專利名稱：一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電流監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的高壓懸浮 電位下高壓電容器組支路電流的無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)電網(wǎng)西電東送、南北互供和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實(shí)施，電網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)。為 提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平，增大線路的輸電能力，增強(qiáng)電網(wǎng)短路電流水平，串聯(lián)補(bǔ)償電容裝置和電 網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及短路故障限流技術(shù)日漸受到各方的重視，一些大區(qū)電網(wǎng)都在規(guī)劃和 建設(shè)這類工程項(xiàng)目。其中，電容器組作為擔(dān)負(fù)串補(bǔ)裝置、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝 置主要功能的一次設(shè)備，其性能優(yōu)劣決定了裝置的運(yùn)行可靠性，是最需要保護(hù)的關(guān)鍵部件。在裝設(shè)有串補(bǔ)裝置 、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝置的線路中，當(dāng) 線路發(fā)生故障或是相鄰線路發(fā)生故障，電流流過(guò)電容器組，在電容器兩端產(chǎn)生較高的電壓， 容易致使電容器組損壞。為了防止在故障電流情況下，電容器組兩端的過(guò)電壓造成電容器 的損壞，目前通用的過(guò)壓保護(hù)方法是在電容器兩端并聯(lián)M0V(金屬氧化物限壓器，為Metal Oxide Varistor的英文縮寫(xiě)，以下簡(jiǎn)稱MOV)對(duì)電容器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電容器電壓達(dá)到保護(hù)水 平時(shí)，M0V限制電容器兩端的電壓的升高，可以保護(hù)電容器不受損壞。電容器上能承受短時(shí) 間的過(guò)負(fù)荷而不受損壞，然而隨著過(guò)負(fù)荷時(shí)間的延長(zhǎng)，可能導(dǎo)致電容器老化或絕緣損壞。電容器組一般由電容器單元組成，電容器單元由多臺(tái)電容器串、并聯(lián)而成。電容器 組的工作應(yīng)不受單個(gè)電容器故障的影響，當(dāng)單元電容器組內(nèi)部電容器元件因過(guò)電壓而擊穿 或熔絲熔斷時(shí)，該電容器元件即退出運(yùn)行，從而使得電容器組單元等值電容減小。這種減 小，將造成流過(guò)該單元的電流增加，電壓升高，對(duì)非故障電容器元件造成不利影響，甚至導(dǎo) 致惡性循環(huán)。為了防止電容元件出現(xiàn)雪崩損壞，必須對(duì)電容器組支路不平衡電流設(shè)置相應(yīng) 的在線監(jiān)測(cè)保護(hù)措施，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。然而，由于串補(bǔ)裝置、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝置中的電容器 組處于高電位，電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置的供電取能問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)難以解決的技術(shù)難 題。另外，支路電流監(jiān)測(cè)裝置處于高電位，所處電磁環(huán)境惡劣，輸電線路的大電流、高電壓場(chǎng) 強(qiáng)會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)裝置造成較大的電磁干擾，電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置的抗干擾設(shè)計(jì)問(wèn)題，及 處于高電位的監(jiān)測(cè)裝置與地面設(shè)備的通訊問(wèn)題，都是現(xiàn)有技術(shù)難以解決的技術(shù)問(wèn)題。因此， 目前現(xiàn)有技術(shù)中并不存在用于對(duì)電容器組支路不平衡電流進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)保護(hù)的監(jiān)測(cè)裝置。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提供一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置，以 解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的監(jiān)測(cè)裝置供電取能、抗干擾、及與地面設(shè)備通訊等諸多問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)采集電路、CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及無(wú)線收發(fā)電路。所述自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路從高壓線路取得電源并轉(zhuǎn)換輸出直流電壓供給電 流檢測(cè)采集電路及CPU數(shù)據(jù)采集控制電路；電流檢測(cè)采集電路用于采集、處理支路電流瞬 時(shí)值，并輸出至CPU數(shù)據(jù)采集控制電路，所述CPU數(shù)據(jù)采集控制電路用于完成支路不平衡電 流AD (模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，以下簡(jiǎn)稱AD)交流采樣、電流諧波計(jì)算，并經(jīng)無(wú)線收發(fā)電路完成雙向 無(wú)線數(shù)字傳輸。所述自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路包括電流互感器、電壓尖峰吸收電路、輸出電壓反 饋及穩(wěn)壓電路、電源濾波和抗干擾電路及電源轉(zhuǎn)換電路。所述自勵(lì)取能電路互感器輸出端并聯(lián)電壓尖峰吸收電路和雙向可控硅，電路互感 器取得的電能經(jīng)橋式整流輸入到電源濾波和抗干擾電路，其電壓輸出給輸出電壓反饋和穩(wěn) 壓電路，并經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電壓。所述輸出電壓負(fù)反饋和穩(wěn)壓電路包括雙向可控硅及觸發(fā)電路。所述電源濾波和抗干擾電路輸出穩(wěn)定電壓為10V，電源轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電壓為3. 3V。所述電流檢測(cè)采集電路包括電流互感器、測(cè)量電阻、隔直電容、低通濾波器及用于 輸入保護(hù)的二極管、穩(wěn)壓管。所述CPU數(shù)據(jù)采集控制電路用于完成電流的AD交流采集，并進(jìn)行有效值計(jì)算和電 流諧波分析。所述無(wú)線收發(fā)電路為低功耗收發(fā)器件，用于雙向無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，其收發(fā)頻率為 433MHz。采用本實(shí)用新型的高壓電容器組支路電流無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置很好的解決了高電位下 電容器組的監(jiān)測(cè)保護(hù)問(wèn)題，以電容器組故障過(guò)程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據(jù)， 揭示電容器組損壞機(jī)理，以降低電容器組的故障率，對(duì)提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和經(jīng)濟(jì)效益 具有重要意義。同時(shí)，具備以下有益效果1、高電位線路電流自勵(lì)取能和電源轉(zhuǎn)換，提高了裝置的安全性和可靠性；2、采用無(wú)線短距離數(shù)字傳輸，解決了高電位的通訊問(wèn)題；3、裝置電路設(shè)計(jì)采用低功耗芯片設(shè)計(jì)，線路電流自勵(lì)取能電路滿足功率要求；4、采用了多項(xiàng)電磁抗干擾措施，滿足了在大電流、高電壓電磁干擾環(huán)境下可靠工 作的要求；5、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、器件易于選取。
圖1為本實(shí)用新型高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置工作流程圖；圖3為本實(shí)用新型自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路的原理框圖；圖4為本實(shí)用新型電流檢測(cè)采集電路的原理框圖；圖5為本實(shí)用新型CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及無(wú)線收發(fā)電路的原理框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如下電容器組作為擔(dān)負(fù)串補(bǔ)裝置、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝置主要 功能的一次設(shè)備，其性能優(yōu)劣決定了裝置的運(yùn)行可靠性，是最需要保護(hù)的關(guān)鍵部件。電容器組一般由電容器單元組成，電容器單元由多臺(tái)電容器串、并聯(lián)而成。電容器 組的工作應(yīng)不受單個(gè)電容器故障的影響，當(dāng)單元電容器組內(nèi)部電容器元件因過(guò)電壓而擊穿 或熔絲熔斷時(shí)，該電容器元件即退出運(yùn)行，從而使得電容器組單元等值電容減小。這種減 小，將造成流過(guò)該單元的電流增加，電壓升高，對(duì)非故障電容器元件造成不利影響，甚至導(dǎo) 致惡性循環(huán)。為了防止電容元件出現(xiàn)雪崩損壞，本實(shí)用新型對(duì)電容器組支路不平衡電流設(shè) 置相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)保護(hù)措施，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。不平衡電流監(jiān)測(cè)保護(hù)是在運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)監(jiān)測(cè)電容器組橋臂中點(diǎn)連接支路的電 流(不平衡電流)的大小，來(lái)判斷與衡量單元電容器組內(nèi)部電容器元件的運(yùn)行情況。當(dāng)單 元電容器組內(nèi)部完好無(wú)缺時(shí)，在不考慮電容器元件參數(shù)差異、測(cè)量系統(tǒng)誤差時(shí)，其中心連接 支路上的不平衡電流的理論值應(yīng)該為0。當(dāng)內(nèi)部有電容器元件退出運(yùn)行時(shí)，橋臂平衡被破 壞，不平衡電流隨之出現(xiàn)，且這種不平衡電流將隨內(nèi)部電容器元件損壞的個(gè)數(shù)，即不平衡度 的增加而加大。在出現(xiàn)個(gè)別電容器單元或電容器組損壞的情況下，電容器組支路不平衡電 流監(jiān)測(cè)保護(hù)可以確保包括電容器在內(nèi)一次設(shè)備安全。本實(shí)用新型高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置解決了高電位下電容器組的監(jiān)測(cè)保 護(hù)問(wèn)題，以電容器組故障過(guò)程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據(jù)，揭示電容器組損壞 機(jī)理，以降低電容器組的故障率。根據(jù)不同要求，測(cè)量用電流互感器(以下簡(jiǎn)稱CT) 一次側(cè) 測(cè)量可細(xì)化到每個(gè)電容器支路，從而通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)支路不平衡電流有效值計(jì)算和諧波分析， 可以得出具體是電容器組的那條支路的哪個(gè)電容發(fā)生損壞。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型為采用自勵(lì)電源的新型高壓電容器組支路電流無(wú)線監(jiān)測(cè) 裝置，其主要包括自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)采集電路、CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及 無(wú)線收發(fā)電路。本實(shí)用新型無(wú)需采用外加電源的供電方式，而是由自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路，通 過(guò)線路電流取能CT(電流互感器，以下簡(jiǎn)稱CT)直接從位于高電位的高壓線路取得電源，再 經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換電路輸出直流電壓，提供給電流檢測(cè)采集電路和CPU數(shù)據(jù)采集控制電路，實(shí) 現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的供電。電流檢測(cè)采集電路通過(guò)不平衡電流測(cè)量CT檢測(cè)電容器組橋臂中點(diǎn)連 接支路電流(不平衡電流)的瞬時(shí)值，將檢測(cè)信號(hào)處理后輸出至CPU數(shù)據(jù)采集控制電路。 CPU數(shù)據(jù)采集控制電路完成支路不平衡電流AD交流采樣，電流諧波計(jì)算，并經(jīng)無(wú)線收發(fā)電 路完成雙向無(wú)線數(shù)字傳輸。如圖2所示，本實(shí)用新型高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置的工作流程，具體步驟 如下1、取能CT從高壓線路取得能量，經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換電路輸出直流電壓，為整套裝置提 供直流電源；2、電容支路電流測(cè)量CT檢測(cè)支路不平衡電流瞬時(shí)值；3、電流監(jiān)測(cè)采集電路將采集信號(hào)進(jìn)行處理后傳輸至CPU控制電路； 4、CPU控制電路完成電流AD交流采樣；[0042]5、CPU控制電路進(jìn)行電流有效值、諧波分析計(jì)算；6、CPU控制電路將計(jì)算結(jié)果通過(guò)無(wú)線收發(fā)電路，完成信號(hào)的雙向無(wú)線數(shù)字傳輸。圖3至圖5，為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)裝置各電路組成部分的原理圖，
以下結(jié)合附圖詳細(xì) 闡述一下各組成電路的工作原理。如圖3所示，在自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路中，開(kāi)啟式取能CT套在高壓線路上，開(kāi)啟 式取能CT采用低壓電力用電流互感器，由于采用無(wú)線傳輸，其電位為懸浮“虛電位”。這種 設(shè)計(jì)，在本體絕緣設(shè)計(jì)方面節(jié)省大量費(fèi)用，并且易于安裝固定。在取能CT 二次輸出端并聯(lián) 電壓尖峰吸收電路和雙向可控硅Q1，由取能CT從高壓線路上所獲取的電能經(jīng)橋式整流(四 只整流二極管Db4構(gòu)成橋式整流電路)輸入到電源濾波和抗干擾電路，其電壓輸出給雙向 可控硅及觸發(fā)電路構(gòu)成的輸出電壓負(fù)反饋和穩(wěn)壓電路，通過(guò)自動(dòng)控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí) 間來(lái)調(diào)整隨線路電流變化，能量轉(zhuǎn)換比例隨之變化，以實(shí)現(xiàn)電源濾波和抗干擾電路電壓穩(wěn) 定輸出在10V，并經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電壓3. 3V。此部分電路主要完成從一次高壓線路獲取一定的能量，并轉(zhuǎn)換成監(jiān)測(cè)裝置所需要 的電壓，滿足電路功率要求。在該電流檢測(cè)采集電路中，本實(shí)施例中的測(cè)量用CT采用低壓電力用電流互感器， 精度0. 2級(jí)容量5VA，由于采用無(wú)線傳輸，其電位為懸浮“虛電位”，在本體絕緣設(shè)計(jì)方面節(jié) 省大量費(fèi)用，并且易于安裝固定。根據(jù)不同要求，CT 一次側(cè)測(cè)量可細(xì)化到每個(gè)電容器支路。 如圖4所示，電容支路不平衡電流流經(jīng)測(cè)量用CT 一次側(cè)，在電流互感器的二次側(cè)回路上串 聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量電阻R1，電流經(jīng)R1轉(zhuǎn)換為電壓輸出，C1為隔直電容，在C1和R2連接處加一直 流偏置電源，完成雙、單極信號(hào)的轉(zhuǎn)換。電阻R2、R3，電容C2、C3和單電源軌至軌運(yùn)算放大 器構(gòu)成二階低通濾波器。二極管D1，穩(wěn)壓管D2起到輸入保護(hù)作用，保證輸入CPU的AD模塊 的信號(hào)在0-3V以內(nèi)，R4、C4組成低通濾波器濾除電路噪聲，避免串入的高頻干擾使采樣精 度降低。在CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及無(wú)線收發(fā)電路中，如圖5所示，CPU數(shù)據(jù)采集控制單元 完成電流的AD交流采集，并進(jìn)行有效值計(jì)算和電流諧波分析。采用低功耗無(wú)線收發(fā)單元， 實(shí)現(xiàn)雙向無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。收發(fā)頻率為433MHz，通訊距離不低于15米。最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡 管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然 可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改 或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述監(jiān)測(cè)裝置包括自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)采集電路、CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及無(wú)線收發(fā)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路從高壓線路 取得電源并轉(zhuǎn)換輸出直流電壓供給電流檢測(cè)采集電路及CPU數(shù)據(jù)采集控制電路；電流檢測(cè) 采集電路用于采集、處理支路電流瞬時(shí)值，并輸出至CPU數(shù)據(jù)采集控制電路，所述CPU數(shù)據(jù) 采集控制電路用于完成支路不平衡電流AD交流采樣、電流諧波計(jì)算，并經(jīng)無(wú)線收發(fā)電路完 成雙向無(wú)線數(shù)字傳輸。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路包括電流互 感器、電壓尖峰吸收電路、輸出電壓反饋及穩(wěn)壓電路、電源濾波和抗干擾電路及電源轉(zhuǎn)換電 路。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述自勵(lì)取能電路互感器輸出端并聯(lián)電壓 尖峰吸收電路和雙向可控硅，電路互感器取得的電能經(jīng)橋式整流輸入到電源濾波和抗干擾 電路，其電壓輸出給輸出電壓反饋和穩(wěn)壓電路，并經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述輸出電壓負(fù)反饋和穩(wěn)壓電路包括雙向 可控硅及觸發(fā)電路。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述電源濾波和抗干擾電路輸出穩(wěn)定電壓 為10V，電源轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定電壓為3. 3V。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電流檢測(cè)采集電路包括電流互感器、測(cè) 量電阻、隔直電容、低通濾波器及用于輸入保護(hù)的二極管、穩(wěn)壓管。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述CPU數(shù)據(jù)采集控制電路用于完成電流 的AD交流采集，并進(jìn)行有效值計(jì)算和電流諧波分析。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述無(wú)線收發(fā)電路為低功耗收發(fā)器件，用于 雙向無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，其收發(fā)頻率為433MHz。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路、電流檢測(cè)采集電路、CPU數(shù)據(jù)采集控制電路及無(wú)線收發(fā)電路；自勵(lì)取能及電源轉(zhuǎn)換電路從高壓線路取得能量并轉(zhuǎn)換輸出直流電壓；電流檢測(cè)采集電路采集電流瞬時(shí)值，并輸出至CPU數(shù)據(jù)采集控制電路，用于完成支路不平衡電流AD交流采樣、電流諧波計(jì)算，并經(jīng)無(wú)線收發(fā)電路完成雙向無(wú)線數(shù)字傳輸。該監(jiān)測(cè)裝置解決了高電位下電容器組的監(jiān)測(cè)保護(hù)問(wèn)題，以電容器組故障過(guò)程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據(jù)，揭示電容器組損壞機(jī)理，以降低電容器組的故障率，對(duì)提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
文檔編號(hào)G08C17/02GK201607482SQ20102011783
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者唐宗華, 宣黎鑫 申請(qǐng)人:北京國(guó)能子金電氣技術(shù)有限公司