本發(fā)明涉及一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置。

背景技術(shù)：

目前在±800kv靈紹直流工程靈州換流站，交流側(cè)在國(guó)內(nèi)首次采用750kv系統(tǒng)直接接入交流濾波器(或并聯(lián)電容器)，直流采用±800kv直流濾波器；電容器投運(yùn)前及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中故障跳閘檢修后，需要對(duì)電容器塔進(jìn)行不平衡電流檢測(cè)，確保不平衡電流在極小的范圍內(nèi)，即所謂的橋臂配平，電容器在設(shè)備出廠前配平，是在比較理想情況下(單只電容值測(cè)試精度高)，理論計(jì)算配平，較為準(zhǔn)確。但實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于故障損壞或運(yùn)行老化，單只電容器測(cè)試存在較大誤差，單純采用理論計(jì)算進(jìn)行橋臂配平不準(zhǔn)確，往往存在較大誤差。通常在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，采用理論計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行不平衡電流測(cè)試調(diào)整，其中不平衡電流測(cè)試較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行單只合格電容器在橋臂之間的相互調(diào)整，使不平衡電流達(dá)到理想的最優(yōu)，現(xiàn)場(chǎng)解決該問(wèn)題的傳統(tǒng)方法完全采用人為根據(jù)情況進(jìn)行估算的方法，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且無(wú)法達(dá)到最理想化的最小值。

特別是有些時(shí)候，檢修人員更換故障電容器投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)不平衡電流值常常還是會(huì)很大(或者說(shuō)不是一種最優(yōu)的組合)，但實(shí)際每一只電容器可能均未超標(biāo)，這時(shí)就需要檢修人員進(jìn)行電容器塔橋臂配平工作。在實(shí)際工作中，電容器配平工作量很大，主要是依靠檢修人員工作經(jīng)驗(yàn)和不平衡電流變化趨勢(shì)來(lái)調(diào)整電容器位置，這種檢修方法，不僅工作繁瑣，而且具有不確定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，能夠提高試驗(yàn)效率，真正實(shí)現(xiàn)了電容器不平衡電流調(diào)整的高效化、自動(dòng)化和智能化。

一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，其特別之處在于：包括微控制器，該微控制器通過(guò)不平衡電流測(cè)量電路與第一探頭連接，該微控制器還通過(guò)電容測(cè)量電路與第二探頭連接，該微控制器還與正弦信號(hào)發(fā)生電路連接，從而產(chǎn)生正弦波信號(hào)然后經(jīng)功率放大后施加在電容器塔的橋臂兩端。

其中不平衡電流測(cè)量電路包括依次連接的差分放大電路、濾波器和有效值轉(zhuǎn)換電路。

其中電容測(cè)量電路采用產(chǎn)生方波的多諧振蕩器電路。

其中正弦信號(hào)發(fā)生電路由依次連接的波形發(fā)生器和后級(jí)放大電路組成。

其中微控制器還分別與無(wú)線通信模塊和人機(jī)界面連接。

采用本發(fā)明的裝置后，一次調(diào)整即可滿足要求，大大減少了檢修人員的工作量，提高試驗(yàn)效率，真正實(shí)現(xiàn)了電容器不平衡電流調(diào)整的高效化、自動(dòng)化和智能化。本發(fā)明裝置是一種融合了數(shù)據(jù)測(cè)試，記錄、試驗(yàn)、給出最優(yōu)的調(diào)整策略于一體的便攜式儀器，減少檢修工作量，提高試驗(yàn)效率，保障直流輸電工程的運(yùn)行安全。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的邏輯原理框圖；

附圖2為本發(fā)明中不平衡電流測(cè)量電路的邏輯原理框圖；

附圖3為本發(fā)明中電容測(cè)量電路的原理圖；

附圖4為本發(fā)明中正弦信號(hào)發(fā)生電路的原理圖；

附圖5為本發(fā)明的配平方法流程圖；

附圖6為本發(fā)明裝置與電容器塔接線原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至6所示，本發(fā)明提供了一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，包括微控制器，該微控制器通過(guò)不平衡電流測(cè)量電路與第一探頭連接從而采集電容器塔橋臂中間節(jié)點(diǎn)的不平衡電流，該微控制器還通過(guò)電容測(cè)量電路與第二探頭連接從而得到振蕩電路產(chǎn)生的方波信號(hào)，該微控制器還與正弦信號(hào)發(fā)生電路連接從而產(chǎn)生1khz的正弦波信號(hào)，經(jīng)功率放大至36v有效值電壓，通過(guò)輸出接口施加在電容器塔的橋臂兩端。該信號(hào)為外施電壓信號(hào)，加在電容器塔兩端，當(dāng)電容器塔橋臂不平衡時(shí)，即可產(chǎn)生不平衡電流。如圖6所示，第一探頭接在1和2兩點(diǎn)，第二探頭接在5和6兩點(diǎn)，正弦信號(hào)發(fā)生電路的輸出接在3和4兩點(diǎn)。

其中不平衡電流測(cè)量電路包括依次連接的差分放大電路、濾波器和有效值轉(zhuǎn)換電路(將交流信號(hào)轉(zhuǎn)成直流信號(hào))。其中電容測(cè)量電路采用產(chǎn)生方波的多諧振蕩器電路。其中正弦信號(hào)發(fā)生電路由依次連接的波形發(fā)生器和后級(jí)放大電路組成。另外微控制器還分別與無(wú)線通信模塊和人機(jī)界面連接。

本發(fā)明提出一種全新的交直流電容塔不平衡電流配平裝置，基本思路是將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與理論計(jì)算相結(jié)合，以不平衡電流最小為目標(biāo)函數(shù)，軟件采用優(yōu)化算法自動(dòng)計(jì)算出電容器調(diào)整方案，根據(jù)此方案手動(dòng)調(diào)換電容器位置，一次調(diào)整即可滿足要求，大大減少了檢修人員的工作量。

測(cè)量裝置硬件系統(tǒng)框圖如附圖1所示，電容測(cè)量電路將測(cè)得電容容值數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理并通過(guò)wifi模塊發(fā)送至上位機(jī)軟件；單片機(jī)可通過(guò)讀寫(xiě)命令，控制正弦信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生1khz的正弦波信號(hào)，經(jīng)功率放大至36v有效值電壓，通過(guò)輸出接口加載在電容器塔的橋臂兩端，電容橋臂產(chǎn)生的不平衡電流由bnc探頭引入到測(cè)量電路，經(jīng)高通濾波器對(duì)工頻干擾信號(hào)進(jìn)行衰減，將測(cè)量的不平衡電流進(jìn)行有效值轉(zhuǎn)換，利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的12位ad轉(zhuǎn)換器將測(cè)量到的不平衡電流值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算后將不平衡電流及不平衡電流用彩屏顯示出來(lái)。上位機(jī)將電容器塔每個(gè)橋臂的電容值與實(shí)測(cè)的不平衡電流相結(jié)合，采用智能尋優(yōu)算法，以不平衡電流最小為目標(biāo)函數(shù)，給出最佳的電容調(diào)整方案。

不平衡電流測(cè)量電路：在電容器塔兩端加高頻交流電壓時(shí)，電容器塔橋臂中間節(jié)點(diǎn)的不平衡電流一般在微安級(jí)，所以需要高精密的差分放大器獲取橋臂兩端的電壓，且差分放大器的共模抑制比高，輸入阻抗大，對(duì)橋臂兩端不會(huì)產(chǎn)生影響，實(shí)現(xiàn)較好的阻抗匹配。從差分放大器輸出的信號(hào)經(jīng)濾波器濾除工頻干擾之后，再進(jìn)行有效值轉(zhuǎn)換，原理框圖如附圖2所示。

電容測(cè)量電路：電容值測(cè)量的方案采用了如圖3中555定時(shí)器產(chǎn)生方波的多諧振蕩器電路，將被測(cè)電容接入該測(cè)量電路中，定時(shí)器3腳輸出高電平且電源同時(shí)通過(guò)r3和r4向被測(cè)電容充電，當(dāng)電容上的電壓達(dá)到了定時(shí)器6腳的閥值電壓即2/3倍電源電壓時(shí)，定時(shí)器7腳將進(jìn)行放電，3腳輸出低電平，當(dāng)電容的電壓降至定時(shí)器6腳閥門(mén)電壓即電源電壓的1/3倍時(shí)，3腳又翻轉(zhuǎn)為高電平，同時(shí)電源又經(jīng)r3和r4向電容充放電，周而復(fù)始進(jìn)行振蕩。硬件實(shí)現(xiàn)電路圖如附圖3所示。

正弦信號(hào)發(fā)生電路：波形發(fā)生采用數(shù)字dds芯片ml2036s，內(nèi)部集成了spi接口，單片機(jī)通過(guò)spi通信方式讀寫(xiě)ml2036s寄存器，可以對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行波形、頻率、相位參數(shù)在線可編程。外部的12mhz晶振，為dds芯片產(chǎn)生固定12mhz的高頻基準(zhǔn)信號(hào)。輸出信號(hào)經(jīng)運(yùn)放op07組成同向比例增益可調(diào)放大電路，圖中r7、r8及rp電位器構(gòu)成電壓負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，電位器rp主要用于調(diào)節(jié)輸出電壓的幅度。硬件實(shí)現(xiàn)電路圖如附圖4所示。

本發(fā)明裝置可用于換流站電容器塔橋臂平衡調(diào)整，可以達(dá)到以下功能：具備對(duì)電容器塔單只電容器的容值測(cè)量功能，自動(dòng)給出單只電容器電容值，并自動(dòng)記錄；在進(jìn)行不平衡電流測(cè)試時(shí)，可選用不同頻率的信號(hào)源進(jìn)行試驗(yàn)信號(hào)注入，減少現(xiàn)場(chǎng)干擾；對(duì)交直流電容器塔進(jìn)行不平衡測(cè)試，自動(dòng)輸出實(shí)測(cè)不平衡電流；自動(dòng)給出調(diào)整方式(即最優(yōu)的電容器調(diào)整方案)。將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與理論計(jì)算相結(jié)合，自動(dòng)給出電容器塔不平衡電流最小的調(diào)整方案，一次調(diào)整即可滿足要求，提高檢修效率，減少換流站停運(yùn)時(shí)間。

本發(fā)明的使用方法和工作原理是：

如圖5所示，首先測(cè)量每一只電容器的電容值，整個(gè)電容器塔測(cè)完后生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件，軟件根據(jù)優(yōu)化算法調(diào)整電容器位置，利用不平衡電流計(jì)算公式，計(jì)算出不平衡電流的理論值，如果該值小于不平衡電流報(bào)警值，則輸出調(diào)整方案。檢修人員根據(jù)調(diào)整方案交換電容器位置，然后再實(shí)測(cè)不平衡電流值，如果實(shí)測(cè)值滿足要求，則調(diào)整結(jié)束。

傳統(tǒng)的測(cè)試方法采用調(diào)壓器加400v工頻電壓于電容器塔，本發(fā)明采用36v高頻電壓測(cè)試不平衡電流，既提高了測(cè)試安全性，而且大大減小了工頻磁場(chǎng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，大大提高測(cè)試精度。電容器塔不平衡電流配平的傳統(tǒng)方法完全采用人為估算的方法，配平過(guò)程需要反復(fù)進(jìn)行，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且無(wú)法達(dá)到最理想化的最小值。本發(fā)明一次調(diào)整即可達(dá)到最小不平衡電流，大大減少了換流站停運(yùn)時(shí)間。