補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是：包括控制與信號(hào)處理電路、掃頻信號(hào)源電路、PT二次側(cè)輔助測(cè)量電路、電壓電流測(cè)取電路和顯示電路；控制與信號(hào)處理電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路、顯示電路以及補(bǔ)償電網(wǎng)中的消弧線圈相連接，PT二次側(cè)輔助測(cè)量電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路相連接。本測(cè)量系統(tǒng)將設(shè)計(jì)合理，能夠在不同條件下均可準(zhǔn)確測(cè)量出補(bǔ)償電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，保證了保證在不同條件下測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有效地加快了掃頻速度，提高了系統(tǒng)的效率；同時(shí)，所有的測(cè)量過程均在PT低壓側(cè)進(jìn)行，具有安全性好的特點(diǎn)，也便于工作人員進(jìn)行維護(hù)與調(diào)試。
【專利說明】補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于中壓配電網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]所謂補(bǔ)償電網(wǎng)就是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)，這種中性點(diǎn)接地方式在我國(guó)中壓電網(wǎng)中占有很大比例。隨著我國(guó)工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和城市擴(kuò)容，電網(wǎng)也在逐步擴(kuò)張，電纜出線增多，隨之而來的問題就是電網(wǎng)對(duì)地電容電流的快速增長(zhǎng)。當(dāng)單相接地電流過大時(shí)，接地電弧無法自熄，就易產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓，對(duì)電網(wǎng)造成危害，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，就需要采用補(bǔ)償電網(wǎng)，即在電網(wǎng)中性點(diǎn)與地之間加一消弧線圈來對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償。需要多大的補(bǔ)償電流，如何調(diào)節(jié)消弧線圈都需要知道電容電流的大小，所以電網(wǎng)對(duì)地電容電流的測(cè)量就顯得尤為重要。
[0003]目前，電容電流的測(cè)量方法主要有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法較典型的是單相金屬接地法，將線路進(jìn)行人為的單相接地，利用電流互感器直接測(cè)量電容電流，雖然這種方法測(cè)量較為準(zhǔn)確，但接線復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)和操作人員具有很高的危險(xiǎn)性，所以現(xiàn)在基本不采用這種方法。間接測(cè)量法包含兩類方法，第一類包括中性點(diǎn)外加電容法、中性點(diǎn)位移電壓法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法等，第二類為注入信號(hào)法。第一類方法是利用中性點(diǎn)位移電壓、中性點(diǎn)電流和消弧線圈電感值等參數(shù)，來計(jì)算電網(wǎng)的對(duì)地總?cè)菘怪?，然后由單相故障時(shí)的零序回路來計(jì)算電容電流，這一類方法適用于不平衡度較大的電網(wǎng)。信號(hào)注入法分為變頻信號(hào)法和掃頻信號(hào)法，其通過從系統(tǒng)外注入異頻電流的反饋信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)等值電路計(jì)算得到電網(wǎng)對(duì)地電容電流，適用于平衡度高的電網(wǎng)。隨著電力電纜的大面積使用，現(xiàn)在電網(wǎng)的平衡度越來越高，不平衡電壓越來越小，所以注入信號(hào)法成為現(xiàn)在最具優(yōu)勢(shì)的方法，但是它也存在一些不足之處，當(dāng)系統(tǒng)處于過補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，測(cè)量得到的f0值會(huì)偏大，掃頻時(shí)間也會(huì)比較長(zhǎng)，而如果系統(tǒng)的不平衡度較大時(shí)，測(cè)量結(jié)果就會(huì)不準(zhǔn)確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種準(zhǔn)確可靠、快速有效且使用方便的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，包括控制與信號(hào)處理電路、掃頻信號(hào)源電路、PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路、電壓電流測(cè)取電路和顯示電路；控制與信號(hào)處理電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路、顯示電路以及補(bǔ)償電網(wǎng)中的消弧線圈相連接，PT 二次偵_助測(cè)量電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路相連接。
[0007]而且，所述的控制與信號(hào)處理電路由單片機(jī)及其外圍電路連接構(gòu)成。
[0008]而且，所述的掃頻信號(hào)源電路由電源電路、方波發(fā)生電路連接組成，該電源電路向方波發(fā)生電路提供300V的直流電壓，該方波發(fā)生電路輸出幅值為300V且頻率變化的方波信號(hào)，提供給PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路。
[0009]而且，所述的方波發(fā)生電路由四個(gè)IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路聯(lián)接構(gòu)成，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路分別連接四個(gè)IGBT的門極，IGBTU IGBT2的漏極連接到直流電壓的正極，IGBTU IGBT2的源極分別與IGBT3、IGBT4的漏極相連接，IGBT3、IGBT4的源極分別接地，GBTU IGBT2的源極與PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路相連接。
[0010]而且，所述的電壓電流測(cè)取電路包括兩組相同的電路，每一組均由運(yùn)算放大器、濾波電路、施密特整形電路和光耦電路連接。
[0011]而且，所述的濾波電路采用工頻陷波器電路，該工頻陷波器陷波帶寬為49.5Hz?50.5Hz0
[0012]而且，所述的顯示電路采用1602液晶顯示屏，其與控制與信號(hào)處理電路的I/O接口相連。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0014]1、本測(cè)量系統(tǒng)將掃頻信號(hào)法與三點(diǎn)法相結(jié)合，從而取得取長(zhǎng)補(bǔ)短的效果，能夠在不同條件下均可準(zhǔn)確測(cè)量出補(bǔ)償電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，保證了在不同條件下測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有效地加快了掃頻速度，提高了系統(tǒng)的效率；同時(shí)，所有的測(cè)量過程均在PT低壓側(cè)進(jìn)行，具有安全性好的特點(diǎn)，也便于工作人員進(jìn)行維護(hù)與調(diào)試。
[0015]2、本測(cè)量系統(tǒng)電路較為簡(jiǎn)單，使用也十分簡(jiǎn)便，且成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型的電路圖；
[0018]圖3是工頻陷波器電路圖；
[0019]圖4是單片機(jī)與顯示電路的連接電路圖；
[0020]圖5是本實(shí)用新型與補(bǔ)償電網(wǎng)的接線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述:
[0022]一種補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，包括控制與信號(hào)處理電路、掃頻信號(hào)源電路、PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路、電壓電流測(cè)取電路和顯示電路。控制與信號(hào)處理電路分別與消弧線圈、掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路和顯示電路相連接，PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路相連接。所述的控制與信號(hào)處理電路由單片機(jī)AT89C51及其外圍電路連接構(gòu)成，完成調(diào)節(jié)掃頻的頻率、計(jì)算電容電流、控制顯示電路顯示數(shù)據(jù)等功能。所述的掃頻信號(hào)源電路由電源電路、方波發(fā)生電路連接組成，電源電路向方波發(fā)生電路提供300V的直流電壓，再經(jīng)由方波發(fā)生電路輸出幅值為300V，頻率變化的方波信號(hào)，提供給PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路。所述的電壓電流測(cè)取電路用于測(cè)量取樣電阻電壓及PT低壓側(cè)電壓，該電壓電流測(cè)取電路包括兩組，每一組均由運(yùn)算放大器、濾波器、施密特整形和光耦電路連接。所述的顯示電路采用1602液晶顯示屏，其與控制與信號(hào)處理電路的I/O接口相連用來顯示測(cè)量的電容電流。
[0023]圖2給出了本測(cè)量系統(tǒng)的電路圖，從中可以看出各部分所包含的電路和元器件。圖中的300V直流電壓是由掃頻信號(hào)源電路中的電源電路所產(chǎn)生，該300V直流電壓送到方波發(fā)生電路。方波發(fā)生電路由四組IGBT驅(qū)動(dòng)電路Dl?D4和兩組IGBT組成，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路分別連接四個(gè)IGBT的門極，IGBTU IGBT2的漏極連接到直流電壓的正極，IGBTU IGBT2的源極分別與IGBT3、IGBT4的漏極相連接，IGBT3、IGBT4的源極分別接地，GBTU IGBT2的源極與PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路相連接。Dl?D4連接單片機(jī)Pl.1?Pl.4引腳，驅(qū)動(dòng)電路的作用是控制兩組IGBT的通斷，IGBTl和IGBT4為一組，IGBT2和IGBT3為一組，一組導(dǎo)通時(shí)，另一組便會(huì)截止，由單片機(jī)控制其導(dǎo)通與截止的時(shí)間，改變導(dǎo)通與截止的時(shí)間，就可以改變防波信號(hào)的周期。在IGBT驅(qū)動(dòng)電路中還設(shè)有光耦，可以進(jìn)行光電隔離。圖中，L'、R'、C'分別為消弧線圈電感L、阻尼電阻RZ、電網(wǎng)對(duì)地等效電容C折算到PT低壓側(cè)的值。運(yùn)放Al、A2以及整形電路、濾波電路、光耦電路包含在電壓電流測(cè)取電路中，A1、A2可將測(cè)量的兩個(gè)電壓信號(hào)方波化，再通過施密特整形電路進(jìn)行整形，得到方波化程度更好的波形。濾波電路的作用就是將工頻信號(hào)濾除，使測(cè)量不受電網(wǎng)運(yùn)行的影響。最后利用光耦進(jìn)行光電隔離，送入單片機(jī)Pl.5和Pl.6引腳。
[0024]電壓電流測(cè)取電路中的濾波電路采用工頻陷波器電路，如圖3所示，采用工頻陷波器電路是本實(shí)用新型的重要組成部分，能否良好的濾除工頻信號(hào)，決定著測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確。在已有工頻信號(hào)陷波器中，陷波頻率為50Hz，而實(shí)際電網(wǎng)頻率通常會(huì)在49.5Hz?50.5Hz范圍內(nèi)波動(dòng)，本系統(tǒng)中應(yīng)用的陷波器陷波帶寬為49.5Hz?50.5Hz，可以更好地濾除電網(wǎng)工頻的干擾信號(hào)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0025]本測(cè)量系統(tǒng)中的顯示電路，如圖4所示，其中C4和C5大小為30pF，C6為20 μ F，Rl為10ΚΩ，Xl為晶振，其頻率為12MHz。本實(shí)用新型應(yīng)用1602液晶顯示屏來顯示測(cè)量的數(shù)據(jù)，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。1602IXD是指顯示的內(nèi)容為16*2即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊(顯示字符和數(shù)字)該顯示屏具有良好的顯示效果，可以很好地滿足本測(cè)量系統(tǒng)的顯示需求。
[0026]下面對(duì)本測(cè)量系統(tǒng)與補(bǔ)償電網(wǎng)的連接方式:
[0027]如圖5所示，測(cè)量系統(tǒng)的電壓電流測(cè)取電路與補(bǔ)償電網(wǎng)中的消弧線圈PT低壓側(cè)連接在一起，本實(shí)施例中的補(bǔ)償電網(wǎng)為星形聯(lián)接的情況，中性點(diǎn)可直接取得，若電網(wǎng)為三角形聯(lián)接，則需Z形接地變壓器將中性點(diǎn)引出。利用掃描法原理，向消弧線圈PT低壓側(cè)注入一幅值恒定，頻率變化的電流信號(hào)，測(cè)量出電網(wǎng)的諧振頻率，進(jìn)而計(jì)算出電容電流。注入的電流信號(hào)雖然會(huì)在PT高壓側(cè)產(chǎn)生電流，但幾乎不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。測(cè)量過程全部在低壓側(cè)進(jìn)行，保證了系統(tǒng)及工作人員的安全，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)就可以進(jìn)行測(cè)量，也不需調(diào)整消弧線圈，其測(cè)量方法十分方便，測(cè)量結(jié)果也較為準(zhǔn)確。
[0028]下面對(duì)本實(shí)用新型的工作原理進(jìn)行說明:
[0029]本測(cè)量系統(tǒng)將掃頻法電路與三點(diǎn)法電路結(jié)合在一起，掃頻法電路由控制與信號(hào)處理電路、消弧線圈、掃頻信號(hào)源電路、PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路、電壓電流測(cè)取電路連接構(gòu)成；三點(diǎn)法電路由控制與信號(hào)處理電路和電壓電流測(cè)取電路連接構(gòu)成?？刂婆c信號(hào)處理電路利用消弧線圈自帶的電壓互感器測(cè)得此時(shí)電網(wǎng)的位移電壓有效值U0,設(shè)置一個(gè)位移電壓的標(biāo)準(zhǔn)Ux,由單片機(jī)將兩者進(jìn)行比較，當(dāng)Utl < Ux時(shí)，說明電網(wǎng)的不平衡度較低，此時(shí)，采用掃頻法電路進(jìn)行電容電流的測(cè)量，當(dāng)電網(wǎng)不平衡度較高時(shí)，應(yīng)采用三點(diǎn)法電路進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)使用掃頻法電路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，單片機(jī)會(huì)向掃頻信號(hào)源電路發(fā)出頻率控制信號(hào)，掃頻信號(hào)源電路產(chǎn)生幅值恒定、頻率變化的方波，輸出到PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路的取樣電阻和PT低壓側(cè)上，之后電壓、電流測(cè)量電路對(duì)取樣電阻和PT低壓側(cè)兩端電壓的測(cè)量，再將信號(hào)進(jìn)行方波化、整形、濾波、光電隔離后送入信號(hào)處理電路，由信號(hào)處理電路對(duì)這兩個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行相位的比較，若相位不同，改變頻率重新測(cè)量，若相位相同，則通過顯示電路顯示出來。當(dāng)使用三點(diǎn)法電路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，利用消弧線圈的電壓互感器與電流互感器測(cè)得中性點(diǎn)位移電壓和消弧線圈補(bǔ)償電流，由單片機(jī)判斷是否測(cè)量了三組數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)完三組數(shù)據(jù)后，通過信號(hào)處理電路進(jìn)行計(jì)算，再由顯示電路予以顯示。
[0030]在本實(shí)施例中，單片機(jī)采用常規(guī)處理軟件即可實(shí)現(xiàn)，上述說明是為了對(duì)專利申請(qǐng)作出更清楚地說明，絕非本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處，本實(shí)用新型申請(qǐng)不包括軟件改進(jìn)的內(nèi)容。
[0031]需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括控制與信號(hào)處理電路、掃頻信號(hào)源電路、PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路、電壓電流測(cè)取電路和顯示電路；控制與信號(hào)處理電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路、顯示電路以及補(bǔ)償電網(wǎng)中的消弧線圈相連接，PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路分別與掃頻信號(hào)源電路、電壓電流測(cè)取電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制與信號(hào)處理電路由單片機(jī)及其外圍電路連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的掃頻信號(hào)源電路由電源電路、方波發(fā)生電路連接組成，該電源電路向方波發(fā)生電路提供300V的直流電壓，該方波發(fā)生電路輸出幅值為300V且頻率變化的方波信號(hào)，提供給PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的方波發(fā)生電路由四個(gè)IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路聯(lián)接構(gòu)成，四個(gè)驅(qū)動(dòng)電路分別連接四個(gè)IGBT的門極，IGBT1、IGBT2的漏極連接到直流電壓的正極，IGBT1、IGBT2的源極分別與IGBT3、IGBT4的漏極相連接，IGBT3、IGBT4的源極分別接地，IGBT1、IGBT2的源極與PT 二次側(cè)輔助測(cè)量電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的電壓電流測(cè)取電路包括兩組相同的電路，每一組均由運(yùn)算放大器、濾波電路、施密特整形電路和光耦電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的濾波電路采用工頻陷波器電路，該工頻陷波器陷波帶寬為49.5Hz?50.5Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償電網(wǎng)對(duì)地電容電流測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的顯示電路采用1602液晶顯示屏，其與控制與信號(hào)處理電路的I/O接口相連。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK204129107SQ201420648351
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】李玲玲, 董浩, 劉伯穎, 劉博豪, 孟澤皓, 夏莘媛 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)