CN210665864U - 一种高压电网单相接地电容电流测试装置 - Google Patents

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宋宪旺
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刘磊
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陈明明
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Abstract

本实用新型公开了一种高压电网单相接地电容电流测试装置，目的是提供一种造价低、结构紧凑、维护方便、便于携带、便于现场使用，用于高压电网电容电流测试的一种仪器装置。本装置包括：电阻器、电流互感器、智能电流变送器、测试主机、智能电压变送器、电压互感器，高压电网三相线通过高压断路器与电阻器、电流互感器依次连接，电流互感器二次侧与智能电流变送器、测试主机依次连接；高压电网三相通过高压断路器与电压互感器连接，电压互感器二次侧连接有两个智能电压变送器，两个智能电压变送器将电压信号传送给测试主机，两个智能电压变送器所连接的二次侧分别为星形接线、三角形接线。

Description

一种高压电网单相接地电容电流测试装置
技术领域
本发明涉及一种工矿企业电网单相接地电容电流测试仪器。
背景技术
目前，我国配电系统的电源中性点一般是不直接接地的，所以当线路单相接地时，流过故障点的电流实际是线路对地电容产生的电容电流。我国的电力规程规定当10kV和35kV系统电容电流分别大于30A和10A时，应装设消弧线圈以补偿电容电流。
煤矿安全规程要求：矿井6000V及以上高压电网，必须采取措施限制单相接地电容电流，生产矿井不超过20A，新建矿井不超过10A。
目前非常流行的电容电流测试方法为：异频信号注入法，此方法不和一次侧高压相接触，只是用仪器直接在电压互感器二次开口三角处进行测量，很安全，很方便，但是此方法有一定的局限性，不能测量经消弧线圈补偿后的电容电流。
发明内容
本发明目的是提供一种造价低、结构紧凑、维护方便、便于携带、便于现场使用，用于高压电网电容电流测试的一种仪器装置；使其测量范围宽，能够解决目前所广泛采用的异频信号注入测量法的不足，除了可以应用在中性点不接地系统外，还可以用在中性点经消弧线圈接地系统，及中性点经高阻接地系统等各种小接地电流系统之中。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种高压电网单相接地电容电流测试装置，本装置包括：电阻器、电流互感器、智能电流变送器、测试主机、智能电压变送器、电压互感器，高压电网三相线通过高压断路器与电阻器、电流互感器依次连接，电流互感器二次侧与智能电流变送器、测试主机依次连接；
高压电网三相通过高压断路器与电压互感器连接，电压互感器二次侧连接有两个智能电压变送器，两个智能电压变送器将电压信号传送给测试主机，两个智能电压变送器所连接的二次侧分别为星形接线、三角形接线；
测试主机采用ARM公司的通用单片机，配合电平转换芯片与两个智能电压变送器、一个智能电流变送器通讯，并将结果输出，实时显示在液晶显示屏上。
根据所述高压电网单相接地电容电流测试装置，所述高压断路器其采用KYN28-12型号的断路器，电阻器阻值为2000Ω，功率为6kW，耐压10kV。
根据所述高压电网单相接地电容电流测试装置，所述电流互感器采用精度0.5级，变比为10:1的LZZBJ9-12型互感器；智能电流变送器采用可采样范围是0-5A，精度为0.5级，通过485总线和主机进行通讯的MEICOM-MIDJI-5型号变送器。
根据所述高压电网单相接地电容电流测试装置，所述电压互感器采用DJZ-10型号互感器；智能电压变送器采用MEICON-MKIDJV-200型号变送器，通过485总线和主机进行通讯。
根据所述高压电网单相接地电容电流测试装置，
所述测试主机采用ARM通用单片机STM32F103，自带RS-485总线接口，通过MAX485电平转换芯片与两个智能电压变送器、一个智能电流变送器通讯，单片机将结果实时显示在液晶显示屏上。
本发明技术方案具有以下特点：本装置优点如下：
1、本装置所需外围元器件不多，设计可靠其中：导线截面积按20A电流来选择；电流互感器1个，精度0.5级，变比为20:1；电压互感器2个，精度0.5级，变比为20:1；电阻R，阻值为2000Ω，功率为6kW，耐压10kV，用4个1.5kW，500Ω电阻串联来实现。
2、本装置主机自备充电电池，一次充电可以使用1个月；结构小巧，携带方便；维护保养简单，结构紧凑、造价低。
附图说明
图1为高压电网单相接地电容电流测试装置原理图。
图2为主机和各模块连接方框图。
图3RS-485总线电路原理图。
图4单片机电路图。
图5LED显示器电路图。
附图中：1、电流互感器；2、电阻器；3、智能电压变送器1；4、智能电压变送器2；5、智能电流变送器；6、测试主机。
具体实施方式
本装置设计的理论依据分析如下：
测试装置所依据的公式为：
Figure DEST_PATH_GDA0002420688330000021
其中：
I容——电网单相接地电容电流，单位A；
I地——电网单相接地电流，单位A；
Ua′b′-R——电网经电阻R接地时电压互感器二次侧的线电压，单位V；
ULN-R——电网经电阻R接地时电压互感器二次侧开口三角的电压，单位V；
I地-R——电网经电阻R接地时流经电阻R的电流，单位A。
对于矿井6～10kV单相接地电流以电容电流为主，绝缘电阻的影响很小，可采用上式进行简单计算。理论推导如下：在小电流接地系统：包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经高阻接地。单相金属性接地时零序电压和接地电流的关系都满足下式：
ULN′＝I地×|Z0| (1)
其中：——系统的等效零序阻抗，Ω；
ULN′——系统直接接地时系统的开口三角电压，V，一般为100V；
当经电阻R接地时则满足：ULN-R＝I地-R×|Z0| (2)
令式(1)除以(2)可得：
Figure DEST_PATH_GDA0002420688330000031
式(3)中：
I地-R——电网经电阻R接地时流经电阻R的电流，单位A；
ULN-R——电网经电阻R接地时电压互感器二次侧开口三角的电压，单位V；
ULN′——电网直接接地时电压互感器二次侧开口三角的电压，该数值与电压互感器二次侧线电压的数值相同，一般为100V。
由于实际测量时电网不一定恰好在额定电压下运行，应考虑实际电压的波动情况，即采用电压互感器二次侧线电压的测量值，因此可用以下公式：
Figure DEST_PATH_GDA0002420688330000032
由上述分析可见：在本方法中电阻R不参与计算，因此其参数的变化对测量的精度基本无影响。以上就是本测量方法的理论依据。
本装置包括：电阻器、电流互感器、智能电流变送器、测试主机、两个智能电压变送器、电压互感器。高压电网(6000V及以上高压电网)中的三相线通过高压断路器与电阻器、电流互感器依次连接，电流互感器的二次侧与智能电流变送器、测试主机依次连接；高压电网的三相通过断路器与电压互感器连接，电压互感器二次侧连接有两个智能电压变送器，两个智能电压变送器将电压信号传送给测试主机。两个智能电压变送器所连接的二次侧分别为星形接线、三角形接线。
其中，高压断路器主要用于接通或断开电阻器，或者用来测试其它两相的电容电流，其采用KYN28-12型号的断路器，也可以采用额定电压不小于10KV的高压断路器，其额定电流不小于50A。
电阻器的阻值为2000Ω，功率为6kW，耐压10kV，用4个1.5kW，500Ω电阻串联来实现。电流互感器主要用于测试单相经电阻器接地的电流，优选采用LZZBJ9-12型互感器，其精度0.5级，变比为10:1；电压互感器2个，精度0.5级，变比为10000：100。
智能电流变送器用于实现将模拟电压信号转换成数字信号，优选采用MEICOM-MIDJI-5型号的变送器。智能电流变送器是通用型的电流变送器，可采样范围是0-5A，精度为0.5级，通过485总线和主机进行通讯。
一次侧的电阻器接地，电流互感器把大电流变换成小电流信号，由智能电流变送器转换成数字信号，再经485总线最后传送到测试主机。电网电压通过电阻器接地取得一个电流，此电流和电网实际对地电容电流成线性关系。
电压互感器用于取样测量高压电网的电压，采用DJZ-10型号互感器。
智能电压变送器用于将模拟电压信号转换为数字信号，然后传送给测试主机。智能电压变送器是通用型电压变送器，优选采用MEICON-MKIDJV-200型号变送器，可采样范围是0- 200V,精度为0.5级，通过485总线和主机进行通讯。两个智能电压变送器为相同的功能模块。
测试主机采用ARM公司的通用单片机，型号为STM32F103，自带RS-485总线接口，配合MAX485电平转换芯片与两个智能电压变送器、一个智能电流变送器通讯，按照公式计算方法自动计算，并将结果实时显示在LED上。上述测试主机电路，采用常规的测试电路方案。
如图2所示，测试主机包括电源模块、锂电池、RS-485总线接口、LED显示屏(液晶显示屏)。市电经过电源模块转换为低压直流电源，用于为仪器内置锂电池充电和各模块供电。当没有市电供电时候，锂电池直接向单片机模块、液晶显示屏、各个变送器等各模块供电。单片机模块和LED显示屏(液晶显示屏)连接，将测试结果输出至显示屏。
本发明技术方案具有以下特点：
1、本发明提供一种造价低、结构紧凑、维护方便、便于携带、便于现场使用，用于高压电网电容电流测试的一种仪器装置。
2、本装置主机自备充电电池，一次充电可以使用1星期左右，结构小巧，携带方便；维护保养简单，结构紧凑、造价低。
3、本装置所需外围元器件不多，设计可靠，其中各连接导线截面积按20A电流来选择；电流互感器1个，精度0.5级，变比为10:1；电阻R阻值为2000Ω，功率为6kW，耐压10kV，用4个1.5kW，500Ω电阻串联来实现。
该装置的使用方法如下。
1了解被测试电网的运行情况,做好前期的安全准备和安全技术措施,最好是在电网进行过电气预防性试验后进行。
2检查仪器设备，正确连接测试仪器的测试线路。
3将备用高压开关的一相经专用测试电阻接地，中间串接智能电流变送器，然后连接到主机。
4将电压互感器二次侧电压经智能电压变送器连接到测试主机。
5将电压互感器开口三角电压经智能电压变送器连接到测试主机。
6各项准备结束后，开始测试,等数据稳定后即可结束测试,非常方便。

Claims (5)

1.一种高压电网单相接地电容电流测试装置，其特征在于：
本装置包括：电阻器、电流互感器、智能电流变送器、测试主机、智能电压变送器、电压互感器，高压电网三相线通过高压断路器与电阻器、电流互感器依次连接，电流互感器二次侧与智能电流变送器、测试主机依次连接；
高压电网三相通过高压断路器与电压互感器连接，电压互感器二次侧连接有两个智能电压变送器，两个智能电压变送器将电压信号传送给测试主机，两个智能电压变送器所连接的二次侧分别为星形接线、三角形接线；
测试主机采用ARM公司的通用单片机，配合电平转换芯片与两个智能电压变送器、一个智能电流变送器通讯，并将结果输出，实时显示在液晶显示屏上。
2.根据权利要求1所述高压电网单相接地电容电流测试装置，其特征在于：所述高压断路器其采用KYN28-12型号的断路器，电阻器阻值为2000Ω，功率为6kW，耐压10kV。
3.根据权利要求1所述高压电网单相接地电容电流测试装置，其特征在于：所述电流互感器采用精度0.5级，变比为10:1的LZZBJ9-12型互感器；智能电流变送器采用可采样范围是0-5A，精度为0.5级，通过485总线和主机进行通讯的MEICOM-MIDJI-5型号变送器。
4.根据权利要求1所述高压电网单相接地电容电流测试装置，其特征在于：所述电压互感器采用DJZ-10型号互感器；智能电压变送器采用MEICON-MKIDJV-200型号变送器，通过485总线和测试主机进行通讯。
5.根据权利要求1所述高压电网单相接地电容电流测试装置，其特征在于：所述测试主机采用ARM通用单片机STM32F103，自带RS-485总线接口，通过MAX485电平转换芯片与两个智能电压变送器、一个智能电流变送器通讯，单片机将结果实时显示在液晶显示屏上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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