CN207010211U - 一种电容器开口三角电压保护器 - Google Patents

Abstract

一种电容器开口三角电压保护器包括分压采样电路、模数转换器、中央处理器、可编程存储器和保护出口继电器。分压采样电路用于采集单星形接线的电容器放电线圈二次侧开口三角电压信号。模数转换器用于对所述开口三角电压信号进行模数转换以获取数字开口三角电压信号。中央处理器用于对数字开口三角电压信号进行傅里叶级数分析以获取数字开口三角电压信号的谐波数据。可编程存储器用于存储数字开口三角电压信号的谐波数据。保护出口继电器用于按照中央处理器的指令断开电容器支路。该电容器开口三角电压保护器具有数据存储和谐波分析、电压和谐波保护功能。

Description

一种电容器开口三角电压保护器

技术领域

本实用新型涉及电容器保护技术领域，具体涉及一种电容器开口三角电压保护器。

背景技术

目前电容器的开口三角电压保护主要作为电容器综保装置的一个附加功能，没有单独的开口三角电压保护装置，因此对于此种保护，急需一种智能化的保护设备。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有数据存储和谐波分析、电压和谐波保护功能的电容器开口三角电压保护器。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种电容器开口三角电压保护器,包括：分压采样电路、模数转换器、中央处理器、可编程存储器和保护出口继电器。分压采样电路用于采集单星形接线的电容器放电线圈的开口三角电压信号。模数转换器用于对所述开口三角电压信号进行模数转换以获取数字开口三角电压信号。中央处理器用于对数字开口三角电压信号进行傅里叶级数分析以获取数字开口三角电压信号的谐波数据。可编程存储器用于存储数字开口三角电压信号的谐波数据。保护出口继电器用于按照中央处理器的指令断开电容器支路。

进一步的，电容器开口三角电压保护器还包括通讯模块。通讯模块用于中央处理器与外部PC机通讯。

进一步的，电容器开口三角电压保护器还包括显示器。显示器用于显示数字开口三角电压信号和数字开口三角电压信号的谐波数据。

进一步的，电容器开口三角电压保护器还包括键盘。键盘用于向所述中央处理器输入数据。

进一步的，中央处理器的型号为STM32F103RET6；可编程存储器的型号为AT45DB081DSV；模数转换器采用三相电能计量芯片，其型号为ATT7022D。

进一步的，分压采样电路包括电阻R1—R4以及电容C1—C2，所述电阻R1与电阻R2串联后接模数转换器的3脚，所述电阻R3与电阻R4串联后接模数转换器的4脚，所述电容C1和电容C2分别接在模数转换器的3脚、4脚与地之间。

进一步的，模数转换器和中央处理器通过SPI总线通信。

进一步的，中央处理器的36脚接可编程存储器的1脚，中央处理器的34脚接可编程存储器的2脚，中央处理器的33脚接可编程存储器的4脚，中央处理器的35脚接可编程存储器的8脚。

进一步的，通讯模块型号为RSM485。

进一步的，电容器开口三角电压保护器还包括时钟电路，时钟电路用于为中央处理器的工作提供时钟信号。

上述电容器开口三角电压保护器，由于利用中央处理器对单星形接线的电容器的开口三角电压进行傅里叶级数分析，可以计算出开口三角电压信号中的谐波分量，一方面可编程存储器可以将开口三角电压以及其谐波电压的历史数据进行保存；另一方面中央处理器将开口三角电压及其谐波分量与设定的阈值进行比较，超限后启动保护出口继电器对该电容支路保护跳闸，实现对于电容器的开口三角电压及谐波电压的保护。保护动作后显示故障类型并锁屏，便于技术人员查找和排除故障点。中央处理器中设定的阈值可以根据需要修改，使用键盘输入即可。另外，可编程存储器可以将开口三角电压以及其谐波电压的历史数据保存365天，当多于365天时的存储数据将自动溢出，这样就可以根据需要随时直接读取或通过通讯模块传送开口三角电压的历史数据。显示器可以同步显示开口三角电压的波形以及其谐波电压的柱状图，以便实时查询电容器的运行状态。本实用新型所提供的电容器开口三角电压保护器，不必如现有保护器依靠后台计算机来存储和分析电压数据，实现了对电压谐波的现场分析、存储和显示，使用非常方便。

附图说明

图1为将实施例中的电容器开口三角电压保护器接入单星形接线电容器的电路原理图；

图2为实施例中电容器开口三角电压保护器的结构示意图；

图3为实施例中电容器开口三角电压保护器的电路原理图；

图4为实施例中电流变化记录图；

图5为实施例中电流谐波柱状图。

图中，U1为模数转换器，U2为中央处理器，U3为可编程存储器，Upo为单星形接线电容器的开口三角电压。需要说明的是，图3中不含显示器。

具体实施方式

电容器的开口三角电压保护也叫零序电压保护，主要用于单星形接线的电容器组，适用于额定电压10kV及以下的电容器组。电容器开口三角电压保护原理图如图1所示，对于接有放电线圈的电容器组，将放电线圈的一次侧与电容器并联，二次侧接成开口三角形，在开口处连接一只开口三角电压保护器。在电容器无故障正常运行时，其三相电压是平衡的，开口三角处的电压近似为零，当三相中某相电容器的内部元件因故障被切除后，开口处即会出现差电压Upo，保护装置采集到差电压后即与整定值比较，如果实际电压大于保护定值，则输出保护跳闸指令。

本申请对于单星形接线的电容器的开口三角电压保护包括以下几个方面：

1.专用于电容器开口三角电压的测量；

2.电容器故障保护，当实际开口三角电压超过设定的保护定值时，即启动保护；

3.当电容器开口三角电压的谐波电压超过设定的保护定值时，即启动保护；对于电容器开口三角电压需要统计其总谐波畸变率和单次谐波畸变率；总谐波畸变率是指2～25次谐波的方均根值与基波电压的比值，用THDu％表示；单次谐波畸变率是指单次谐波电压占基波电压的百分比，用HRu％表示；

4.显示电容器开口三角电压的波形；

5.具有数据记录功能。

基于上述发明构思，本实用新型实施例提供了一种电容器开口三角电压保护器，包括分压采样电路、模数转换器、中央处理器、可编程存储器、通讯模块、显示器、键盘、时钟电路和保护出口继电器，如图2所示。

分压采样电路用于采集单星形接线的电容器放电线圈的开口三角电压信号。模数转换器用于对开口三角电压信号进行模数转换以获取数字开口三角电压信号。中央处理器用于对数字开口三角电压信号进行傅里叶级数分析以获取数字开口三角电压信号的谐波数据。模数转换器和中央处理器通过SPI总线通信。可编程存储器用于存储数字开口三角电压信号的谐波数据。保护出口继电器用于按照中央处理器的指令断开电容器支路。通讯模块用于中央处理器与外部PC机通讯。显示器用于显示数字开口三角电压信号和数字开口三角电压信号的谐波数据。键盘用于向中央处理器输入数据。时钟电路用于为中央处理器的工作提供时钟信号。

本实施例中，中央处理器的型号为STM32F103RET6；可编程存储器的型号为AT45DB081DSV；模数转换器采用三相电能计量芯片，其型号为ATT7022D；通讯模块型号为RSM485。

实施例中电容器开口三角电压保护器的电路原理图如图3所示。其中，分压采样电路包括电阻R1—R4以及电容C1—C2，所述电阻R1与电阻R2串联后接模数转换器的3脚，所述电阻R3与电阻R4串联后接模数转换器的4脚，所述电容C1和电容C2分别接在模数转换器的3脚、4脚与地之间。中中央处理器与可编程存储器的具体接线方式为：中央处理器的36脚接可编程存储器的1脚，中央处理器的34脚接可编程存储器的2脚，中央处理器的33脚接可编程存储器的4脚，中央处理器的35脚接可编程存储器的8脚。

本实施例的工作过程如下：

分压采样电路采集单星形接线的电容器放电线圈的开口三角电压Upo，与模数转换器的输入端连接，模数转换器U1采用六通道双极输入19位A/D转换器ATT7022D芯片，其将电压的模拟量转换为数字量，然后送至中央处理器U2进行计算处理。中央处理器U2外接有实时时钟集成电路、RSM485通讯模块和外键接口。中央处理器U2的数字信号输出端与显示器连接。中央处理器U2和可编程存储器U3之间经过SPI连接,中央处理器U2通过FFT软件实时分析计算，得出数字化后的开口三角电压Upo的基波和2～25次谐波的幅值。中央处理器U1一方面通过锁存器将计量参数保存在可编程存储器U3中,利用可编程存储器U3存储有电压及相关谐波电压值；另一方面中央处理器U1将各计量参数输出至显示器(如分辨率为128*64的LCD显示器)，通过显示屏进行显示。当外部有数据传输要求时，中央处理器U2向485通讯模块传输数据，即通过RSM485通讯模块和PC机相连。可以对保护器进行相关设置和数据传输，计量数据传送至PC机上，由PC机管理软件进行管理。RSM485接口最多可连接128块保护器，通信距离达1.5公里。

工作时，开口三角电压历史数据的表述方式采用图形方式，如图4所示，纵轴为电压有效值，按伏特(V)或者千伏(kV)的幅值刻度，横轴为24小时的时间刻度，电压值根据幅值和时间进行整点定时记录。在24小时结束时，将24小时内记录的数据存入可编程存储器U3。当需要查看以前某一天的电压历史数据时，利用历史数据查询功能，通过机内的万年历确认日期，该天的数据即显示在显示器的屏幕上。调取历史数据时，并不影响仪表的正常测量和记录。历史数据共存储365天，采取循环存储的方式，即存储满365天后，在最新的24小时数据存入时，覆盖第一个24小时的数据。

在对模数转换后的数字量进行基波计量的同时，由中央处理器对测量数据的均方根值(RMS)进行快速傅里叶级数(FFT)变换，求出信号中的谐波分量，本实用新型可以对谐波全频谱分析到2～25次，即对奇数次和偶数次谐波均进行谐波分析。2～25次谐波值以柱状图的形式在液晶屏上显示，如图5所示，纵轴按百分数表示谐波的含量，横轴表示2～25次谐波次数，谐波的含量以柱状图的形式表示(HR％)，显示屏上同时显示基波电压值(V,kV),以及分析区间(2～25)的总的谐波畸变率(THDu％)。信号的采样频率为3.2K/秒,当24小时结束时,仪表计算出24小时内3相中各次谐波的95％概率最大值、最小值和平均值，存入可编程存储器U3。当需要查看以前某一天的谐波数据时，通过历史数据查询功能，通过机内的万年历确认日期，该天的各种数据即显示在屏幕上。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种电容器开口三角电压保护器, 其特征在于包括：分压采样电路、

模数转换器、中央处理器、可编程存储器和保护出口继电器；

所述分压采样电路用于采集单星形接线的电容器放电线圈的开口三角电压信号；

所述模数转换器用于对所述开口三角电压信号进行模数转换以获取数字开口三角电压信号；

所述中央处理器用于对所述数字开口三角电压信号进行傅里叶级数分析以获取所述数字开口三角电压信号的谐波数据；

所述可编程存储器用于存储所述数字开口三角电压信号的谐波数据；

所述保护出口继电器用于按照所述中央处理器的指令断开电容器支路；

所述中央处理器的型号为 STM32F103RET6 ；所述可编程存储器的型号为

AT45DB081DSV；所述模数转换器采用三相电能计量芯片，其型号为 ATT7022D；

所述分压采样电路包括电阻 R1—R4 以及电容 C1—C2，所述电阻 R1 与电阻 R2 串联后接模数转换器的 3 脚，所述电阻 R3 与电阻 R4 串联后接模数转换器的 4 脚，所述电容 C1 和电容 C2 分别接在模数转换器的 3 脚、4 脚与地之间；

所述中央处理器的 36 脚接可编程存储器的 1 脚，所述中央处理器的 34 脚接可编程存储器的 2 脚，所述中央处理器的 33 脚接可编程存储器的 4 脚，所述中央处理器的35 脚接可编程存储器的 8 脚。

2.如权利要求 1 所述的电容器开口三角电压保护器，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块用于中央处理器与外部 PC 机通讯。

3.如权利要求 1 所述的电容器开口三角电压保护器，其特征在于，还包括显示器，所述显示器用于显示所述数字开口三角电压信号和所述数字开口三角电压信号的谐波数据。

4.如权利要求 1 所述的电容器开口三角电压保护器，其特征在于，还包括键盘，所述键盘用于向所述中央处理器输入数据。

5.如权利要求 2所述的电容器开口三角电压保护器，其特征在于，所述通讯模块型号为 RSM485。

6.如权利要求 1所述的电容器开口三角电压保护器，其特征在于，还包括时钟电路，所述时钟电路用于为所述中央处理器的工作提供时钟信号。