CN216413926U - 一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪，包括：消弧线圈、接地变压器、补偿单元、主控制器和测试单元，消弧线圈的一次侧通过接地变压器与配电网中的变电站母线连接，消弧线圈的二次侧通过补偿单元与主控制器的输出端连接，测试单元包括电流传感器、投切电容和中性点位移电压传感器，投切电容串联连接在母线引出的其中一个相线中，用于通过投切电容来模拟配电网单相接地故障时的容性电流，主控制器用于根据采集的电容电流与设定的标准电容电流进行比较，计算得到补偿电流，并通过补偿单元调节消弧线圈的感性电流，还用于通过中性点位移电压传感器采集的中性点电压测试消弧效果。本申请大大提高了消弧效果测试的精确度。

Description

一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪

技术领域

本实用新型涉及消弧圈技术领域，具体为一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪。

背景技术

随着电压等级的提高、电网规模的扩大以及输电距离的增加，电网的安全与可靠运行已经成为人们重点的关注对象。电网运行中经常发生的故障就是单相接地故障，单相接地故障发生后，可能发生间歇性弧光接地，造成谐振过电压，产生几倍于正常电压的过电压，过电压将进一步使线路上的绝缘子绝缘击穿，造成严重的短路事故，同时可能烧毁部分配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁，也可能发生电气火灾。对于导线落地这一类单相接地故障，如果接地配电线路未停运，对于行人和线路巡视人员(特别是夜间)，可能发生人身触电伤亡事故，也可能发生牲畜触电伤亡事故。

因此在配电网的线路上都设置有消弧线圈，消弧线圈的主要用途是维护电网的安全稳定运行，它能够施加一个电感电流对整个电网中的电容电流进行补偿，从而极大的降低了故障点处对地流过的电流，使得接地电弧能够迅速熄灭，阻止故障的进一步扩大，恢复电网的正常运行。

由于消弧线圈长期运行之后，其运行状态可能存在偏差，导致整个电力系统得不到正确的补偿，从而使得故障范围扩大，因此需要对消弧线圈的运行状态进行校验、测试，以检验其是否运行正常。

目前，消弧线圈自动补偿装置的现场校验主要采用继电保护测试仪。但因为继电保护测试仪输出的容性电流是通过电压电流信号移相得到，无法完全模拟线路出现接地故障时电网对地真实的容性电流和其它混合电流，进而无法精确验证消弧线圈自动补偿装置的消弧效果。

因此本申请提供了一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种消弧线圈自动补偿装置测试电路及测试仪，旨在解决无法完全模拟线路出现接地故障时电网对地真实的容性电流和其它混合电流，进而无法精确验证消弧线圈自动补偿装置的消弧效果的问题。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，包括：消弧线圈、接地变压器、补偿单元、主控制器和测试单元，所述消弧线圈的一次侧通过所述接地变压器与配电网中的变电站母线连接，所述消弧线圈的二次侧通过所述补偿单元与所述主控制器的输出端连接，所述测试单元包括电流传感器、投切电容和中性点位移电压传感器，所述投切电容串联连接在所述母线引出的其中一个相线中，用于通过投切电容来模拟配电网单相接地故障时的容性电流，所述电流传感器用于采集投切电容两端的电容电流，并发送给所述主控制器，所述中性点位移电压传感器用于采集所述母线中性点的位移电压，并传输给所述主控制器，所述主控制器用于根据采集的电容电流与设定的标准电容电流进行比较，计算得到补偿电流，并通过所述补偿单元调节所述消弧线圈的感性电流，还用于通过中性点位移电压传感器采集的中性点电压测试消弧效果。

可选地，所述消弧线圈采用电控无级连续可调消弧线圈。

可选地，所述接地变压器与所述母线之间还串联有继电开关。

可选地，所述投切电容由多个电容开关组并联组成，每个电容开关组由电容和投切开关串联组成。

可选地，所述补偿单元包括压控增益放大器、D/A转换器和直流励磁电流发生器组成，所述D/A转换器的输入端连接所述主控制器的输出端，所述D/A转换器的输出端连接所述压控增益放大器的第一输入端，所述直流励磁电流发生器连接所述压控增益放大器的第二输入端，所述压控增益放大器的输出端连接所述消弧线圈的二次侧。

可选地，所述电流传感器采用隔离电流传感器。

可选地，所述电流传感器与所述主控制器之间依次串联有功率放大器和A/D转换器。

可选地，所述主控制器采用LPC系列的ARM芯片。

第二方面，本申请提供一种消弧线圈自动补偿装置测试仪，包括仪器外壳和安装在所述仪器外壳内的如第一方面任一所述的消弧线圈自动补偿装置测试电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过切换投切开关来调节投切电容的数值，使其模拟接地时的容性电流，此时相当于单相接地，通过投切电容可以设置多个数值的电容，可调范围较大，能够更加接近于真实的接地时的容性电流，测试的效果更加准确。通过电流传感器采集单相接地时的电流，并将该电流值信号经过放大、模数转换后发送给主控制器，主控制器将其与设定的正常工作时的电容电流进行比较，计算补偿电流，并将计算的补偿电流信号经过数模转换后发送给压控增益放大器，压控增益放大器根据补偿电流及直流励磁电流发生器产生的直流励磁电流进行补偿处理后传递给消弧线圈，为消弧线圈提供校正后的直流励磁电流，改变消弧线圈的铁芯的磁阻，进而改变消弧线圈电抗值的，达到补偿电容电流的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路的示意图。

其中，1、母线；2、继电开关；3、接地变压器；4、消弧线圈；5、主控器；6、投切电容；7、电流传感器；8、中性点位移电压传感器；9、功率放大器；10、A/D转换器；11、直流励磁电流发生器；12、D/A转换器；13、压控增益放大器；14、用户负载。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本申请实施例开展之前，对本申请实施方案涉及到的一些技术进行说明。首先对消弧线圈的工作原理进行说明，当电力系统配电线路的单相出现接地短路故障时，流经消弧线圈的电感电流与电容电流相加为流过短路接地点的电流，电感和电容上的电流相位相差180度，相互补偿。当两电流的量值小于发生电弧的最小电流时，电弧就不会发生，也不会出现谐振过电压现象。10-66KV电压的等级下的电力线路多属于这种情况。

其次，中性点位移电压是指在三相电力系统中，三个相得中性点的电压。电网正常稳态运行时中性点位移电压为0或不超过相电压的15％。

投切电容是指通过投切装置开调节电容大小的装置。投切装置即投入和切除电容的装置。

压控增益放大器是增益受电压控制的放大器。

如图1所示，本申请提供一种消弧线圈4自动补偿装置测试电路，包括：消弧线圈4、接地变压器3、补偿单元、主控制器和测试单元，所述消弧线圈4的一次侧通过所述接地变压器3与配电网中的变电站母线1连接，所述消弧线圈4的二次侧通过所述补偿单元与所述主控制器的输出端连接，所述测试单元包括电流传感器7、投切电容6和中性点位移电压传感器8，所述投切电容6串联连接在所述母线1引出的其中一个相线中，其中，母线共引出三个相线，三个相线连接用户负载14，用于通过投切电容6来模拟配电网单相接地故障时的容性电流，所述电流传感器7用于采集投切电容6两端的电容电流，并发送给所述主控制器，所述中性点位移电压传感器8用于采集所述母线1中性点的位移电压，并传输给所述主控制器，所述主控制器用于根据采集的电容电流与设定的标准电容电流进行比较，计算得到补偿电流，并通过所述补偿单元调节所述消弧线圈4的感性电流，还用于通过中性点位移电压传感器8采集的中性点电压测试消弧效果。

可选地，所述消弧线圈4采用电控无级连续可调消弧线圈4，基本工作原理是通过对消弧线圈4施加直流励磁电流，改变铁芯的磁阻，从而改变消弧线圈4电抗值的目的，它可以带高压以毫秒级的速度调节电感值。

可选地，所述接地变压器3与所述母线1之间还串联有继电开关2。

一般地，通过脱谐度V来表征消弧线圈4的消弧能力，在没有发生接地故障时，脱谐度V要小于最小阈值，最好为0，这样系统的运行最稳定，因此通过设置继电开关2，当没有发生接地故障时，断开继电开关2，这样消弧线圈4处于关闭状态，脱谐度为0，此时系统运行稳定，当发生接地故障时，闭合继电开关2，通过消弧线圈4来消除接地短路发生的电弧。

可选地，所述投切电容6由多个电容开关组并联组成，每个电容开关组由电容和投切开关串联组成。

在本申请实施例中，通过自动切换投切开关来调整投切电容6的电容值，使其模拟相线接地时的电容电流，通过投切电容6可以设置多个数值的电容，可调范围较大，能够更加接近于真实的接地时的容性电流，测试的效果更加准确。

可选地，所述补偿单元包括压控增益放大器13、D/A转换器12和直流励磁电流发生器11组成，所述D/A转换器12的输入端连接所述主控制器的输出端，所述D/A转换器12的输出端连接所述压控增益放大器13的第一输入端，所述直流励磁电流发生器11连接所述压控增益放大器13的第二输入端，所述压控增益放大器13的输出端连接所述消弧线圈4的二次侧。

在本实施例中，压控增益放大器13可以采用VCA888芯片，VCA888是一款直流耦合、带宽线性放大器，通过改变控制电压能够连续改变放大倍数。

在一个示例中，直流励磁电流发生器11可以采用直流励磁发电机，励磁方式为他励。

可选地，所述电流传感器7采用隔离电流传感器7。

可选地，所述电流传感器7与所述主控制器之间依次串联有功率放大器9和A/D转换器10。

可选地，所述主控制器采用LPC系列的ARM芯片。

工作原理：

通过切换投切开关来调节投切电容6的数值，使其模拟接地时的容性电流，此时相当于单相接地，通过电流传感器7采集单相接地时的电流，并将该电流值信号经过放大、模数转换后发送给主控制器，主控制器将其与设定的正常工作时的电容电流进行比较，计算补偿电流，并将计算的补偿电流信号经过数模转换后发送给压控增益放大器13，压控增益放大器13根据补偿电流及直流励磁电流发生器11产生的直流励磁电流进行补偿处理后传递给消弧线圈4，为消弧线圈4提供校正后的直流励磁电流，改变消弧线圈4的铁芯的磁阻，进而改变消弧线圈4电抗值的，达到补偿电容电流的目的。

并通过采集中性点的位移电压来判断是否补偿正确，如果中性点的位移电压为0或者没有超过故障相电压的15％，则说明消弧效果良好，补偿正确。

第二方面，本申请提供一种消弧线圈自动补偿装置测试仪，包括仪器外壳和安装在所述仪器外壳内的如第一方面任一所述的消弧线圈自动补偿装置测试电路。

以上仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，包括：消弧线圈、接地变压器、补偿单元、主控制器和测试单元，所述消弧线圈的一次侧通过所述接地变压器与配电网中的变电站母线连接，所述消弧线圈的二次侧通过所述补偿单元与所述主控制器的输出端连接，所述测试单元包括电流传感器、投切电容和中性点位移电压传感器，所述投切电容串联连接在所述母线引出的其中一个相线中，用于通过投切电容来模拟配电网单相接地故障时的容性电流，所述电流传感器用于采集投切电容两端的电容电流，并发送给所述主控制器，所述中性点位移电压传感器用于采集所述母线中性点的位移电压，并传输给所述主控制器，所述主控制器用于根据采集的电容电流与设定的标准电容电流进行比较，计算得到补偿电流，并通过所述补偿单元调节所述消弧线圈的感性电流，还用于通过中性点位移电压传感器采集的中性点电压测试消弧效果。

2.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述消弧线圈采用电控无级连续可调消弧线圈。

3.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述接地变压器与所述母线之间还串联有继电开关。

4.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述投切电容由多个电容开关组并联组成，每个电容开关组由电容和投切开关串联组成。

5.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述补偿单元包括压控增益放大器、D/A转换器和直流励磁电流发生器组成，所述D/A转换器的输入端连接所述主控制器的输出端，所述D/A转换器的输出端连接所述压控增益放大器的第一输入端，所述直流励磁电流发生器连接所述压控增益放大器的第二输入端，所述压控增益放大器的输出端连接所述消弧线圈的二次侧。

6.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述电流传感器采用隔离电流传感器。

7.根据权利要求1或6所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述电流传感器与所述主控制器之间依次串联有功率放大器和A/D转换器。

8.根据权利要求1所述的一种消弧线圈自动补偿装置测试电路，其特征在于，所述主控制器采用LPC系列的ARM芯片。

9.一种消弧线圈自动补偿装置测试仪，其特征在于，包括仪器外壳和安装在所述仪器外壳内的如权利要求1-8任一所述的消弧线圈自动补偿装置测试电路。

Images