專(zhuān)利名稱(chēng)：隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于交流配電網(wǎng)的消弧裝置，尤其涉及一種隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤 補(bǔ)償消弧控制裝置；具體是一種用于3 66kV等級(jí)中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)的自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)南?弧線(xiàn)圈的控制裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)3 66kV的配電網(wǎng)都是以架空線(xiàn)為主的放射性結(jié)構(gòu)，線(xiàn)路長(zhǎng)，負(fù)荷重， 且負(fù)荷不平衡，感性負(fù)載較大；而廣大城市地區(qū)廣泛使用電力電纜線(xiàn)路，存在絕緣風(fēng)險(xiǎn)較高 和排查難度較大的特點(diǎn)，因此，上述配電網(wǎng)都存在一定程度單相接地的可能，為提高供電可 靠性，一般采用中性點(diǎn)不直接接地的方式。規(guī)程規(guī)定，在中性點(diǎn)不直接接地的情況下，發(fā)生 單相接地故障(占故障率的80%)，允許運(yùn)行不超過(guò)2小時(shí)。單相接地故障分為三類(lèi)，金屬 性接地、經(jīng)阻抗接地和經(jīng)電弧接地。經(jīng)電弧接地故障發(fā)生時(shí)，電弧容易損壞設(shè)備，甚至引起 兩相甚至三相短路，因此，電力工業(yè)部頒發(fā)的DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù) 和絕緣配合》規(guī)定，超過(guò)下列數(shù)值且需要在接地故障條件下運(yùn)行的，應(yīng)采取用弧線(xiàn)圈接地 (1)3 10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線(xiàn)路構(gòu)成的和所有35kV、66kV單相接地故障電 流大于10A ；⑵(2). 3 10kV電纜構(gòu)成的單相接地故障電流大于30A。消弧線(xiàn)圈的使用則 可以減小接地故障電流，加快滅弧過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外采用較多的消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償控制方式有調(diào)容式、調(diào)匝式和調(diào)相式，其中 調(diào)容式消弧線(xiàn)圈穩(wěn)定性較差，維護(hù)成本較高，調(diào)匝式消弧線(xiàn)圈受有載開(kāi)關(guān)成本的限制，導(dǎo)致 調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)不可能過(guò)高，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)較為精確的補(bǔ)償，因此，上述兩種方式已較少使用。而 隨著可控硅制造工藝的提高，調(diào)相式可控硅消弧線(xiàn)圈以其性能可靠，調(diào)節(jié)迅速，短路阻抗高 的特點(diǎn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前市場(chǎng)上的控制器產(chǎn)品，大都是通過(guò)測(cè)量計(jì)算接地電容電流，從而計(jì)算出系統(tǒng) 所需補(bǔ)償量，進(jìn)行一次調(diào)節(jié)補(bǔ)償。然而，當(dāng)前廣泛使用的位移電壓曲線(xiàn)法、異頻注入法等方 法無(wú)法實(shí)現(xiàn)電容電流的精確測(cè)算，從而導(dǎo)致補(bǔ)償量計(jì)算不準(zhǔn)確，補(bǔ)償后的結(jié)果存在一定的 不確定性，有可能欠補(bǔ)償達(dá)不到消除殘余電流的目的，也有可能正好位于諧振點(diǎn)，引起系統(tǒng) 震蕩。隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力負(fù)荷需求逐步提高，配電網(wǎng)容量也逐步增大，運(yùn)行方式趨 于多樣化，在一些情況下，單套消弧線(xiàn)圈系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足配電網(wǎng)的運(yùn)行需求，而配置多套消 弧線(xiàn)圈系統(tǒng)需要按照單段母線(xiàn)的最大容量來(lái)配置，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降，用戶(hù)運(yùn)行維護(hù)成本提 尚o
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種能夠自 動(dòng)跟蹤測(cè)量電容電流變化，并采用動(dòng)態(tài)逼近的方式，準(zhǔn)確可靠，并可并列運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)整負(fù) 荷的隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的[0007]1、技術(shù)路線(xiàn)①采用高精度的A/D采樣模塊，采用精密的模擬電路處理，結(jié)合抗干擾設(shè)計(jì)，使控 制裝置測(cè)量精度更高，運(yùn)行更加可靠。②采用高速數(shù)字信號(hào)處理器，以實(shí)現(xiàn)高速、精確的信號(hào)處理，以便快速計(jì)算電容電 流。③采用數(shù)據(jù)運(yùn)算與人機(jī)接口雙CPU模式，互不干擾。 ④完備的數(shù)據(jù)通信接口，使其便于和各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。⑤提供一種功耗低、供電時(shí)間長(zhǎng)、防雷性能好的直流穩(wěn)壓電源。2、具體技術(shù)方案本實(shí)用新型的工作環(huán)境包括依次連接的三相母線(xiàn)、接地變壓器和消弧線(xiàn)圈；設(shè)置有中央處理模塊、補(bǔ)償控制模塊、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口模塊和供電電源模 塊；信號(hào)處理模塊分別與三相母線(xiàn)和接地變壓器連接；補(bǔ)償控制模塊、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口模塊和供電電源模塊分別與中央處理模 塊連接；補(bǔ)償控制模塊和消弧線(xiàn)圈連接。信號(hào)處理模塊負(fù)責(zé)采集處理信號(hào)，人機(jī)接口模塊400負(fù)責(zé)裝置接口及通信，供電 電源模塊負(fù)責(zé)為裝置提供穩(wěn)定的直流電源，補(bǔ)償控制模塊接收中央處理模塊的計(jì)算結(jié)果并 生成控制信號(hào)以控制消弧線(xiàn)圈的導(dǎo)通角。信號(hào)處理模塊負(fù)責(zé)采集、并AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)提供給中央處理模塊；中央處理模塊為本實(shí)用新型的核心部件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、可控硅調(diào)節(jié)角度的計(jì)算 和控制指令的發(fā)送等功能；人機(jī)接口模塊提供操作者與本實(shí)用新型，以及本實(shí)用新型之間信息交換的通道；補(bǔ)償控制模塊負(fù)責(zé)根據(jù)中央處理模塊的計(jì)算結(jié)果生成相應(yīng)的控制信號(hào)控制消弧 線(xiàn)圈。供電電源負(fù)責(zé)提供工作精密的安全電源。本實(shí)用新型的工作原理是信號(hào)處理模塊實(shí)時(shí)采集三相母線(xiàn)電壓Ua、Ub和Uc,中性點(diǎn)位移電壓Uw，以及殘余 電流In，并對(duì)上述模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換和濾波等處理，并由多路并行AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量； 中央處理模塊對(duì)上述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件處理，并加以監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)時(shí)計(jì)算電容電流Ic，并 分析計(jì)算出系統(tǒng)是否存在故障，實(shí)時(shí)計(jì)算可控硅的所需補(bǔ)償量，通過(guò)補(bǔ)償控制模塊放大處 理，輸出補(bǔ)償信號(hào)；人機(jī)接口模塊將處理信息實(shí)時(shí)在顯示屏上顯示，并通過(guò)通信接口輸出至 并聯(lián)機(jī)或控制中心。本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、通過(guò)多次逼近式的補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，達(dá)到迅速滅除電弧的目 的，并能有效避免系統(tǒng)震蕩。2、可采用多臺(tái)控制裝置并列運(yùn)行的機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)多套消弧線(xiàn)圈并列運(yùn)行，實(shí)時(shí)分 配線(xiàn)圈容量，滿(mǎn)足配電網(wǎng)日益增長(zhǎng)的擴(kuò)容需求；3、提供各種串口通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳和獲取。[0031]總之，本實(shí)用新型測(cè)量精度高，通過(guò)逼近可實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償并可避開(kāi)諧振點(diǎn)、且可聯(lián) 機(jī)，使用靈活方便。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是信號(hào)處理模塊的結(jié)構(gòu)方框圖。其中100-中央處理模塊，110-數(shù)字信號(hào)處理器，120-可編程邏輯控制器；200-補(bǔ)償控制模塊；300-信號(hào)采理模塊，310-信號(hào)處理電路，320-三相電壓互感器，330-單相電壓互感器，340-單相電流互感器；400-人機(jī)接口模塊；410-微處理單元，420-液晶顯示器，410-鍵盤(pán)，410-通信接口；500-供電電源模塊；600-三相母線(xiàn)；700-消弧線(xiàn)圈；800-接地變壓器。英譯漢1、DSP-數(shù)字信號(hào)處理器；2、PLD-可編程邏輯控制器；3、ARM-公司名稱(chēng)；4、MCU-微處理單元；5、CPU-中央處理器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明一、總體如圖1，本實(shí)用新型的工作環(huán)境包括依次連接的三相母線(xiàn)600、接地變壓器800和 消弧線(xiàn)圈700 ；設(shè)置有中央處理模塊100、補(bǔ)償控制模塊 、信號(hào)處理模塊300、人機(jī)接口模塊 400和供電電源模塊500 ；[0063]信號(hào)處理模塊300分別與三相母線(xiàn)600和接地變壓器800連接；補(bǔ)償控制模塊200、信號(hào)處理模塊300、人機(jī)接口模塊400和供電電源模塊500分 別與中央處理模塊100連接；補(bǔ)償控制模塊200和消弧線(xiàn)圈700連接。二、各功能塊1、中央處理模塊100如圖1，中央處理模塊100包括集成并封裝在一起的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 110和 可編程邏輯控制器(PLD)120。(1)數(shù)字信號(hào)處理器110數(shù)字信號(hào)處理器110選用TI公司生產(chǎn)的TMS320F系列28XX系列產(chǎn)品。28XX系列DSP是32位高速計(jì)算芯片，最高主頻達(dá)150MHz，具有性能穩(wěn)定、集成度 高、擴(kuò)展接口豐富、運(yùn)算速度快和能耗低等特點(diǎn)，可在單芯片上實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜功能。28XX芯片集成了 16路12位AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置2組采樣/保持電路，AD時(shí)鐘為25MHz， 可實(shí)現(xiàn)最低80nS的采樣周期。28XX提供SCI、SPI、CAN、I2C等接口，可方便掛接各種外部 設(shè)備。(2)可編程邏輯控制器120可編程邏輯控制器選用Xilinx公司生產(chǎn)的95XC144，將DSP計(jì)算所得的控制量轉(zhuǎn) 換成脈沖或數(shù)字量，輸出到補(bǔ)償控制模塊200以驅(qū)動(dòng)可控硅進(jìn)行消弧補(bǔ)償。PLD可靈活更改 片內(nèi)邏輯結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同型號(hào)可控硅控制模塊產(chǎn)品的硬件平臺(tái)通用性。2、信號(hào)采集處理模塊300如圖1、2，數(shù)據(jù)處理模塊300包括信號(hào)處理電路310、三相電壓互感器320、單相電 壓互感器330和單相電流互感器340 ；三相電壓互感器320、單相電壓互感器330和單相電流互感器340分別與信號(hào)處理 電路310連接。信號(hào)處理電路310包括三路第1路是前后相互連接的三相電壓濾波電路311a和三相電壓調(diào)理電路311b ；第2路是前后相互連接的單相電壓濾波電路312a和單相電壓調(diào)理電路312b ；第3路是前后相互連接的單相電流濾波電路313a和單相電流調(diào)理電路313b。信號(hào)處理模塊300的工作原理是三相電壓互感器320、單相電壓互感器330和單相電流互感器340分別將三相母線(xiàn) 600的電壓Ua、Ub和Uc，中性點(diǎn)位移電壓Uw，以及殘余電流In均轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，供信號(hào) 處理電路310進(jìn)行有源濾波和信號(hào)調(diào)理，調(diào)整成為適合數(shù)字信號(hào)處理器110采樣的信號(hào)。三相電壓互感器320、單相電壓互感器330和單相電流互感器340均為常用功能元 器件；信號(hào)處理電路310中的各濾波電路和各調(diào)理電路均為常用功能元器件。3、人機(jī)接口模塊400如圖2，人機(jī)接口模塊400選用ARM核心作為微處理器單元(MCU) 410，外接顯示器 420、鍵盤(pán)430和通信接口 440。顯示器420采用IXD驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，可選用市場(chǎng)成熟產(chǎn)品。[0089]通信接口 440可擴(kuò)充CAN接口、RS-232接口、RS-485接口等，保留接口芯片位置， 根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需求選用。4、補(bǔ)償控制模塊200補(bǔ)償控制模塊200可采用市場(chǎng)成熟產(chǎn)品。5、供電電源模塊500供電電源模塊500為消弧控制器提供各種5V、3. 3V等各等級(jí)電壓的直流供電，采 用性能可靠的開(kāi)關(guān)電源或線(xiàn)性電源，市場(chǎng)上有成熟產(chǎn)品。6、三相母線(xiàn)600三相母線(xiàn)600為該裝置工作環(huán)境，通常為3 66kV的配電網(wǎng)，采用A接法。7、消弧線(xiàn)圈700消弧線(xiàn)圈700用以補(bǔ)償由于線(xiàn)路單相接地故障造成的殘余電流增大，以達(dá)到滅除 電弧的目的，在本實(shí)施例中，用調(diào)整可控硅導(dǎo)通角的方式來(lái)加以控制。8、接地變壓器800接地變壓器800用于將A接法的中性點(diǎn)引出，提供給消弧線(xiàn)圈700，通常接地變壓 器700采用Z型連接。
權(quán)利要求一種隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置，其工作環(huán)境包括依次連接的三相母線(xiàn)(600)、接地變壓器(800)和消弧線(xiàn)圈(700)；其特征在于設(shè)置有中央處理模塊(100)、補(bǔ)償控制模塊(200)、信號(hào)處理模塊(300)、人機(jī)接口模塊(400)和供電電源模塊(500)；信號(hào)處理模塊(300)分別與三相母線(xiàn)(600)和接地變壓器(800)連接；補(bǔ)償控制模塊(200)、信號(hào)處理模塊(300)、人機(jī)接口模塊(400)和供電電源模塊(500)分別與中央處理模塊(100)連接；補(bǔ)償控制模塊(200)和消弧線(xiàn)圈(700)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置，其特征在于中央處理模塊(100)包括集成并封裝在一起的數(shù)字信號(hào)處理器(110)和可編程邏輯控 制器(120)。
3.按權(quán)利要求1所述的隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置，其特征在于數(shù)據(jù)處理模塊(300)包括信號(hào)處理電路(310)、三相電壓互感器(320)、單相電壓互感 器(330)和單相電流互感器(340)；三相電壓互感器(320)、單相電壓互感器(330)和單相電流互感器(340)分別與信號(hào)處 理電路(310)連接信號(hào)處理電路(310)包括三路第1路是前后相互連接的三相電壓濾波電路(311a)和三相電壓調(diào)理電路(311b)； 第2路是前后相互連接的單相電壓濾波電路(312a)和單相電壓調(diào)理電路(312b)； 第3路是前后相互連接的單相電流濾波電路(313a)和單相電流調(diào)理電路(313b)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種隨調(diào)式自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧控制裝置，涉及一種用于交流配電網(wǎng)的消弧裝置。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)是信號(hào)處理模塊分別與三相母線(xiàn)和接地變壓器連接；補(bǔ)償控制模塊、信號(hào)處理模塊、人機(jī)接口模塊和供電電源模塊分別與中央處理模塊連接；補(bǔ)償控制模塊和消弧線(xiàn)圈連接。本實(shí)用新型通過(guò)多次逼近式的補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，達(dá)到迅速滅除電弧的目的，并能有效避免系統(tǒng)震蕩；可采用多臺(tái)控制裝置并列運(yùn)行的機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)多套消弧線(xiàn)圈并列運(yùn)行，實(shí)時(shí)分配線(xiàn)圈容量，滿(mǎn)足配電網(wǎng)日益增長(zhǎng)的擴(kuò)容需求；提供各種串口通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳和獲取。
文檔編號(hào)H02H9/08GK201601492SQ20092028881
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者鄺冶, 雷鳴 申請(qǐng)人:湖北中興電力試驗(yàn)研究有限公司;湖北省電力試驗(yàn)研究院