專利名稱：利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種供配電系統(tǒng)中自動跟蹤補償和接地時選線定位的保護裝置。
背景技術(shù)：
消弧線圈的自動跟蹤補償技術(shù)，又稱為諧振接地技術(shù)，是近年來出現(xiàn)的一項新興技術(shù)。它應(yīng)用于6～66kV供配電系統(tǒng)中，利用電感量可調(diào)的消弧線圈對系統(tǒng)接地電容電流進行跟蹤補償，使接地零序電流的量值大大減小，(小于補償前的10％)從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，該項技術(shù)是提高電力系統(tǒng)供電的可靠性、安全性減少經(jīng)濟損失的重要手段。目前國內(nèi)外對該項技術(shù)的研究，主要集中在消弧線圈的調(diào)感方式方面，已經(jīng)發(fā)展出了抽頭調(diào)節(jié)式、氣隙調(diào)節(jié)式、助磁調(diào)節(jié)式、并聯(lián)電容調(diào)節(jié)式和利用電力電子技術(shù)調(diào)節(jié)等幾種調(diào)感方式。而在電容電流的跟蹤測量方式方面，雖然有一些研究，提出了節(jié)點方程法、狀態(tài)比較法、相角控制法、變頻信號法等一些算法，但使用的效果都不是十分理想，算法比較復(fù)雜、計算精度較差，從而導(dǎo)致跟蹤補償?shù)男Ч^差。
接地選線定位技術(shù)，是在系統(tǒng)出現(xiàn)不能自動消除的永久性故障時，自動找出接地的線路，自動或手動地找到接地點的位置，以便及時修復(fù)和處理，它也是提高供電可靠性、減少接地故障經(jīng)濟損失的重要技術(shù)手段。
目前這兩項技術(shù)均已經(jīng)在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用，但應(yīng)用的效果并不十分理想，跟蹤補償技術(shù)中的主要問題是無法精確地估算、測量出接地電流，從而難以得到理想的補償效果。選線定位的主要問題是選線準(zhǔn)確率不高、多數(shù)裝置尚不具備接地定位功能。國內(nèi)外目前采用的方法大多為零序電流法、零序方向法、暫態(tài)分量法和有功分量法等，它們的共同特點就是都是直接利用接地故障所引起的電氣量的變化來實現(xiàn)接地選線。但是在小電流接地系統(tǒng)中，特別是采用消弧線圈跟蹤補償以后，系統(tǒng)單相接地時并沒有十分明顯的故障特征，可用的信息量非常少，用上述方法構(gòu)成的選線保護難以保證有較高的正確選線率，也無法實現(xiàn)接地點的測距、定位。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型就是為了解決上述問題，提供一種通過消弧線圈進行自動跟蹤補償并能在電網(wǎng)接地時選線定位的裝置，它可迅速檢測出接地故障線路和故障點，從而降低接地故障損失。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下技術(shù)方案一種利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是它由信號發(fā)生器、信號處理控制器、定位探測器組成，其中所述信號發(fā)生器與所述信號處理控制器聯(lián)接，其信號輸出端與消弧線圈的二次側(cè)聯(lián)接，通過消弧線圈向電網(wǎng)注入信號電流；所述信號處理控制器分別與電網(wǎng)母線零序互感器CT和母線PT的開口三角N-L端聯(lián)接，分別提取信號發(fā)生器注入電網(wǎng)的電流信號I和電壓信號V，以控制調(diào)整消弧線圈的補償電感量；電網(wǎng)發(fā)生接地后，母線PT的開口三角N-L兩端電壓突變?yōu)榫€電壓，信號處理控制器停止對消弧線圈的補償控制，選定接地相并再次啟動向電網(wǎng)注入信號電流，信號探測器對該注入信號電流尋蹤定位。
所述信號發(fā)生器由電源整流模塊、PWM脈寬調(diào)制模塊和功率放大輸出模塊組成，它的PWM脈寬調(diào)制模塊與消弧線圈二次側(cè)和信號處理控制器聯(lián)接；PWM脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生一基波頻率f處于工頻的n次諧波與n+1次諧波之間的信號電流，實時地通過功率放大模塊將該信號電流送入消弧線圈二次側(cè)。
所述信號處理控制器包括由DSP芯片、單片機組成的信號處理器、消弧線圈電感量控制器和信號檢測回路；其中，DSP芯片與電網(wǎng)母線零序互感器CT和母線PT的開口三角N-L端聯(lián)接，組成信號檢測回路，并將采集的電流信號I和電壓信號U進行數(shù)字濾波和全周傅氏運算，并將計算所得的分布電容值結(jié)果送到單片機；單片機將分布電容值和消弧線圈的電感值比較計算，通過消弧線圈電感量控制器調(diào)整消弧線圈的補償電感量，使電網(wǎng)處于略顯感性的臨界諧振狀態(tài)；在電網(wǎng)發(fā)生接地后，單片機根據(jù)采集的電壓信號，控制信號發(fā)生器的信號輸出。
所述定位探測器為手持式，由DSP芯片數(shù)字過濾模塊、直流電源模塊、接受天線、信號放大模塊、信號顯示模塊組成，其接受天線接受電網(wǎng)中注入信號電流產(chǎn)生的無線信號，將其送入DSP芯片數(shù)字過濾模塊，由DSP芯片數(shù)字過濾模塊對信號進行分析計算尋蹤定位。
所述單片機型號為P89CC61X2AB；所述DSP芯片型號為TMS320VC5402。
本實用新型利用了消弧線圈的補償作用，通過信號器向其注入信號電流進行檢測實現(xiàn)的了補償電流的自動跟蹤和實時調(diào)整，利用定位探測器可即時確定故障點。其有益效果為(1)通過將跟蹤補償控制和接地選線定位一體化，將原來兩套裝置才能完成的功能由一套裝置來完成，從而可以簡化變電站的二次設(shè)計，減少占地面積和設(shè)備投資；(2)信號從消弧線圈的二次線圈注入，無需增加專用的輔助設(shè)備，對現(xiàn)有一、二次電氣設(shè)備的運行也不會產(chǎn)生影響；(3)整個裝置具有比較完善的自檢手段，自身工作的可靠性較高。在中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用自動跟蹤補償技術(shù)后，電容電流測量誤差小于2％；補償殘余電流小于2A；選線正確率100％；定位誤差小于10米；電源功耗小于200W；電源電壓范圍180V～240V。該裝置可使大多數(shù)的瞬時性接地故障自動消除，從而使接地故障的次數(shù)大為減小(瞬時性故障占故障總數(shù)的80％以上)，接地故障造成的經(jīng)濟損失大幅度降低，采用自動選線和定位技術(shù)后，可使永久性接地故障的處理速度大為加快，故障停電時間縮短，也可較大幅度地降低故障損失。中等規(guī)模的供電企業(yè)采用該兩項技術(shù)后，每年可減少接地損失可達數(shù)百萬元。


圖1為本實用新型工作原理圖；圖2為本實用新型的信號器原理圖；圖3為信號處理器中單片機原理圖；圖4為信號處理器中DSP芯片的原理圖；圖5信號檢測回路原理圖；圖6為繼電器控制回路原理圖；圖7為定位探測器原理圖。
具體實施方式
圖1中，電網(wǎng)經(jīng)消弧線圈4接地，消弧線圈4為電感可調(diào)式，其二次側(cè)與信號發(fā)生器1聯(lián)接，信號發(fā)生器1原理圖如圖2所示，它包括電源整流模塊5、PWM脈寬調(diào)制模塊6和功率放大輸出模塊7組成，其中PWM脈寬調(diào)制模塊6與消弧線圈4的二次側(cè)和信號處理控制器2聯(lián)接；PWM脈寬調(diào)制模塊6產(chǎn)生一基波頻率f處于工頻的n次諧波與n+1次諧波之間的信號電流，實時的通過功率放大輸出模塊7將注入電網(wǎng)。
信號處理控制器2包括由DSP芯片和單機機組成的信號處理器8、消弧線圈電感量控制器9、信號檢測回路10，如圖3、圖4、圖5、圖6所示。其中，信號處理器8由DSP芯片和單片機組成，兩者通過I2C總線進行數(shù)據(jù)交換，如圖3、圖4所示，型號為TMS320VC5402的DSP芯片通過信號檢測電路16與電網(wǎng)母線零序互感器CT端聯(lián)接，單片機經(jīng)信號檢測電路16與母線PT的開口三角N-L端聯(lián)接，兩檢測電路16共同組成信號檢測回路10，如圖5所示，檢測電路16由數(shù)量與消弧線圈4的抽頭數(shù)相應(yīng)的三極管差動放大電路組成，當(dāng)然該電路并非唯一的，能夠檢測電流和電壓的任何公知電路均可組成該檢測電路16，它將采集的電流信號I和電壓信號U、Ua、Ub、Uc經(jīng)型號為HEADER 8X2的集成電路接入A/D轉(zhuǎn)換器MAX125的各模擬輸入口，再經(jīng)I2C總線與DSP芯片相連，由DSP芯片進行數(shù)字濾波和全周傅氏運算，計算所得的分布電容結(jié)果送到單片機；單片機型號為P89CC61X2AB，它將取得的電容數(shù)據(jù)及各路電壓數(shù)據(jù)分析是否發(fā)生接地故障，如發(fā)生接地故障則顯示接地相并提示進行接地選線工作；如沒有則把所取得的分布電容數(shù)據(jù)與內(nèi)部所存儲的消弧線圈電感量進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過P1.0、P1.2、P1.3、P1.4發(fā)出控制命令，經(jīng)過74LS145譯碼器給消弧線圈電感量控制器9中的各繼電器發(fā)出命令控制消弧線圈電感的投入量，使電網(wǎng)處于臨界諧振狀態(tài)，完成自動補償控制。
消弧線圈電感量控制器9如圖6所示，它由數(shù)量與消弧線圈4的抽頭數(shù)量相應(yīng)的繼電器組成，當(dāng)然該電路還可由其具有相同功能的其它公知電路組成，其形式不是唯一的。每個繼電器與一抽頭聯(lián)接，并與一個二極管并聯(lián)，各繼電器與相應(yīng)單片機的輸出端聯(lián)接，各繼電器的相應(yīng)開關(guān)可根據(jù)單片機的信號開閉，從而調(diào)整消弧線圈4的電感量，實現(xiàn)接地電流的自動跟蹤補償。
在電網(wǎng)發(fā)生接地后，單片機根據(jù)采集的電壓信號，控制信號器的信號輸出。
圖7為定位探測器原理圖。它為手持式，由DSP芯片數(shù)字過濾模塊11、直流電源模塊12、接受天線13、信號放大模塊14、信號顯示模塊15組成，接受天線13接受電網(wǎng)中信號電流產(chǎn)生的無線信號，送入DSP芯片數(shù)字過濾模塊11，由該模塊進行計算后進行跟蹤定位。
本實用新型的工作原理為信號發(fā)生器1產(chǎn)生一特定頻率的電流信號，實時的經(jīng)消弧線圈4的二次側(cè)注入電網(wǎng)，與信號處理控制器2聯(lián)接的檢測電路16分別與電網(wǎng)母線零序互感器CT端和母線開口三角PT的N-L端聯(lián)接，共同組成信號檢測回路10。信號處理控制器2是由DSP芯片和單片機構(gòu)成，信號檢測回路10與DSP芯片聯(lián)接，由該芯片進行數(shù)字濾波和全周傅氏運算，并將計算所得的分布電容值結(jié)果送到單片機；單片機將分布電容值和消弧線圈的電感值比較計算，通過繼電器控制電路調(diào)整消弧線圈的補償電感，使電網(wǎng)處于臨界諧振狀態(tài)，實現(xiàn)了自動跟蹤補償?shù)淖饔?，其中繼電器控制回路由與消弧線圈抽頭相接的繼電器構(gòu)成，以對消弧線圈的電感量進行控制。
當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)接地時，母線PT的開口三角N-L兩端電壓突變?yōu)榫€電壓，接地相電壓徒降，即電壓信號采集端所采A、B、C其中的一相，系統(tǒng)裝置停止對消弧線圈的補償控制，選定接地相并再次啟動向系統(tǒng)注入信號電流，定位探測器的接受天線接受該注入信號電流產(chǎn)生的信號后，根據(jù)信號探測器顯示大小和有無來確定出故障點的位置。
權(quán)利要求1.一種利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是它由信號發(fā)生器(1)、信號處理控制器(2)、定位探測器(3)組成，其中所述信號發(fā)生器(1)與所述信號處理控制器(2)聯(lián)接，其信號輸出端與消弧線圈(4)的二次側(cè)聯(lián)接，通過消弧線圈(4)向電網(wǎng)注入信號電流；所述信號處理控制器(2)分別與電網(wǎng)母線零序互感器CT和母線PT的開口三角N-L端聯(lián)接，分別提取信號發(fā)生器(1)注入電網(wǎng)的電流信號I和電壓信號V，以控制調(diào)整消弧線圈(4)的補償電感量；電網(wǎng)發(fā)生接地后，母線PT的開口三角N-L兩端電壓突變?yōu)榫€電壓，信號處理控制器(2)停止對消弧線圈(4)的補償控制，選定接地相并再次啟動向電網(wǎng)注入信號電流，信號探測器(3)對該注入信號電流尋蹤定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是所述信號發(fā)生器(1)由電源整流模塊(5)、PWM脈寬調(diào)制模塊(6)和功率放大輸出模塊(7)組成，它的PWM脈寬調(diào)制模塊(6)與消弧線圈(4)二次側(cè)和信號處理控制器(2)聯(lián)接；PWM脈寬調(diào)制模塊(6)產(chǎn)生一基波頻率f處于工頻的n次諧波與n+1次諧波之間的信號電流，實時地通過功率放大模塊將該信號電流送入消弧線圈(4)二次側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是所述信號處理控制器(2)包括由DSP芯片、單片機組成的信號處理器(8)、消弧線圈電感量控制器(9)和信號檢測回路(10)；其中，DSP芯片與電網(wǎng)母線零序互感器CT和母線PT的開口三角N-L端聯(lián)接，組成信號檢測回路(10)，并將采集的電流信號I和電壓信號U進行數(shù)字濾波和全周傅氏運算，并將計算所得的分布電容值結(jié)果送到單片機；單片機將分布電容值和消弧線圈(4)的電感值比較計算，通過消弧線圈電感量控制器(9)調(diào)整消弧線圈(4)的補償電感量，使電網(wǎng)處于略顯感性的臨界諧振狀態(tài)；在電網(wǎng)發(fā)生接地后，單片機根據(jù)采集的電壓信號，控制信號發(fā)生器(1)的信號輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是所述定位探測器(3)為手持式，由DSP芯片數(shù)字過濾模塊(11)、直流電源模塊(12)、接受天線(13)、信號放大模塊(14)、信號顯示模塊(15)組成，其接受天線(13)接受電網(wǎng)中注入信號電流產(chǎn)生的無線信號，將其送入DSP芯片數(shù)字過濾模塊(11)，由DSP芯片數(shù)字過濾模塊(11)對信號進行分析計算尋蹤定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置，其特征是所述單片機型號為P89CC61X2AB；所述DSP芯片型號為TMS320VC5402。
專利摘要本實用新型公開了一種利用消弧線圈的自動跟蹤補償和接地選線定位裝置。它解決了目前在供配電系統(tǒng)中，跟蹤補償效果差，不易找出接地點的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用效果好等優(yōu)點。它由信號發(fā)生器、信號處理控制器、定位探測器組成，信號發(fā)生器與信號處理控制器聯(lián)接，輸出端與消弧線圈二次側(cè)聯(lián)接，通過消弧線圈向電網(wǎng)注入信號電流；信號處理控制器與電網(wǎng)母線零序互感器CT和母線PT開口三角N－L端聯(lián)接，提取信號發(fā)生器注入電網(wǎng)的電流信號和電壓信號，調(diào)整消弧線圈的補償電感量；電網(wǎng)接地后，母線PT的開口三角N－L兩端電壓突變?yōu)榫€電壓，信號處理控制器停止補償，選定接地相并再次啟動向電網(wǎng)注入信號電流，信號探測器對該注入信號電流尋蹤定位。
文檔編號H02J3/00GK2802517SQ200520083189
公開日2006年8月2日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者李洪濤, 潘貞存, 劉振伶, 顧士友, 王勇煥 申請人:濟南富吉電氣有限公司, 中國石化集團河南石油勘探局水電廠