CN201294379Y - 用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,它包括主控制单元、总线控制单元、通讯控制单元、开关量输入单元、开关量输出单元、交流电压模拟量输入单元以及脉冲频率发生单元,所述主控制单元用来发送脉冲频率信号及接收交流信号并对其进行处理得出消弧线圈的脱谐度,主控制单元的输入端分别与开关量输入单元和交流电压模拟量输入单元相连,主控制单元的输出端与开关量输出单元及脉冲频率发生单元相连,主控制单元通过通讯控制单元与外部通讯设备相连,主控制单元通过总线控制单元与外部存储器和以太网通讯单元相连。本实用新型结构简单、能更加准确地测量到系统的脱谐度,更好地控制消弧线圈的投切,实现对消弧线圈自动跟踪补偿和控制。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及到电力系统的自动控制设备领域,特指一种用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置。
背景技术
在我国6~66kV电力系统配电网中,当系统对地电容电流达到10A以上时,单相接地故障产生的电弧不能自动熄灭,从而发展成为两相故障或更严重的故障,引起事故跳闸,降低了系统供电可靠性,也危及到整个电力系统的安全运行,因此需要装设消弧线圈用以减小接地点的故障电流。目前,现有技术中均采用手动/自动调谐装置,这些控制装置均存在不同程度的不足。例如,采用手动调谐的消弧线圈,为防止出现谐振过电压,常将消弧线圈调至远离谐振点的过补偿状态,当发生单相接地故障时,由于手动调节的消弧线圈不能调节,因此补偿效果差。而采用自动调谐的消弧线圈成套装置一般采用预补偿方式,即在正常状态时即将消弧线圈调节至预定位置,但其测量的脱谐度精度不够,测量范围也很有限。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本实用新型提供一种结构简单、能够更加准确地测量到系统的脱谐度,从而更好地控制消弧线圈的投切,实现对消弧线圈自动跟踪补偿和控制的用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,同时还能具备谐振故障、单相接地故障及TV断线的判断、报警功能。
为解决上述技术问题,本实用新型提出的解决方案为:一种用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,其特征在于:它包括主控制单元、总线控制单元、通讯控制单元、开关量输入单元、开关量输出单元、交流电压模拟量输入单元以及脉冲频率发生单元,所述主控制单元用来发送脉冲频率信号及接收交流信号并对其进行处理得出消弧线圈的脱谐度,主控制单元的输入端分别与开关量输入单元和交流电压模拟量输入单元相连,主控制单元的输出端与开关量输出单元及脉冲频率发生单元相连,主控制单元通过通讯控制单元与外部通讯设备相连,主控制单元通过总线控制单元与外部存储器和以太网通讯单元相连。
所述通过通讯控制单元与主控制单元相连的外部通讯设备包括显示通讯单元和RS485通讯单元。
所述主控制单元通过交流电压模拟量输入单元采集系统三相电压和中性点不平衡电压。
与现有技术相比,本实用新型的优点就在于:(1)本实用新型结构简单、能够更加准确地测量到系统的脱谐度,从而更好地控制消弧线圈的投切,实现对消弧线圈自动跟踪补偿和控制;(2)本实用新型采用信号注入法以扫描方式在线测量电网的脱谐度、阻尼率、三相不平衡电压、位移电压、残流等,脱谐度测量范围在20-100Hz之间,测量范围宽;(3)本实用新型具有谐振、单相接地、TV断线报警功能;(4)本实用新型能区分3分频、2分频、工频、2倍频、3倍频等谐振状态;(5)本实用新型能快速自动控制补偿电容器的投切以最大限度减少单相接地时的残流,便于接地电弧的熄灭;(6)本实用新型的装置能控制6组补偿电容器,调节级数多达64级;(7)本实用新型在保证系统正常情况下,位移电压和系统残流在合理值范围内;(8)本实用新型可进行在线监测、故障监测,报警及显示,系统安全监视和保护;(9)本实用新型与后台系统相连能用RS485串口或以太网通讯,将装置的巡检数据及故障信号数据送至后台;(10)本实用新型具有良好的电磁兼容性,可满足国家相关的电磁兼容性标准;(11)本实用新型可在环境温度为-20℃至60℃时能正常稳定工作。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构示意图;
图2是本实用新型的框架结构示意图;
图3是本实用新型中开关量输入单元的电路原理示意图;
图4是本实用新型中开关量输出单元的输出电路原理示意图;
图5是本实用新型中开关量输出单元的允许输出电路原理示意图;
图6是本实用新型中RS485通讯单元的电路原理示意图;
图7是本实用新型中显示通讯单元的电路原理示意图;
图8是本实用新型中交流电压模拟量采样电路的电路原理示意图;
图9是本实用新型中脉冲频率发生单元的电路原理示意图;
图10是本实用新型中主控制单元与外部设备的连接示意图。
图例说明
1、调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置 2、调容式消弧线圈及控制系统
3、主机兼操作员工作站 4、以太网交换机
5、高速以太网 101、主控制单元
102、总线控制单元 103、通讯控制单元
104、开关量输入单元 105、开关量输出单元
106、交流电压模拟量输入单元 107、脉冲频率发生单元
108、外部存储器 109、以太网通讯单元
110、显示通讯单元 111、RS485通讯单元
1061、电流电压转换回路 1062、一级RC回路
1063、运放跟随回路 1064、二级级RC回路
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
参见图1所示,本实用新型用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置1,它安装于消弧线圈旁,其结构包括主控制单元101、总线控制单元102、通讯控制单元103、开关量输入单元104、开关量输出单元105、交流电压模拟量输入单元106以及脉冲频率发生单元107,主控制单元101用来发送脉冲频率信号及接收交流信号并对其进行处理,主控制单元101的输入端分别与开关量输入单元104和交流电压模拟量输入单元106相连,主控制单元101的输出端与开关量输出单元105及脉冲频率发生单元107相连,主控制单元101通过通讯控制单元103与外部通讯设备相连,主控制单元101通过总线控制单元102与外部存储器108和以太网通讯单元109相连。而通过通讯控制单元103与主控制单元101相连的外部通讯设备包括显示通讯单元110和RS485通讯单元111。本装置在使用时,通过主控制单元101产生发送20~100Hz的非工频脉冲信号,该脉冲信号通过脉冲频率发生单元1 07将信号发送出去,外部转换装置接收信号后经处理整形放大送至电压互感器,经电压互感器注入至消弧线圈,利用特征频率在谐振点放大后,再通过采集不同频率的谐振电压模拟量,判断谐振点电压大小来确认谐振点的频率,从而得出系统的脱谐度。另外利用由交流电压模拟量输入单元106采集的系统三相电压及中性点不平衡电压送至主控制单元101,通过计算可得出系统的不平衡电压U00、位移电压U0、阻尼率、电容残流、补偿电流等。主控制单元101通过判断交流不平衡电压U00及位移电压U0的大小以实现谐振、单相接地及TV断线的判断,通过测量位移电压U0中的17Hz(3分频谐振)、25Hz(2分频谐振)、50Hz(工频谐振)、100Hz(2倍频谐振)、150Hz(3倍频谐振)的分量值,来区分各种谐振状态,通过得出的系统脱谐度对消弧线圈的匹配电容进行控制调节保证系统的位移电压及接地残流在可靠范围。
如图3所示,为本实施例中开关量输入单元104的电路原理示意图。消弧线圈自动跟踪补偿装置包含有12个相同开关量输入电路,其电路主要由光电隔离芯片TLP521-1、反向二极管、电阻、电容相互连接而成。图中SI代表外部信号,高电平为24V低电平为0V。信号经过电阻限流后到光电隔离芯片内。其中,并联接入输入回路的电容及二极管做为输入的抗干扰及防止反向电压击穿光隔的保护回路。输出信号经过电阻的上拉限后由I/O口送到主控制单元101中。输入高电平时,I/O口电平为0V;输入低电平时,I/O口电平为3.3V。I/O信号输入到主控制单元101之I/O口中,主控制单元101通过I/O口电平的高低转换来进行数字信号的的采集。
如图4和图5所示,为本实施例中开关量输出单元105的电路原理示意图,开关量输出单元105由开关量输出电路及开关量输出允许电路构成。其中,消弧线圈自动跟踪补偿装置包含有8个相同的开关量输出电路及1个开关量输出允许电路。开关量输出电路如图4所示,由正向高压驱动器UA、光电隔离芯片TLP181、达林顿晶体管芯片ULN2003和继电器组成。主控制单元101的I/O口输出3.3V低电平信号经过缓冲经过正向高压驱动器UA后变成5V低电平信号再经过光电隔离芯片进行光电隔离。经过隔离的信号变为24V高电平信号通过电阻降压为12V高电平信号再送至达林顿晶体管芯片,进行高逻辑信号到低逻辑信号的转换。达林顿晶体管芯片的输出端电源由开关量输出允许电路的输出端提供。由开关量输出允许电路的输出端提供的24V电压与经过转换的信号控制继电器。T1.1、T1.2是送至装置的外部信号。当主控制单元101的I/O口输出为高电平时,继电器不动作。反之,当主控制单元101之I/O口输出为低电平时,继电器动作。开关量输出允许电路如图5所示,由与非门74LVC00、光电隔离芯片TLP181、达林顿晶体管芯片ULN2003和开关三极管BD676组成。主控制单元101的两个I/O口QD1及QD2信号,当QD1信号为低电平输出,QD2为高电平输出时,信号经过与非门输出一个3.3V低电平再经过光电隔离芯片进行光电隔离。经过隔离的信号变为24V高电平信号通过电阻降压为12V高电平信号再送至达林顿晶体管芯片,进行高逻辑信号到低逻辑信号的转换。达林顿晶体管芯片的输出端电源由24V电源提供。经过转换的低电平信号控制开关三极管导通,使得24V电源送至QD24V输出端。
通讯控制单元103是由1个显示通讯电路及1个RS485隔离通讯电路组成。如图6所示,RS485通信单元111主要由3个异或门74LVC86、3个高速通讯光隔HCPL-0600、1个RS485协议转换芯片MAX485E组成。通讯信号由主控制单元101通讯串口TX口发出,由RX口收回,由DIR口控制通讯信号的传输方向,信号经异或门送至高速通讯光隔,经高速通讯光隔隔离后经过限流电阻送至RS485协议转换芯片,信号通过RS485协议转换芯片转换后变成485协议数据信号经过自适应限流电阻与外部后台通讯相连。
如图8所示,为本实施例中显示通讯电单元110的电路原理示意图。显示通讯电单元110的电路由两个正向高压驱动器74LVC1G07及电阻组成。主控制单元101显示通讯数据信号经TXDIS端口发出经过正向高压驱动器,信号由原来的3.3V提升至5.0V后经过限流电阻送至显示单元。显示单元的数据信号经过限流电阻送至正向高压驱动器,信号由5.0V下拉至3.3V后送至主控制单元101的RXDIS端口。
交流电压模拟量输入单元106由6个交流电压模拟量电路组成。如图8所示,交流电压模拟量电路由降压电阻、互感器、电流电压转换回路1061、RC滤波回路1062、运放跟随回路1063、RC滤波回路1064等组成。来自外部的0-100V交流信号经交流互感器转换为0-2.5mA低电流信号,经过抗干扰磁珠至送至电流电压转换回路1061,0-2.5mA低电流信号经过电流电压转换回路1061后变位0-3V的电压信号,电压信号再经过RC滤波回路1062、运放跟随回路1063及RC滤波回路1064后送至主控制单元101的内部12位AD做为交流采样信号。
如图9所示,为本实施例中脉冲频率发生单元107的电路原理示意图。消弧线圈自动跟踪补偿装置包含有1个脉冲频率发生电路,其电路主要由光电隔离芯片TLP521-1、钳位二极管IN4148、电阻连接而成。图中M7代表主控单元输出发出的脉冲频率信号,高电平为24V低电平为0V。信号经过电阻限流后到光电隔离芯片内。经过光电隔离芯片TLP521-1隔离后的信号直接送至外部链接接口PWR1与PWR2上,经由外部的频率信号接收回送转换器转换后送至消弧线圈。
如图10所示,消弧线圈自动跟踪补偿装置1可采集6路交流电压量,输入12路开关信号,输出8路开关信号。将数据及报警信号控制结果送至显示及后台。其各信号所代表的内容详见表1。
表1
SI1 | 1级电容位置信号 | SI7 | 母联位置信号 |
SI2 | 2级电容位置信号 | SI8 | 闭锁发波信号 |
SI3 | 3级电容位置信号 | SI9 | 外部控制切换信号 |
SI4 | 4级电容位置信号 | SI10 | GPS信号 |
SI5 | 5级电容位置信号 | SI11 | 备用信号1 |
SI6 | 6级电容位置信号 | SI12 | 备用信号2 |
K1 | C1控制出口 | K5 | C5控制出口 |
K2 | C2控制出口 | K6 | C6控制出口 |
K3 | C3控制出口 | K7 | 闭锁发波出口 |
K4 | C4控制出口 | K8 | 备用继电器出口 |
M1 | 相电压Ua | M4 | 位移电压U01 |
M2 | 相电压Ub | M5 | 位移电压U02 |
M3 | 相电压Uc | M6 | 位移电压U03 |
485R | 485通讯收 | 485X | 485通讯发 |
装置可实现下列功能:
1、SI1-SI12总共12路信号采集。则12路信号都是高电平为24V、低电平为0V的开关信号。现以主装置SI3为例来说明以上12路信号的采集。通常情况下3级电容没有投入时,3级电容器的位置接点打开,输入到装置的电压是0V;当3级电容投入时,3级电容器的位置接点闭合,输入到装置的电压是24V。这个信号采集由图2所示的开关量输入电路来完成。当输入电压为0V时,装置认为3级电容器未投入;当输入电压为24V时,装置认为3级电容器投入。
2、K1-K8总共8路控制命令信号的输出。装置要求这些信号空接点输出打开和闭合。如图1、图3、图4所示,图2之中央控制器之GPIO引脚输出到图3的OUT口及图4的QD1、QD2口,最后启动继电器闭合。反之若中央控制器无输出则继电器打开。
3、M1-M6总共6路交流模拟量信号输入。以相电压Ua二次交流电压信号M1为例介绍这6路模拟量信号的采集。相电压Ua二次交流电压信号输入到装置为0-100V的电压。由图9的交流电压模拟量采样电路进行采样,输出的0-3V电压送至主控制单元101的12位AD口。主控制单元101通过这个值来确定采集电压的大小。
4、主控制单元101对这些信号进行有效处理并通过复杂计算得出工频电压Ua、工频电压Ub、工频电压Uc、工频三相不平衡电压U00、1/3分频电压U17、1/2分频电压U25、工频电压U0、2倍频电压U100、3倍频电压U150、脱谐度μ、阻尼率ρ、电网三相对地电容电流Isc、系统残流Is、注入电流Iin、工频电压频率F1等。
5、实现谐振保护、单相接地保护及TV断线报警
◆当U0大于“位移电压定值”,而U00小于“不平衡电压定值”时,则为谐振状态。
◆当U0大于“位移电压定值”,同时U00大于“不平衡电压定值”时,则为单相接地状态。
◆当U0小于“位移电压定值”,同时U00大于“不平衡电压定值”时,则为TV断线状态。Tv断线延时5s报警。
◆当U0小于“位移电压定值”,同时U00小于“不平衡电压定值”时,则为正常状态。
◆装置通过测量U0中的17Hz(3分频谐振)、25Hz(2分频谐振)、50Hz(工频谐振)、100Hz(2倍频谐振)、150Hz(3倍频谐振)的分量值,来区分各种谐振。
◆装置通过测量Ua、Ub、Uc来区分任一相接地。
6、多级电容器的投切
装置具有6档多达0-63级电容器的投切控制,电容器的投切按照码进制投切方式。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1、一种用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,其特征在于:它包括主控制单元(101)、总线控制单元(102)、通讯控制单元(103)、开关量输入单元(104)、开关量输出单元(105)、交流电压模拟量输入单元(106)以及脉冲频率发生单元(107),所述主控制单元(101)用来发送脉冲频率信号及接收交流信号并对其进行处理得出消弧线圈的脱谐度,主控制单元(101)的输入端分别与开关量输入单元(104)和交流电压模拟量输入单元(106)相连,主控制单元(101)的输出端与开关量输出单元(105)及脉冲频率发生单元(107)相连,主控制单元(101)通过通讯控制单元(103)与外部通讯设备相连,主控制单元(101)通过总线控制单元(102)与外部存储器(108)和以太网通讯单元(109)相连。
2、根据权利要求1所述的用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,其特征在于:所述通过通讯控制单元(103)与主控制单元(101)相连的外部通讯设备包括显示通讯单元和RS485通讯单元。
3、根据权利要求1或2所述的用于电力系统的调容式消弧线圈自动跟踪补偿装置,其特征在于:所述主控制单元(101)通过交流电压模拟量输入单元(106)采集系统三相电压和中性点不平衡电压。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CX01 | Expiry of patent term | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20090819 |