统电路较为简单，使用也十分简便，且成本较低。

附图说明

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是本实用新型的电路图；

图3是工频陷波器电路图；

图4是单片机与显示电路的连接电路图；

图5是本实用新型与补偿电网的接线图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种补偿电网对地电容电流测量系统，如图1所示，包括控制与信号处理电路、扫频信号源电路、PT二次侧辅助测量电路、电压电流测取电路和显示电路。控制与信号处理电路分别与消弧线圈、扫频信号源电路、电压电流测取电路和显示电路相连接，PT二次侧辅助测量电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路相连接。所述的控制与信号处理电路由单片机AT89C51及其外围电路连接构成，完成调节扫频的频率、计算电容电流、控制显示电路显示数据等功能。所述的扫频信号源电路由电源电路、方波发生电路连接组成，电源电路向方波发生电路提供300V的直流电压，再经由方波发生电路输出幅值为300V，频率变化的方波信号，提供给PT二次侧辅助测量电路。所述的电压电流测取电路用于测量取样电阻电压及PT低压侧电压，该电压电流测取电路包括两组，每一组均由运算放大器、滤波器、施密特整形和光耦电路连接。所述的显示电路采用1602液晶显示屏，其与控制与信号处理电路的I/O接口相连用来显示测量的电容电流。

图2给出了本测量系统的电路图，从中可以看出各部分所包含的电路和元器件。图中的300V直流电压是由扫频信号源电路中的电源电路所产生，该300V直流电压送到方波发生电路。方波发生电路由四组IGBT驱动电路D1～D4和两组IGBT组成，四个驱动电路分别连接四个IGBT的门极，IGBT1、IGBT2的漏极连接到直流电压的正极，IGBT1、IGBT2的源极分别与IGBT3、IGBT4的漏极相连接，IGBT3、IGBT4的源极分别接地，GBT1、IGBT2的源极与PT二次侧辅助测量电路相连接。D1～D4连接单片机P1.1～P1.4引脚，驱动电路的作用是控制两组IGBT的通断，IGBT1和IGBT4为一组，IGBT2和IGBT3为一组，一组导通时，另一组便会截止，由单片机控制其导通与截止的时间，改变导通与截止的时间，就可以改变防波信号的周期。在IGBT驱动电路中还设有光耦，可以进行光电隔离。图中，L′、R′、C′分别为消弧线圈电感L、阻尼电阻RZ、电网对地等效电容C折算到PT低压侧的值。运放A1、A2以及整形电路、滤波电路、光耦电路包含在电压电流测取电路中，A1、A2可将测量的两个电压信号方波化，再通过施密特整形电路进行整形，得到方波化程度更好的波形。滤波电路的作用就是将工频信号滤除，使测量不受电网运行的影响。最后利用光耦进行光电隔离，送入单片机P1.5和P1.6引脚。

电压电流测取电路中的滤波电路采用工频陷波器电路，如图3所示，采用工频陷波器电路是本实用新型的重要组成部分，能否良好的滤除工频信号，决定着测量结果是否准确。在已有工频信号陷波器中，陷波频率为50Hz，而实际电网频率通常会在49.5Hz～50.5Hz范围内波动，本系统中应用的陷波器陷波带宽为49.5Hz～50.5Hz，可以更好地滤除电网工频的干扰信号，提高测量的准确性。

本测量系统中的显示电路，如图4所示，其中C4和C5大小为30pF，C6为20μF，R1为10KΩ，X1为晶振，其频率为12MHz。本实用新型应用1602液晶显示屏来显示测量的数据，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1602LCD是指显示的内容为16*2即可以显示两行，每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)该显示屏具有良好的显示效果，可以很好地满足本测量系统的显示需求。

下面对本测量系统与补偿电网的连接方式：

如图5所示，测量系统的电压电流测取电路与补偿电网中的消弧线圈PT低压侧连接在一起，本实施例中的补偿电网为星形联接的情况，中性点可直接取得，若电网为三角形联接，则需Z形接地变压器将中性点引出。利用扫描法原理，向消弧线圈PT低压侧注入一幅值恒定，频率变化的电流信号，测量出电网的谐振频率，进而计算出电容电流。注入的电流信号虽然会在PT高压侧产生电流，但几乎不会对电网造成影响。测量过程全部在低压侧进行，保证了系统及工作人员的安全，在系统正常运行时就可以进行测量，也不需调整消弧线圈，其测量方法十分方便，测量结果也较为准确。

下面对本实用新型的工作原理进行说明：

本测量系统将扫频法电路与三点法电路结合在一起，扫频法电路由控制与信号处理电路、消弧线圈、扫频信号源电路、PT二次侧辅助测量电路、电压电流测取电路连接构成；三点法电路由控制与信号处理电路和电压电流测取电路连接构成。控制与信号处理电路利用消弧线圈自带的电压互感器测得此时电网的位移电压有效值U₀，设置一个位移电压的标准U_X，由单片机将两者进行比较，当U₀≤U_X时，说明电网的不平衡度较低，此时，采用扫频法电路进行电容电流的测量，当电网不平衡度较高时，应采用三点法电路进行测量。当使用扫频法电路进行测量时，单片机会向扫频信号源电路发出频率控制信号，扫频信号源电路产生幅值恒定、频率变化的方波，输出到PT二次侧辅助测量电路的取样电阻和PT低压侧上，之后电压、电流测量电路对取样电阻和PT低压侧两端电压的测量，再将信号进行方波化、整形、滤波、光电隔离后送入信号处理电路，由信号处理电路对这两个电压信号进行相位的比较，若相位不同，改变频率重新测量，若相位相同，则通过显示电路显示出来。当使用三点法电路进行测量时，利用消弧线圈的电压互感器与电流互感器测得中性点位移电压和消弧线圈补偿电流，由单片机判断是否测量了三组数据，当测完三组数据后，通过信号处理电路进行计算，再由显示电路予以显示。

在本实施例中，单片机采用常规处理软件即可实现，上述说明是为了对专利申请作出更清楚地说明，绝非本实用新型的创新之处，本实用新型申请不包括软件改进的内容。

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

1.一种补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：包括控制与信号处理电路、扫频信号源电路、PT二次侧辅助测量电路、电压电流测取电路和显示电路；控制与信号处理电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路、显示电路以及补偿电网中的消弧线圈相连接，PT二次侧辅助测量电路分别与扫频信号源电路、电压电流测取电路相连接。

2.根据权利要求1所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的控制与信号处理电路由单片机及其外围电路连接构成。

3.根据权利要求1所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的扫频信号源电路由电源电路、方波发生电路连接组成，该电源电路向方波发生电路提供300V的直流电压，该方波发生电路输出幅值为300V且频率变化的方波信号，提供给PT二次侧辅助测量电路。

4.根据权利要求3所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的方波发生电路由四个IGBT及其驱动电路联接构成，四个驱动电路分别连接四个IGBT的门极，IGBT1、IGBT2的漏极连接到直流电压的正极，IGBT1、IGBT2的源极分别与IGBT3、IGBT4的漏极相连接，IGBT3、IGBT4的源极分别接地，IGBT1、IGBT2的源极与PT二次侧辅助测量电路相连接。

5.根据权利要求1所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的电压电流测取电路包括两组相同的电路，每一组均由运算放大器、滤波电路、施密特整形电路和光耦电路连接。

6.根据权利要求5所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的滤波电路采用工频陷波器电路，该工频陷波器陷波带宽为49.5Hz～50.5Hz。

7.根据权利要求1所述的补偿电网对地电容电流测量系统，其特征在于：所述的显示电路采用1602液晶显示屏，其与控制与信号处理电路的I/O接口相连。