CN205484509U - 一种电网电容电流在线测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电网电容电流在线测试系统,包括，在线测试装置及固态继电器，在线测试装置与固态继电器通过连接线连接；在线测试装置包括，过压保护单元，与信号激励单元及信号采集单元连接，用于检测开口三角形电压是否过压，并发出相应信号；信号激励单元，与上位机连接，用于给PT开口三角形提供激励信号；信号采集单元，用于采集所述激励信号和PT开口三角形的电压信号，并将激励信号和所述电压信号传输到上位机；上位机，与信号采集单元连接，用于对信号采集单元采集的信号进行处理运算，输出处理预算结果。使用本实用新型的电网电容电流在线测试系统监测配网系统电容电流，不需要停电测试，检测方便，省时省力且不影响人们正常用电。

Description

一种电网电容电流在线测试系统

技术领域

本实用新型涉及电网设备领域，尤其是一种电网电容电流在线测试系统。

背景技术

随着配网系统的高速发展，配网电容量增大较快，当岀现单相接地时，电容电流引起的燃弧不能自熄，容易引起过电压损坏电力设备的事故。目前监测配网系统电容电流采用停电短接消谐器后再送电测试的方式进行电容电流测试，此方法需母线丅V停送电三次，一个变电站大约需3人10小时才能完成，费时费力，且影响人们正常用电。

实用新型内容

为此，本实用新型提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新电网电容电流在线测试系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种电网电容电流在线测试系统,包括，在线测试装置及固态继电器，所述在线测试装置与固态继电器通过连接线连接，用于控制固态继电器开闭；所述在线测试装置包括，过压保护单元，与信号激励单元及信号采集单元连接，用于检测开口三角形电压是否过压，并发出相应信号，保护在线测试系统；信号激励单元，与上位机连接，用于给PT(电压互感器)开口三角形提供激励信号；信号采集单元，用于采集所述激励信号和PT开口三角形的电压信号，并将所述激励信号和所述电压信号传输到上位机；上位机，与所述信号采集单元连接，用于对信号采集单元采集的信号进行处理运算，输出处理预算结果。

可选地，所述在线测试装置还包括，无线信号发射单元，与上位机连接，用于将处理预算结果通过无线的方式发送到远端服务器，便于人们查看。

可选地，所述在线测试装置还包括，程控电源，用于通过上位机控制，给各单元供电。

本实用新型提供的电网电容电流在线测试系统使用的时候，固态继电器是预先和消谐器并联的，通过固态继电器的开闭控制是否短接消谐器，固态继电器与在线测试装置连接，通过在线测试装置给固态继电器发送触发信号来控制固态继电器动作完成消谐器的短接和解除短接，当然也可以用按钮开关控制，此处不做具体限定。具体测试方法，包括，步骤1，检测PT开口三角形的电压是否过压，若PT开口三角形的电压过压，则发出报警信息；若PT开口三角形的电压未过压，则继续进行测试步骤；步骤2，短接消谐器，给PT开口三角形发出频率不同的3个恒定电流信号；并采集3个恒定电流信号和3个PT开口三角形的电压信号，并将采集的信号传输到上位机；步骤3，根据三频法计算电容电流值，并判断能否计算出电容电流值，若能计算出电容电流值，则显示电容电流值；若不能计算出电容电流值，则继续进行测试步骤；步骤4，短接消谐器，给PT开口三角形发出频率不同的2个恒定电流信号；并采集2个恒定电流信号和2个PT开口三角形的电压信号，并将采集的信号传输到上位机；步骤5，根据向量法计算电容电流值，并显示电容电流值。

可选地，在所述步骤2中，所述给PT开口三角发出频率不同的3个恒定电流信号之后还包括将消谐器解除短接。

可选地，在所述步骤4中，所述给PT开口三角发出频率不同的2个恒定电流信号之后还包括将消谐器解除短接。

使用本实用新型提供的电网电容电流在线测试系统监测配网系统电容电流，不需要停电测试，检测方便，省时省力，且不影响人们正常用电。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：

图1为本实用新型提供的一种电网电容电流在线测试系统的结构示意图；

图2为三频法测量原理图；

图3为三频法测量的PT的等效电路图；

图4为向量法测量原理图；

图5为向量法测量的PT的等效电路图；

其中，101、在线测试装置；102、过压保护单元；103、信号激励单元；104、信号采集单元；105、上位机，106、固态继电器。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的描述。

根据本实用新型的一个方面，如图1所示，提供了一种电网电容电流在线测试系统101,包括，在线测试装置及固态继电器，所述在线测试装置与固态继电器通过连接线连接，用于控制固态继电器开闭；所述在线测试装置包括，过压保护单元102，与信号激励单元及信号采集单元连接，用于检测开口三角形电压是否过压，并发出相应信号，保护在线测试系统；此处所述的过压，指的是电网出现故障时在开口三角形处产生的电压，该电压一般设置为28V-32V,此处所述的相应信号指的是与输入电压是否过压相对应的信号，具体的可以是：若输入电压过压，发出报警信号，最好使用声光报警信号，以便人们发现，报警信号可以由过压保护单元提供，也可以将保护单元与上位机连接，通过上位机提供报警信号，此处不做具体限定；若输入电压未过压，发出安全信号，此处的安全信号一般是3.3V高电平信号，触发其它单元开始工作。信号激励单元103，与上位机连接，用于给PT开口三角形提供激励信号；信号采集单元104，用于采集所述激励信号和PT开口三角形的电压信号，并将所述激励信号和所述电压信号传输到上位机；上位机105，与所述信号采集单元连接，用于对信号采集单元采集的信号进行处理运算，输出处理预算结果。本申请使用的过压保护单元、信号激励单元、信号采集单元和上位机可以使用现有的成品，也可以根据现有技术的原理自己生产，此处不做具体限制。

在实际应用中，为了方便人们查看测试结果，在线测试装置还包括无线信号发射单元，无线信号发射单元与上位机连接，能够将处理预算结果通过无线的方式发送到远端服务器，便于人们查看。

在实际生产中，为了方便供电，在线测试装置安装有程控电源，程控电源也称为程控测试电源，能够提供稳压、恒流、可移相、可变频大功率工频正弦信号。采用微机控制，能够进行电压、电流、相位、频率、功率表的试验和检定，微机控制，程控实现软启动，软停止，从而避免了对仪表的冲击和损坏，技术先进，全程控、全按键操作，体积小、重量轻、携带方便，既可用于实验室，也可以现场使用，本申请中通过上位机控制程控电源，给各单元供电。

本实用新型提供的电网电容电流在线测试系统，使用的时候将该系统的在线测试装置与PT连接，监测配网系统电容电流，不需要停电测试，检测方便，省时省力，且不影响人们正常用电。

本实用新型提供的电网电容电流在线测试系统使用的时候，固态继电器是预先和消谐器并联的，通过固态继电器的开闭控制是否短接消谐器，固态继电器与在线测试装置连接，通过在线测试装置给固态继电器发送触发信号来控制固态继电器动作完成消谐器的短接和解除短接，当然也可以用按钮开关控制，此处不做具体限定。具体测试方法，包括，步骤1，检测开口三角形的电压是否过压，若PT一次线圈的电压过压，则发出报警信息；若PT开口三角形的电压未过压，则继续进行测试步骤，具体的可以通过发出安全信号触发测试装置继续进行测试步骤；步骤2，短接消谐器，给PT开口三角形发出频率不同的3个恒定电流信号，并采集3个恒定电流信号和3个PT开口三角形的电压信号，并将采集的信号传输到上位机；步骤3，根据三频法计算电容电流值，并判断能否计算出电容电流值，若能计算出电容电流值，则显示电容电流值；若不能计算出电容电流值，则继续进行测试步骤；此处所述的三频法原理如下：

三频法测量：

从PT开口三角侧分别注入频率不同的恒定电流，并同时从开口三角侧测量反馈回的电压值，根据PT的等值模型及电压和电流的关系，便可计算出系统对地的电容值，

进而可以得到系统容性电流值。测量原理图如图2所示，等效电路图如图3所示，

其中L_A,L_B,L_C分别为电压互感器三相的高压绕组，二次绕组La,Lb,Lc组成了开口三角形若从开口三角形端注入一恒定电流i₀,则在PT的一次侧绕组A,B,C三相分别会产生感应电流i₁,i₂,i₃,设PT的高，低压侧绕组匝数分别为n₁,n₂,三相PT的励磁感应电流分别为ia,ib,ic,则有如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{n}_1(i_1-i_a)=n_2{i}_0\\ n_1(i_2-i_b)=n_2{i}_0\\ n_1(i_3-i_c)=n_2{i}_0\end{array}\right.$

一般励磁阻抗为Zm为几兆欧而线路的漏抗X_L大约为几千欧，Zm要比绕组电阻R和漏抗X_L大很多，线路单相对地电容一般在0.1-30uF之间，对应的阻抗为几百欧到几十兆欧，因此上述公式中的PT的励磁电流ia,ib,ic几乎为0，故可以忽略不计。因此PT高压侧三相流出的电流是相等的，即i₁,i₂,i₃相等，它的大小取决于i₀；

由母线PT的开口三角形侧注入一个恒定电流i₀，就会在PT的高压侧产生三个幅值相等、相位相同的电流i₁、i₂、i₃，且它们会在PT三相绕组的电阻R、漏抗X_L和导线对地电容中产生压降。通常，PT的三相参数是对称的，而且三相系统对地电容Ca、Cb、Cc也是基本相等的，因此三相电流i₁、i₂、i₃分别在三相PT与系统对地电容间产生的压降U_i是基本相等的，此刻在PT开口三角形侧可以得到一个零序电压U₀，该电压值就等于3倍的U_in₂/n₁。从上述的分析中可以得出从PT开口三角形端注入i₀测量得到的U₀为：

$U_0=3{\left(\frac{n_2}{n_1}\right)}^2\·\sqrt{R^2+{(X_L-\frac{1}{\mathrm{\ω}C})}^2}\·i_0$

上式中，C为单相对地电容。

故可以通过上述关系式从PT开口三角形端注入电流信号，从而计算电容值，进而计算出整个配网的容性电流值。

由式可以看出，式中共有三个未知数，分别为R、X_L、C,要想求出单相对地电容C，就必须建立有三个方程的方程组，求解方程组可求出C。故当从PT开口三角形端分别注入三个频率分别为f₁、f₂、f₃的恒定电流时，将在开口三角形端测得三个零序电压值

U_0i(i＝1，2，3)。由上式可以得出：

$R^2+{({\mathrm{\ω}}_{i}L-\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{i}C})}^2=Z_i^2,(i=1,2,3)$

三个频率点对应三个方程，计算出C的值。

步骤4，短接消谐器，给PT开口三角形发出频率不同的2个恒定电流信号；并采集2个恒定电流信号和2个PT开口三角形的电压信号，并将采集的信号传输到上位机；步骤5，根据向量法计算电容电流值，并显示电容电流值。此处所述的三频法原理如下：

向量法测量：

此处提出的向量法测试电容电流技术，是通过向PT开口三角侧分别注入不同频率的恒定电流，并同时从开口三角侧测量电压值和一些其他的参数，根据PT的等值模型及变比的关系，就可计算出线路对地的电容值，也就可以计算出电容电流值。图4是电容电流测量原理示意图，其中：L_A、L_B、L_C分别为电压互感器(PT)三相的高压绕组，二次绕组La、Lb、Lc组成开口三角形；C_A、C_B、C_C为导线三相对地电容。

若在PT开口三角端注入一个恒定电流i0，则在PT的一次绕组A、B、C三相分别流出电流i₁、i₂、i₃。由于i₁、i₂、i₃是零序电流，它们不能在电源和负载之间流通，只能通过线路对地电容形成回路。这就为从PT二次侧测量电容电流创造必要的条件。图5为PT的等效电路图，图中R为绕组电阻，X_L为漏抗，C为对地电容，Zm为励磁阻抗，可以忽略不计。

由图2可知，测量电容电流的等效电路就是一个串联阻抗电路。通过测量PT开口三角二次侧的电压，利用PT变比的关系，可以得到：

$u_0=3\·{\left(\frac{n_2}{n_1}\right)}^2\·\sqrt{R^2+{(X_L-\frac{1}{\mathrm{\ω}C})}^2}\·i_0$

u₀和i₀分别为PT二次侧测量到的电压和注入的电流。有了这个关系式，就可以通过测量PT开口三角端的电气量来计算线路对地电容值，从而计算出配电网的电容电流值。

2、计算方法及频率的选择

此处选择的测量方式是通过向PT开口三角侧注入两个不同频率f₁和f₂的电流信号，然后分别测量计算得到整个串联回路的阻抗值Z₁和Z₂，以及相角θ₁和θ₂，进而可得到：

${\mathrm{\ω}}_{1}L-\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{1}C}=Z_1*{\mathrm{sin\θ}}_1$

${\mathrm{\ω}}_{2}L-\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_{2}C}=Z_2*{\mathrm{sin\θ}}_2$

式中ω＝2πf，通过联立式可以得到电容C。

当线路对地电容C较大时，其容抗X_C将较小，若频率选择较高，则漏抗较大、容抗较小，而我们是通过测量整个串联回路的阻抗Z值和相角来计算电容值。如果X_C相对于X_L很小，阻抗Z和相角的微小测量误差将导致很大的电容值计算误差。也就是说，企图通过测量一个大的量值来提取出一个小的量值是很困难的。频率选取越低，越能增大X_C对X_L的比重，越能增加计算的稳定度。但频率选择也不能过低，频率太低就不能忽略PT励磁回路的影响，因此必须综合考虑上述两个因素才能选择合适的注入频率。经过现场模拟实验，此处提出的测量电容电流技术采用分别注入频率为20Hz和160Hz，大小均为0.4A的电流信号。

需要说明的是，三频法和向量法是根据电容的数值大小使用的，三频法适用于电容的数值较小的测量，向量法适用于电容的数值较大的测量，和万用表中的档位原理相同，超过了量程范围测量不出数值，此处所述的较小、较大一般可以是：电网电容C≤6uF较小，电网电容C＞6uF较大

为了防止消谐器短接时间过长造成的安全隐患，在所述步骤2中，所述给PT开口三角形发出频率不同的3个恒定电流信号之后还包括将消谐器解除短接。

为了防止消谐器短接时间过长造成的安全隐患，在所述步骤4中，所述给PT开口三角形发出频率不同的2个恒定电流信号之后还包括将消谐器解除短接。

使用本实用新型提供的电网电容电流在线测试系统监测配网系统电容电流，不需要停电测试，检测方便，省时省力，且不影响人们正常用电。

应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (3)

1.一种电网电容电流在线测试系统,其特征在于，包括，在线测试装置及固态继电器，所述在线测试装置与固态继电器通过连接线连接，用于控制固态继电器开闭；

所述在线测试装置包括，

过压保护单元，与信号激励单元及信号采集单元连接，用于检测开口三角形电压是否过压，并发出相应信号，保护在线测试系统；

信号激励单元，与上位机连接，用于给PT开口三角形提供激励信号；

信号采集单元，用于采集所述激励信号和PT开口三角形的电压信号，并将所述激励信号和所述电压信号传输到上位机；

上位机，与所述信号采集单元连接，用于对信号采集单元采集的信号进行处理运算，输出处理预算结果。

2.根据权利要求1所述的电网电容电流在线测试系统,其特征在于，所述在线测试装置还包括，

无线信号发射单元，与上位机连接，用于将处理预算结果通过无线的方式发送到远端服务器，便于人们查看。

3.根据权利要求1或2所述的电网电容电流在线测试系统,其特征在于，所述在线测试装置还包括，

程控电源，用于通过上位机控制，给各单元供电。