CN208207059U - 配网传输系统智能电容电流测试装置 - Google Patents
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Abstract
配网传输系统智能电容电流测试装置，包括环境监测模块，所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器、湿度传感器连接控制模块，所述控制模块分别连接液晶显示模块、存储模块、打印机模块。所述控制模块连接信号采集模块，信号采集模块用于实时对采样电阻两端的电压进行采样，并将采样结果发送给控制模块。所述扫频信号发生模块包括IGBT模块、IGBT驱动电路，控制模块连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接IGBT模块。本实用新型通过利用扫频法测量电容电流，通过消弧线圈二次侧向配电网注入频率可变的信号，使得消弧线圈和母线对地电容发生并联谐振，找到系统谐振频率，通过控制模块分析处理出系统对地的电容电流数值。
Description
技术领域
本实用新型涉及配网传输系统电容数值测量技术领域，具体涉及一种配网传输系统智能电容电流测试装置。
背景技术
电网建设事业对社会的发展至关重要，近年来，我国电力事业取得了长足的进步，无论从电力系统的安全性还是可靠性来说，都取得了跨越式的发展。电能在人类社会中得到了更加广泛的应用，人类生活方式已经全面进入了电气时代，解放了双手，节约了大量时间。也正因为如此，导致了电能更加广泛的应用，以前配电系统已经不能满足当下人民的用电需要，必须对以前的配电系统进行大力的增容才能满足当下人民的用电需要。因此越来越多的电力电缆应用到电力传输系统中，虽然解决了电力的输送问题，但是这也暗藏了一个潜在的安全隐患，有些变电站只是一味地增加电力电缆而忽略了电网的故障保护措施，当电网发生故障时保护装置有可能无法起到保护的作用。因此，当新建变电站或对已有的配电系统进行线路改造后，要及时对保护装置进行功能试验，以便检测保护装置是否能满足线路整改后的故障保护。现阶段，我国的配电系统多采用中性点非有效接地方式，当某一相发生对地短路时会在故障点出产生一定的电容电流，若电容电流过大会导致接地电弧的产生，由于接地电弧无法自行熄灭有可能会引发一系列的电力事故。所以需要装设感性补偿装置，为了合理的选择感性补偿装置的容量，需要测试出电力系统对地电容的数值才能确定。此外，系统对地电容和互感器铁芯非线性的参数配合会导致铁磁谐振过电压现象，严重时会影响电网的正常运行。但是目前并没有一种智能电容电流测试装置来有效解决电容数值测量问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种配网传输系统智能电容电流测试装置，通过利用扫频法测量电容电流，通过消弧线圈二次侧向配电网注入频率可变的信号，使得消弧线圈和母线对地电容发生并联谐振，找到系统谐振频率，通过装置的控制模块分析处理出系统对地的电容电流数值。本实用新型装置通过扫频法，不用考虑PT的接线方式，同时在整个测试过程中是在配电系统的二次侧进行的，安全性也能够有所保障。扫描系统由扫频电源和采样电阻组成，安装在消弧线圈上的电压互感器二次侧，通过对电阻电压值的判断可以找出谐振频率。
本实用新型采取的技术方案为：
配网传输系统智能电容电流测试装置，包括环境监测模块、控制模块、扫频信号发生模块、液晶显示模块、信号采集模块、存储模块、电源及开关模块。
所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器、湿度传感器连接控制模块，所述控制模块分别连接液晶显示模块、存储模块、打印机模块；
所述控制模块连接信号采集模块，信号采集模块用于实时对采样电阻两端的电压进行采样，并将采样结果发送给控制模块；
所述扫频信号发生模块包括IGBT模块、IGBT驱动电路，控制模块连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接IGBT模块，IGBT驱动电路对IGBT模块的门极进行控制，将直流电压信号转变为频率可变的方波信号，从而送到扫频信号发生模块输出端，对配电系统进行测试。
所述采样电阻、扫频信号发生模块安装在消弧线圈上的电压互感器二次侧。
所述电源及开关模块包括扫频信号电源模块、逻辑电路供电模块；
扫频信号电源模块，用于为扫频信号发生模块提供稳定的直流311V电压；
逻辑电路供电模块，用于为控制模块为核心的逻辑控制及信号采集电路提供稳定的12V和3.3V电压；
扫频信号电源模块包括AC/DC变换电路，将交流220V电压转换成直流311V电压；
逻辑电路供电模块包括PWM开关电源模块，为IGBT驱动电路提供12V直流电压，再利用AMS1117-3.3V线性稳压器模块将12V转换成控制模块需要的3.3V。
所述IGBT模块采用GD100HFL120CIS大功率集成单相桥式逆变模块；IGBT驱动电路采用IR21844型号的驱动集成电路芯片。
所述控制模块包括Cortex-M3内核的STM32F103单片机。
所述存储模块采用TF卡。
所述打印机模块为RDE系列打印机。
本实用新型一种配网传输系统智能电容电流测试装置，通过利用扫频法测量电容电流，通过消弧线圈二次侧向配电网注入频率可变的信号，使得消弧线圈和母线对地电容发生并联谐振，找到系统谐振频率，通过装置的控制模块，分析处理出系统对地的电容电流数值。
本实用新型一种配网传输系统智能电容电流测试装置，通过扫频法不用考虑PT的接线方式，同时在整个测试过程中是在配电系统的二次侧进行的，安全性也能够有所保障。扫描系统由扫频电源和采样电阻组成，安装在消弧线圈上的电压互感器二次侧，通过对电阻电压值的判断可以找出谐振频率，从而进一步计算得出电容电流值。
附图说明
图1为本实用新型的系统结构图。
具体实施方式
如图1所示，配网传输系统智能电容电流测试装置，包括环境监测模块、控制模块、扫频信号发生模块、液晶显示模块、信号采集模块、存储模块、电源及开关模块。
所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器、湿度传感器连接控制模块，所述控制模块分别连接液晶显示模块、存储模块、打印机模块；
所述控制模块连接信号采集模块，信号采集模块用于实时对采样电阻两端的电压进行采样，并将采样结果发送给控制模块。
所述扫频信号发生模块包括IGBT模块、IGBT驱动电路，控制模块连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接IGBT模块，IGBT驱动电路对IGBT模块的门极进行控制，将直流电压信号转变为频率可变的方波信号，从而送到扫频信号发生模块输出端，对配电系统进行测试。
所述控制模块采用高性能的Cortex-M3内核的STM32F103单片机作为主控芯片，工作频率最高可达72MHz，其丰富的增强I/O端口可配置成多种工作模式，且内部资源非常丰富，不仅有常用的定时器、ADC、USART等模块，还集成有USB、CAN、FSMC等高级外设模块。STM32F103单片机供电范围从2V到3.6V，为了确保低功耗设计，芯片可以根据需要开启外设时钟并可配置为待机模式。
由图1装置的结构图可知，变频信号是由IGBT模块产生的，IGBT驱动电路是由STM32F103单片机的最小系统来控制的，利用STM32F103单片机的通用定时器功能，产生方波信号送到IGBT驱动电路的4路控制端，然后由IGBT驱动电路来驱动IGBT模块产生可变的方波信号，从而送到扫频信号输出端，对配电系统进行测试。当系统处于测试状态时，对谐波频率的判断是由信号采集电路和控制电路来完成的，测试期间信号采集模块会实时的对采样电阻Rm两端的电压进行采样，并将采样结果发送给单片机，当系统采集到了谐振频率点时，单片机会通过采样值进一步进行运算，来算出对应的电容值和电流值，并且将测试的结果发送到液晶显示模块上进行显示。液晶显示模块的驱动IC采用ILI9320芯片。
由于环境的温度和湿度对系统的电容电流产生影响，为了更好的对测量的数值进行记录和分析，本实用新型装置还包括温度传感器和湿度传感器。当本实用新型装置处于开机状态时，液晶显示模块上会实时的显示出当前的温度和湿度信息。液晶显示模块采用带触摸功能的液晶屏，用触摸方式取代按键输入方式，更加灵活。
温度传感器和湿度传感器采用DHT22数字温湿度传感器，该传感器连接方法极为简单，精度高，传输速率快。
为了实现对测试数据的保护，本实用新型装置设计了TF存储卡电路，当测试完成后，可以将测得的系统电容电流值、当前的温度、湿度以及当前时间等信息保存在TF卡中，当用户要对测试的结果进行查看时，可以开机将存储的信息读出来进行查看。所述TF卡方便拆卸，且易于电脑连接，方便便捷。
为了输出测试报告的方便，本实用新型装置加装打印机模块，当测试完成后，可以点击屏幕的打印按钮对测试结果进行打印。本实用新型装置所述打印机为微型打印机，宽度小于84mm，型号为RDE系列。
电源及开关模块包括逻辑电源部分和扫描电源部分，两路电源都是由220V交流电压转换得到的，逻辑电源部分主要供给以单片机为核心的逻辑控制电路，扫频电源部分主要供给扫频信号产生所需要的工作电源和扫频模块驱动电路所需的工作电源。电源模块由扫频信号电源模块和逻辑电路供电模块两个部分组成。扫频信号电源模块需要为扫频信号发生电路提供稳定的直流311V电压，而逻辑电路供电模块需要为以单片机为核心的逻辑控制及信号采集电路提供稳定的12V和3.3V电压。由于扫频信号电源模块需要提供稳定的311V直流电压，因此需要用AC/DC变换电路，将交流220V电压转换成直流311V电压。本设计中，采用GBJ2510桥式整流模块将交流220V转换成311V直流电压，再经过大容量电容滤波器滤波，得到平滑稳定的直流电压。逻辑电路供电模块需要为逻辑电路和IGBT驱动模块提供稳定的电源，因此需要输出12V和3.3V两路电源。为此，采用PWM开关电源模块为IGBT驱动模块提供12V直流电压。再利用AMS1117-3.3V高效率线性稳压器模块将12V转换成单片机核心控制模块需要的3.3V。
扫频信号发生模块主要由IGBT模块和IGBT驱动电路两部分组成。利用IGBT驱动电路对IGBT模块的门极进行控制，可以将直流电压信号转变为频率可变的方波信号。IGBT驱动电路是通过单片机来控制的，单片机通过编程来对IGBT驱动电路进行调节，则可以改变IGBT模块的触发频率，从而得到任意频率的扫频信号，扫频信号的幅度与直流电压的幅度是相等的。扫频信号通过限流电阻、采样电阻和隔离变压器等器件来注入到消弧线圈上，从而实现对整个电力系统的测量。
本实用新型装置的IGBT模块选用GD100HFL120CIS大功率集成单相桥式逆变模块。IGBT模块是具有高速开关特性和低通态电压特性的电力半导体器件。IGBT模块的驱动芯片选用IR21844型号的驱动集成电路芯片，该芯片是一种双通道、高速率的栅极驱动模块，芯片内置高度集成的电平转换技术，使得驱动电路的可靠性大大提高，并使得外接驱动电源数量大大减少。
采用上述结构，本实用新型一种配网传输系统智能电容电流测试装置，通过利用扫频法测量电容电流，通过消弧线圈二次侧向配电网注入频率可变的信号使得消弧线圈和母线对地电容发生并联谐振，找到系统谐振频率，通过本实用新型装置的控制模块综合分析处理系统对地的电容电流数值。
本实用新型装置通过扫频法不用考虑PT的接线方式，同时在整个测试过程中是在配电系统的二次侧进行的，安全性也能够有所保障。扫描系统由扫频电源和采样电阻组成，安装在消弧线圈上的电压互感器二次侧，通过对电阻电压值的判断可以找出谐振频率。
Claims (7)
1.配网传输系统智能电容电流测试装置，包括环境监测模块、控制模块、扫频信号发生模块、液晶显示模块、信号采集模块、存储模块、电源及开关模块；其特征在于：所述环境监测模块包括温度传感器、湿度传感器，所述温度传感器、湿度传感器连接控制模块，所述控制模块分别连接液晶显示模块、存储模块、打印机模块；
所述控制模块连接信号采集模块，信号采集模块用于实时对采样电阻两端的电压进行采样，并将采样结果发送给控制模块；
所述扫频信号发生模块包括IGBT模块、IGBT驱动电路，控制模块连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路连接IGBT模块，IGBT驱动电路对IGBT模块的门极进行控制，将直流电压信号转变为频率可变的方波信号，从而送到扫频信号发生模块输出端，对配电系统进行测试。
2.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述采样电阻、扫频信号发生模块安装在消弧线圈上的电压互感器二次侧。
3.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述电源及开关模块包括扫频信号电源模块、逻辑电路供电模块；
扫频信号电源模块，用于为扫频信号发生模块提供稳定的直流311V电压；
逻辑电路供电模块，用于为控制模块为核心的逻辑控制及信号采集电路提供稳定的12V和3.3V电压；
扫频信号电源模块包括AC/DC变换电路，将交流220V电压转换成直流311V电压；
逻辑电路供电模块包括PWM开关电源模块，为IGBT驱动电路提供12V直流电压，再利用AMS1117-3.3V线性稳压器模块将12V转换成控制模块需要的3.3V。
4.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述IGBT模块采用GD100HFL120CIS大功率集成单相桥式逆变模块；IGBT驱动电路采用IR21844型号的驱动集成电路芯片。
5.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述控制模块包括Cortex-M3内核的STM32F103单片机。
6.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述存储模块采用TF卡。
7.根据权利要求1所述配网传输系统智能电容电流测试装置，其特征在于：所述打印机模块为RDE系列打印机。
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