CN2802517Y - 利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置。它解决了目前在供配电系统中，跟踪补偿效果差，不易找出接地点的问题，具有结构简单，使用效果好等优点。它由信号发生器、信号处理控制器、定位探测器组成，信号发生器与信号处理控制器联接，输出端与消弧线圈二次侧联接，通过消弧线圈向电网注入信号电流；信号处理控制器与电网母线零序互感器CT和母线PT开口三角N－L端联接，提取信号发生器注入电网的电流信号和电压信号，调整消弧线圈的补偿电感量；电网接地后，母线PT的开口三角N－L两端电压突变为线电压，信号处理控制器停止补偿，选定接地相并再次启动向电网注入信号电流，信号探测器对该注入信号电流寻踪定位。

Description

利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置

技术领域

本实用新型涉及一种供配电系统中自动跟踪补偿和接地时选线定位的保护装置。

背景技术

消弧线圈的自动跟踪补偿技术，又称为谐振接地技术，是近年来出现的一项新兴技术。它应用于6～66kV供配电系统中，利用电感量可调的消弧线圈对系统接地电容电流进行跟踪补偿，使接地零序电流的量值大大减小，(小于补偿前的10％)从而保证电网的稳定运行，该项技术是提高电力系统供电的可靠性、安全性减少经济损失的重要手段。目前国内外对该项技术的研究，主要集中在消弧线圈的调感方式方面，已经发展出了抽头调节式、气隙调节式、助磁调节式、并联电容调节式和利用电力电子技术调节等几种调感方式。而在电容电流的跟踪测量方式方面，虽然有一些研究，提出了节点方程法、状态比较法、相角控制法、变频信号法等一些算法，但使用的效果都不是十分理想，算法比较复杂、计算精度较差，从而导致跟踪补偿的效果较差。

接地选线定位技术，是在系统出现不能自动消除的永久性故障时，自动找出接地的线路，自动或手动地找到接地点的位置，以便及时修复和处理，它也是提高供电可靠性、减少接地故障经济损失的重要技术手段。

目前这两项技术均已经在一定范围内得到应用，但应用的效果并不十分理想，跟踪补偿技术中的主要问题是无法精确地估算、测量出接地电流，从而难以得到理想的补偿效果。选线定位的主要问题是选线准确率不高、多数装置尚不具备接地定位功能。国内外目前采用的方法大多为零序电流法、零序方向法、暂态分量法和有功分量法等，它们的共同特点就是都是直接利用接地故障所引起的电气量的变化来实现接地选线。但是在小电流接地系统中，特别是采用消弧线圈跟踪补偿以后，系统单相接地时并没有十分明显的故障特征，可用的信息量非常少，用上述方法构成的选线保护难以保证有较高的正确选线率，也无法实现接地点的测距、定位。

发明内容

本实用新型就是为了解决上述问题，提供一种通过消弧线圈进行自动跟踪补偿并能在电网接地时选线定位的装置，它可迅速检测出接地故障线路和故障点，从而降低接地故障损失。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：它由信号发生器、信号处理控制器、定位探测器组成，其中所述信号发生器与所述信号处理控制器联接，其信号输出端与消弧线圈的二次侧联接，通过消弧线圈向电网注入信号电流；所述信号处理控制器分别与电网母线零序互感器CT和母线PT的开口三角N-L端联接，分别提取信号发生器注入电网的电流信号I和电压信号V，以控制调整消弧线圈的补偿电感量；电网发生接地后，母线PT的开口三角N-L两端电压突变为线电压，信号处理控制器停止对消弧线圈的补偿控制，选定接地相并再次启动向电网注入信号电流，信号探测器对该注入信号电流寻踪定位。

所述信号发生器由电源整流模块、PWM脉宽调制模块和功率放大输出模块组成，它的PWM脉宽调制模块与消弧线圈二次侧和信号处理控制器联接；PWM脉宽调制模块产生一基波频率f处于工频的n次谐波与n+1次谐波之间的信号电流，实时地通过功率放大模块将该信号电流送入消弧线圈二次侧。

所述信号处理控制器包括由DSP芯片、单片机组成的信号处理器、消弧线圈电感量控制器和信号检测回路；其中，DSP芯片与电网母线零序互感器CT和母线PT的开口三角N-L端联接，组成信号检测回路，并将采集的电流信号I和电压信号U进行数字滤波和全周傅氏运算，并将计算所得的分布电容值结果送到单片机；单片机将分布电容值和消弧线圈的电感值比较计算，通过消弧线圈电感量控制器调整消弧线圈的补偿电感量，使电网处于略显感性的临界谐振状态；在电网发生接地后，单片机根据采集的电压信号，控制信号发生器的信号输出。

所述定位探测器为手持式，由DSP芯片数字过滤模块、直流电源模块、接受天线、信号放大模块、信号显示模块组成，其接受天线接受电网中注入信号电流产生的无线信号，将其送入DSP芯片数字过滤模块，由DSP芯片数字过滤模块对信号进行分析计算寻踪定位。

所述单片机型号为P89CC61X2AB；所述DSP芯片型号为TMS320VC5402。

本实用新型利用了消弧线圈的补偿作用，通过信号器向其注入信号电流进行检测实现的了补偿电流的自动跟踪和实时调整，利用定位探测器可即时确定故障点。其有益效果为：(1)通过将跟踪补偿控制和接地选线定位一体化，将原来两套装置才能完成的功能由一套装置来完成，从而可以简化变电站的二次设计，减少占地面积和设备投资；(2)信号从消弧线圈的二次线圈注入，无需增加专用的辅助设备，对现有一、二次电气设备的运行也不会产生影响；(3)整个装置具有比较完善的自检手段，自身工作的可靠性较高。在中压配电网络采用自动跟踪补偿技术后，电容电流测量误差小于2％；补偿残余电流小于2A；选线正确率100％；定位误差小于10米；电源功耗小于200W；电源电压范围180V～240V。该装置可使大多数的瞬时性接地故障自动消除，从而使接地故障的次数大为减小(瞬时性故障占故障总数的80％以上)，接地故障造成的经济损失大幅度降低，采用自动选线和定位技术后，可使永久性接地故障的处理速度大为加快，故障停电时间缩短，也可较大幅度地降低故障损失。中等规模的供电企业采用该两项技术后，每年可减少接地损失可达数百万元。

附图说明

图1为本实用新型工作原理图；

图2为本实用新型的信号器原理图；

图3为信号处理器中单片机原理图；

图4为信号处理器中DSP芯片的原理图；

图5信号检测回路原理图；

图6为继电器控制回路原理图；

图7为定位探测器原理图。

具体实施方式

图1中，电网经消弧线圈4接地，消弧线圈4为电感可调式，其二次侧与信号发生器1联接，信号发生器1原理图如图2所示，它包括电源整流模块5、PWM脉宽调制模块6和功率放大输出模块7组成，其中PWM脉宽调制模块6与消弧线圈4的二次侧和信号处理控制器2联接；PWM脉宽调制模块6产生一基波频率f处于工频的n次谐波与n+1次谐波之间的信号电流，实时的通过功率放大输出模块7将注入电网。

信号处理控制器2包括由DSP芯片和单机机组成的信号处理器8、消弧线圈电感量控制器9、信号检测回路10，如图3、图4、图5、图6所示。其中，信号处理器8由DSP芯片和单片机组成，两者通过I2C总线进行数据交换，如图3、图4所示，型号为TMS320VC5402的DSP芯片通过信号检测电路16与电网母线零序互感器CT端联接，单片机经信号检测电路16与母线PT的开口三角N-L端联接，两检测电路16共同组成信号检测回路10，如图5所示，检测电路16由数量与消弧线圈4的抽头数相应的三极管差动放大电路组成，当然该电路并非唯一的，能够检测电流和电压的任何公知电路均可组成该检测电路16，它将采集的电流信号I和电压信号U、Ua、Ub、Uc经型号为HEADER 8X2的集成电路接入A/D转换器MAX125的各模拟输入口，再经I2C总线与DSP芯片相连，由DSP芯片进行数字滤波和全周傅氏运算，计算所得的分布电容结果送到单片机；单片机型号为P89CC61X2AB，它将取得的电容数据及各路电压数据分析是否发生接地故障，如发生接地故障则显示接地相并提示进行接地选线工作；如没有则把所取得的分布电容数据与内部所存储的消弧线圈电感量进行比较，根据比较结果通过P1.0、P1.2、P1.3、P1.4发出控制命令，经过74LS145译码器给消弧线圈电感量控制器9中的各继电器发出命令控制消弧线圈电感的投入量，使电网处于临界谐振状态，完成自动补偿控制。

消弧线圈电感量控制器9如图6所示，它由数量与消弧线圈4的抽头数量相应的继电器组成，当然该电路还可由其具有相同功能的其它公知电路组成，其形式不是唯一的。每个继电器与一抽头联接，并与一个二极管并联，各继电器与相应单片机的输出端联接，各继电器的相应开关可根据单片机的信号开闭，从而调整消弧线圈4的电感量，实现接地电流的自动跟踪补偿。

在电网发生接地后，单片机根据采集的电压信号，控制信号器的信号输出。

图7为定位探测器原理图。它为手持式，由DSP芯片数字过滤模块11、直流电源模块12、接受天线13、信号放大模块14、信号显示模块15组成，接受天线13接受电网中信号电流产生的无线信号，送入DSP芯片数字过滤模块11，由该模块进行计算后进行跟踪定位。

本实用新型的工作原理为：信号发生器1产生一特定频率的电流信号，实时的经消弧线圈4的二次侧注入电网，与信号处理控制器2联接的检测电路16分别与电网母线零序互感器CT端和母线开口三角PT的N-L端联接，共同组成信号检测回路10。信号处理控制器2是由DSP芯片和单片机构成，信号检测回路10与DSP芯片联接，由该芯片进行数字滤波和全周傅氏运算，并将计算所得的分布电容值结果送到单片机；单片机将分布电容值和消弧线圈的电感值比较计算，通过继电器控制电路调整消弧线圈的补偿电感，使电网处于临界谐振状态，实现了自动跟踪补偿的作用，其中继电器控制回路由与消弧线圈抽头相接的继电器构成，以对消弧线圈的电感量进行控制。

当电网出现接地时，母线PT的开口三角N-L两端电压突变为线电压，接地相电压徒降，即电压信号采集端所采A、B、C其中的一相，系统装置停止对消弧线圈的补偿控制，选定接地相并再次启动向系统注入信号电流，定位探测器的接受天线接受该注入信号电流产生的信号后，根据信号探测器显示大小和有无来确定出故障点的位置。

Claims (5)

1、一种利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：它由信号发生器(1)、信号处理控制器(2)、定位探测器(3)组成，其中所述信号发生器(1)与所述信号处理控制器(2)联接，其信号输出端与消弧线圈(4)的二次侧联接，通过消弧线圈(4)向电网注入信号电流；所述信号处理控制器(2)分别与电网母线零序互感器CT和母线PT的开口三角N-L端联接，分别提取信号发生器(1)注入电网的电流信号I和电压信号V，以控制调整消弧线圈(4)的补偿电感量；电网发生接地后，母线PT的开口三角N-L两端电压突变为线电压，信号处理控制器(2)停止对消弧线圈(4)的补偿控制，选定接地相并再次启动向电网注入信号电流，信号探测器(3)对该注入信号电流寻踪定位。

2、根据权利要求1所述的利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：所述信号发生器(1)由电源整流模块(5)、PWM脉宽调制模块(6)和功率放大输出模块(7)组成，它的PWM脉宽调制模块(6)与消弧线圈(4)二次侧和信号处理控制器(2)联接；PWM脉宽调制模块(6)产生一基波频率f处于工频的n次谐波与n+1次谐波之间的信号电流，实时地通过功率放大模块将该信号电流送入消弧线圈(4)二次侧。

3、根据权利要求1所述的利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：所述信号处理控制器(2)包括由DSP芯片、单片机组成的信号处理器(8)、消弧线圈电感量控制器(9)和信号检测回路(10)；其中，DSP芯片与电网母线零序互感器CT和母线PT的开口三角N-L端联接，组成信号检测回路(10)，并将采集的电流信号I和电压信号U进行数字滤波和全周傅氏运算，并将计算所得的分布电容值结果送到单片机；单片机将分布电容值和消弧线圈(4)的电感值比较计算，通过消弧线圈电感量控制器(9)调整消弧线圈(4)的补偿电感量，使电网处于略显感性的临界谐振状态；在电网发生接地后，单片机根据采集的电压信号，控制信号发生器(1)的信号输出。

4、根据权利要求1所述的利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：所述定位探测器(3)为手持式，由DSP芯片数字过滤模块(11)、直流电源模块(12)、接受天线(13)、信号放大模块(14)、信号显示模块(15)组成，其接受天线(13)接受电网中注入信号电流产生的无线信号，将其送入DSP芯片数字过滤模块(11)，由DSP芯片数字过滤模块(11)对信号进行分析计算寻踪定位。

5、根据权利要求3所述的利用消弧线圈的自动跟踪补偿和接地选线定位装置，其特征是：所述单片机型号为P89CC61X2AB；所述DSP芯片型号为TMS320VC5402。

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