專利名稱：一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電流監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種應用于電力系統(tǒng)中的高壓懸浮電位
下高壓電容器組支路電流的無線監(jiān)測裝置。
背景技術：
隨著我國電網西電東送、南北互供和全國聯(lián)網戰(zhàn)略的實施，電網建設不斷加強。為 提高電網穩(wěn)定水平，增大線路的輸電能力，增強電網短路電流水平，串聯(lián)補償電容裝置和電 網動態(tài)無功補償技術及短路故障限流技術日漸受到各方的重視，一些大區(qū)電網都在規(guī)劃和 建設這類工程項目。 其中，電容器組作為擔負串補裝置、動態(tài)無功補償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝 置主要功能的一次設備，其性能優(yōu)劣決定了裝置的運行可靠性，是最需要保護的關鍵部件。
在裝設有串補裝置、動態(tài)無功補償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝置的線路中，當 線路發(fā)生故障或是相鄰線路發(fā)生故障，電流流過電容器組，在電容器兩端產生較高的電壓， 容易致使電容器組損壞。為了防止在故障電流情況下，電容器組兩端的過電壓造成電容器 的損壞，目前通用的過壓保護方法是在電容器兩端并聯(lián)MOV(金屬氧化物限壓器，為Metal Oxide Varistor的英文縮寫，以下簡稱MOV)對電容器進行保護。當電容器電壓達到保護水 平時，MOV限制電容器兩端的電壓的升高，可以保護電容器不受損壞。電容器上能承受短時 間的過負荷而不受損壞，然而隨著過負荷時間的延長，可能導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，電容器單元由多臺電容器串、并聯(lián)而成。電容器 組的工作應不受單個電容器故障的影響，當單元電容器組內部電容器元件因過電壓而擊穿 或熔絲熔斷時，該電容器元件即退出運行，從而使得電容器組單元等值電容減小。這種減 小，將造成流過該單元的電流增加，電壓升高，對非故障電容器元件造成不利影響，甚至導 致惡性循環(huán)。為了防止電容元件出現(xiàn)雪崩損壞，必須對電容器組支路不平衡電流設置相應 的在線監(jiān)測保護措施，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。 然而，由于串補裝置、動態(tài)無功補償裝置和串聯(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)測裝置的供電取能問題是現(xiàn)有技術難以解決的技術難 題。另外，支路電流監(jiān)測裝置處于高電位，所處電磁環(huán)境惡劣，輸電線路的大電流、高電壓場 強會對監(jiān)測裝置造成較大的電磁干擾，電容器組支路電流監(jiān)測裝置的抗干擾設計問題，及 處于高電位的監(jiān)測裝置與地面設備的通訊問題，都是現(xiàn)有技術難以解決的技術問題。因此， 目前現(xiàn)有技術中并不存在用于對電容器組支路不平衡電流進行在線監(jiān)測保護的監(jiān)測裝置。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置，以解決
現(xiàn)有技術中存在的監(jiān)測裝置供電取能、抗干擾、及與地面設備通訊等諸多問題。 為解決上述問題，本發(fā)明提供以下技術方案 —種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括自勵取能及電源轉換電
3路、電流檢測采集電路、CPU數(shù)據采集控制電路及無線收發(fā)電路。 所述自勵取能及電源轉換電路從高壓線路取得電源并轉換輸出直流電壓供給電 流檢測采集電路及CPU數(shù)據采集控制電路；電流檢測采集電路用于采集、處理支路電流瞬
時值，并輸出至CPU數(shù)據采集控制電路，所述CPU數(shù)據采集控制電路用于完成支路不平衡電 流AD (模擬數(shù)字轉換，以下簡稱AD)交流采樣、電流諧波計算，并經無線收發(fā)電路完成雙向 無線數(shù)字傳輸。 所述自勵取能及電源轉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換電路。 所述自勵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，并經電源轉換電路輸出穩(wěn)定電壓。 所述輸出電壓負反饋和穩(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，電源轉換電路輸出穩(wěn)定電壓為
3. 3V。 所述電流檢測采集電路包括電流互感器、測量電阻、隔直電容、低通濾波器及用于 輸入保護的二極管、穩(wěn)壓管。 所述CPU數(shù)據采集控制電路用于完成電流的AD交流采集，并進行有效值計算和電 流諧波分析。 所述無線收發(fā)電路為低功耗收發(fā)器件，用于雙向無線數(shù)據傳輸，其收發(fā)頻率為 433MHz。 采用本發(fā)明的高壓電容器組支路電流無線監(jiān)測裝置很好的解決了高電位下電容 器組的監(jiān)測保護問題，以電容器組故障過程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據，揭示 電容器組損壞機理，以降低電容器組的故障率，對提高電網安全運行水平和經濟效益具有 重要意義。同時，具備以下有益效果 1 、高電位線路電流自勵取能和電源轉換，提高了裝置的安全性和可靠性；
2、采用無線短距離數(shù)字傳輸，解決了高電位的通訊問題； 3、裝置電路設計采用低功耗芯片設計，線路電流自勵取能電路滿足功率要求；
4、采用了多項電磁抗干擾措施，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、電路實現(xiàn)簡單、成本低、器件易于選取。
圖1為本發(fā)明高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置總體結構示意圖；
圖2為本發(fā)明高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置工作流程圖；
圖3為本發(fā)明自勵取能及電源轉換電路的原理框圖；
圖4為本發(fā)明電流檢測采集電路的原理框圖； 圖5為本發(fā)明CPU數(shù)據采集控制電路及無線收發(fā)電路的原理框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置。本發(fā)明的具體實施方式
如 下 電容器組作為擔負串補裝置、動態(tài)無功補償裝置和串聯(lián)諧振型故障限流裝置主要 功能的一次設備，其性能優(yōu)劣決定了裝置的運行可靠性，是最需要保護的關鍵部件。
電容器組一般由電容器單元組成，電容器單元由多臺電容器串、并聯(lián)而成。電容器 組的工作應不受單個電容器故障的影響，當單元電容器組內部電容器元件因過電壓而擊穿 或熔絲熔斷時，該電容器元件即退出運行，從而使得電容器組單元等值電容減小。這種減 小，將造成流過該單元的電流增加，電壓升高，對非故障電容器元件造成不利影響，甚至導 致惡性循環(huán)。為了防止電容元件出現(xiàn)雪崩損壞，本發(fā)明對電容器組支路不平衡電流設置相 應的在線監(jiān)測保護措施，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。 不平衡電流監(jiān)測保護是在運行狀態(tài)下，通過監(jiān)測電容器組橋臂中點連接支路的電 流(不平衡電流)的大小，來判斷與衡量單元電容器組內部電容器元件的運行情況。當單 元電容器組內部完好無缺時，在不考慮電容器元件參數(shù)差異、測量系統(tǒng)誤差時，其中心連接 支路上的不平衡電流的理論值應該為0。當內部有電容器元件退出運行時，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部電容器元件損壞的個數(shù)，即不平衡度 的增加而加大。在出現(xiàn)個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)測保護可以確保包括電容器在內 一次設備安全。 本發(fā)明高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置解決了高電位下電容器組的監(jiān)測保護問
題，以電容器組故障過程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據，揭示電容器組損壞機
理，以降低電容器組的故障率。根據不同要求，測量用電流互感器(以下簡稱CT) 一次側測
量可細化到每個電容器支路，從而通過對監(jiān)測支路不平衡電流有效值計算和諧波分析，可
以得出具體是電容器組的那條支路的哪個電容發(fā)生損壞。 下面結合附圖與具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。 如圖l所示，本發(fā)明為采用自勵電源的新型高壓電容器組支路電流無線監(jiān)測裝 置，其主要包括自勵取能及電源轉換電路、電流檢測采集電路、CPU數(shù)據采集控制電路及無 線收發(fā)電路。 本發(fā)明無需采用外加電源的供電方式，而是由自勵取能及電源轉換電路，通過線 路電流取能CT(電流互感器，以下簡稱CT)直接從位于高電位的高壓線路取得電源，再經過 電源轉換電路輸出直流電壓，提供給電流檢測采集電路和CPU數(shù)據采集控制電路，實現(xiàn)監(jiān) 測裝置的供電。電流檢測采集電路通過不平衡電流測量CT檢測電容器組橋臂中點連接支 路電流(不平衡電流)的瞬時值，將檢測信號處理后輸出至CPU數(shù)據采集控制電路。CPU數(shù) 據采集控制電路完成支路不平衡電流AD交流采樣，電流諧波計算，并經無線收發(fā)電路完成 雙向無線數(shù)字傳輸。 如圖2所示，本發(fā)明高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置的工作流程，具體步驟如下
1、取能CT從高壓線路取得能量，經過電源轉換電路輸出直流電壓，為整套裝置提 供直流電源； 2、電容支路電流測量CT檢測支路不平衡電流瞬時值； 3、電流監(jiān)測采集電路將采集信號進行處理后傳輸至CPU控制電路；
4、 CPU控制電路完成電流AD交流采樣； 5、 CPU控制電路進行電流有效值、諧波分析計算； 6、CPU控制電路將計算結果通過無線收發(fā)電路，完成信號的雙向無線數(shù)字傳輸。
圖3至圖5，為本發(fā)明監(jiān)測裝置各電路組成部分的原理圖，下面結合附圖詳細闡述 一下各組成電路的工作原理。 如圖3所示，在自勵取能及電源轉換電路中，開啟式取能CT套在高壓線路上，開啟 式取能CT采用低壓電力用電流互感器，由于采用無線傳輸，其電位為懸浮"虛電位"。這種 設計，在本體絕緣設計方面節(jié)省大量費用，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橋式整流(四 只整流二極管D卜4構成橋式整流電路)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)電路構成的輸出電壓負反饋和穩(wěn)壓電路，通過自動控制雙向可控硅的導通時 間來調整隨線路電流變化，能量轉換比例隨之變化，以實現(xiàn)電源濾波和抗干擾電路電壓穩(wěn) 定輸出在IOV，并經電源轉換電路輸出穩(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，并轉換成監(jiān)測裝置所需要 的電壓，滿足電路功率要求。 在該電流檢測采集電路中，本實施例中的測量用CT采用低壓電力用電流互感器， 精度0. 2級容量5VA，由于采用無線傳輸，其電位為懸浮"虛電位"，在本體絕緣設計方面節(jié) 省大量費用，并且易于安裝固定。根據不同要求，CT一次側測量可細化到每個電容器支路。 如圖4所示，電容支路不平衡電流流經測量用CT 一次側，在電流互感器的二次側回路上串 聯(lián)標準測量電阻Rl，電流經Rl轉換為電壓輸出，Cl為隔直電容，在Cl和R2連接處加一直 流偏置電源，完成雙、單極信號的轉換。電阻R2、 R3，電容C2、 C3和單電源軌至軌運算放大 器構成二階低通濾波器。二極管Dl，穩(wěn)壓管D2起到輸入保護作用，保證輸入CPU的AD模塊 的信號在0-3V以內，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)據采集控制電路及無線收發(fā)電路中，如圖5所示，CPU數(shù)據采集控制單元 完成電流的AD交流采集，并進行有效值計算和電流諧波分析。采用低功耗無線收發(fā)單元， 實現(xiàn)雙向無線數(shù)據傳輸。收發(fā)頻率為433MHz，通訊距離不低于15米。 最后所應說明的是以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，盡管參 照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本 發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均 應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置，其特征在于所述監(jiān)測裝置包括自勵取能及電源轉換電路、電流檢測采集電路、CPU數(shù)據采集控制電路及無線收發(fā)電路。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述自勵取能及電源轉換電路從高壓線路 取得電源并轉換輸出直流電壓供給電流檢測采集電路及CPU數(shù)據采集控制電路；電流檢測 采集電路用于采集、處理支路電流瞬時值，并輸出至CPU數(shù)據采集控制電路，所述CPU數(shù)據采集控制電路用于完成支路不平衡電流AD交流采樣、電流諧波計算，并經無線收發(fā)電路完成雙向無線數(shù)字傳輸。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述自勵取能及電源轉換電路包括電流互 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換電 路。
4. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述自勵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，并經電源轉換電路輸出穩(wěn)定電壓。
5. 如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述輸出電壓負反饋和穩(wěn)壓電路包括雙向 可控硅及觸發(fā)電路。
6. 如權利要求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IOV，電源轉換電路輸出穩(wěn)定電壓為3. 3V。
7. 如權利要求l所述的裝置，其特征在于所述電流檢測采集電路包括電流互感器、測量電阻、隔直電容、低通濾波器及用于輸入保護的二極管、穩(wěn)壓管。
8. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述CPU數(shù)據采集控制電路用于完成電流的AD交流采集，并進行有效值計算和電流諧波分析。
9. 如權利要求l所述的裝置，其特征在于所述無線收發(fā)電路為低功耗收發(fā)器件，用于雙向無線數(shù)據傳輸，其收發(fā)頻率為433MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓電容器組支路電流監(jiān)測裝置，該裝置包括自勵取能及電源轉換電路、電流檢測采集電路、CPU數(shù)據采集控制電路及無線收發(fā)電路；自勵取能及電源轉換電路從高壓線路取得能量并轉換輸出直流電壓；電流檢測采集電路采集電流瞬時值，并輸出至CPU數(shù)據采集控制電路，用于完成支路不平衡電流AD交流采樣、電流諧波計算，并經無線收發(fā)電路完成雙向無線數(shù)字傳輸。該監(jiān)測裝置解決了高電位下電容器組的監(jiān)測保護問題，以電容器組故障過程中支路不平衡電流、諧波分布為分析依據，揭示電容器組損壞機理，以降低電容器組的故障率，對提高電網安全運行水平和經濟效益具有重要意義。
文檔編號G08C17/02GK101769958SQ20101010920
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權日2010年2月11日
發(fā)明者唐宗華, 宣黎鑫 申請人:北京國能子金電氣技術有限公司