專利名稱：電網(wǎng)消諧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種保護(hù)裝置，特別是能對(duì)6～60KV電網(wǎng)的鐵磁諧振進(jìn)行檢測、消除和記錄的電網(wǎng)消諧裝置。
背景技術(shù)：
3～60KV電網(wǎng)皆為中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)，其架空線(或電纜)對(duì)地電容和電壓互感器的電感組成一個(gè)諧振電路。正常運(yùn)行時(shí)，電壓互感器未飽和，感抗很大，不可能引起諧振。當(dāng)電網(wǎng)受到某種因素激勵(lì)，使電壓互感器飽和，感抗急劇下降，能引起電網(wǎng)諧振，因感抗是有鐵芯的，鐵磁諧振有自保持功能，將引起過電壓及電壓互感器過電流，使電網(wǎng)發(fā)生事故。
目前，消除諧振的方法是在電網(wǎng)中接入阻尼電阻，破壞諧振參數(shù)。如中國實(shí)用新型專利公開了申請(qǐng)?zhí)枮?3220495.5的一種電壓互感器消諧器；申請(qǐng)?zhí)枮?9219542.X的配電網(wǎng)消諧防雷裝置；申請(qǐng)?zhí)枮?0221482.2的超小型消諧電阻器；申請(qǐng)?zhí)枮?1262919.7的微機(jī)消弧、消諧、選線綜合裝置等都是將一非線性電阻串接在電壓互感器中性點(diǎn)(或母線)與地之間。這種接法改變了電網(wǎng)的一次接線，使電壓互感器中性點(diǎn)不直接接地，因而也會(huì)帶來一定的付作用，如相電壓發(fā)生偏差。上述裝置都沒有故障和動(dòng)作記錄功能，發(fā)生故障后難以進(jìn)行分析。
二次消諧是用微機(jī)檢測電網(wǎng)是否發(fā)生諧振，如發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)生諧振，從電壓互感器開口三角形接入的阻尼電阻將會(huì)產(chǎn)生阻性電流，該電流通過磁耦合反應(yīng)到電壓互感器一次側(cè)，從而破壞諧振回路的品質(zhì)因素，使諧振停止。目前國內(nèi)生產(chǎn)的二次消諧裝置的缺點(diǎn)是消諧頻帶窄、動(dòng)作可靠性低、不能記錄或記錄、顯示的數(shù)據(jù)太少等。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)作可靠、消諧頻帶寬、記錄完整的電網(wǎng)消諧裝置。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電網(wǎng)消諧裝置，包括采樣電路、單片機(jī)、消諧執(zhí)行電路，其特征在于電網(wǎng)消諧裝置采用二個(gè)相互連接互通信息的單片機(jī)CPU1、CPU2，二個(gè)單片機(jī)的輸入端與采樣電路相連接，一個(gè)單片機(jī)的輸出與消諧執(zhí)行電路相連接，另一個(gè)單片機(jī)的輸出與記錄、顯示電路相連接。
所述的采樣電路是由頻率采樣電路和電壓采樣電路兩部分組成，電壓采樣電路的半波整流電路輸出與電阻分壓器相連接，三個(gè)電壓比較器A1、A2、A3的一輸入端與電阻分壓器連接，電壓比較器A1、A2、A3的輸出端分別經(jīng)單穩(wěn)電路DW1、DW2、DW3與二個(gè)單片機(jī)的輸入端相連接，由此構(gòu)成具有三路輸出的電壓采樣電路；頻率采樣電路是由電阻分壓器和一輸入端與電阻分壓器相連接，輸出端與二個(gè)單片機(jī)輸入口相連接的電壓比較器A4構(gòu)成。
還包括一條為單片機(jī)提供交流電壓信號(hào)的輸入電路，它由電阻分壓器和與其連接的A/D轉(zhuǎn)換器組成，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與一單片機(jī)CPU2相連接。
本裝置的電壓采樣電路的輸入端和執(zhí)行電路的繼電器都是聯(lián)接在電壓互感器的開口三角形上。電網(wǎng)正常運(yùn)行，三相負(fù)荷平衡時(shí)，開口三角形的電壓輸出接近于零。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地或諧振時(shí)，開口三角形有電壓輸出，通過檢測開口三角形電壓幅值和頻率的變化，來判斷電網(wǎng)是否發(fā)生諧振或接地。如果發(fā)生諧振，則通過執(zhí)行電路將阻尼電阻接到電壓互感器上，進(jìn)行消除諧振。本裝置的判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與目前電力系統(tǒng)通用的判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相同。
本實(shí)用新型采用了二個(gè)互通信息且同時(shí)接受電壓采樣電路信號(hào)的單片機(jī)CPU的好處是1、只有二個(gè)單片機(jī)判斷都判斷電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)，才能進(jìn)行消諧操作，這樣即使在干攏情況下，誤動(dòng)率接近于零，因此該裝置的動(dòng)作可靠，抗干攏能力強(qiáng)；2、不會(huì)發(fā)生通訊間斷，二個(gè)單片機(jī)可以保證對(duì)電網(wǎng)的檢測和通訊都能不間斷的進(jìn)行，數(shù)據(jù)記錄完整。而使用一個(gè)單片機(jī)，在進(jìn)行通訊時(shí)，不能同時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行檢測與判據(jù)，如要對(duì)電網(wǎng)不間斷的進(jìn)行檢測和判據(jù)，通訊將發(fā)生中斷。3、增加了輸入、輸出端口，可以連接較多的外圍電路和芯片。
本實(shí)用新型還設(shè)置了一條為單片機(jī)提供交流電壓信號(hào)輸入電路，該信號(hào)作為記錄的電壓參數(shù)，同時(shí)還作為諧振判據(jù)時(shí)的校對(duì)量值，即使從電壓采樣電路上得出發(fā)生諧振的結(jié)論，還要再校對(duì)輸入電路是否有電壓信號(hào)輸出至單片機(jī)，如果沒有一定的電壓值，可以認(rèn)定，發(fā)生諧振的判據(jù)是干攏的結(jié)果，消諧執(zhí)行電路不會(huì)動(dòng)作，進(jìn)一步提高了該裝置的可靠性。
由此可以得出本實(shí)用新型具有抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)作可靠、消諧頻帶寬、記錄完整、功能齊全的優(yōu)點(diǎn)。
附圖為本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明電壓采樣電路的信號(hào)輸入端D1和D2是半波整流器，經(jīng)半波整流后的半波電壓經(jīng)過電阻R3～R6組成的分壓器后，其輸出點(diǎn)A、B、C分別與電壓比較器A1、A2、A3的輸入(-)端相連接，輸入(+)端接基準(zhǔn)電源，電壓比較器的輸出分別經(jīng)單穩(wěn)電路DW1、DW2、DW3與二個(gè)單片機(jī)的輸入端IN1、IN2、IN3相連接。分壓器的輸出點(diǎn)A、B、C上半波電壓的峰值分別是Ua、Ub和Uc，它們之間的關(guān)系是信號(hào)輸入＝20V時(shí)A點(diǎn)半波電壓峰值Ua＝Uf(門限電壓)信號(hào)輸入＝30V時(shí)B點(diǎn)半波電壓峰值Ub＝Uf(門限電壓)信號(hào)輸入＝150V時(shí) C點(diǎn)半波電壓峰值Uc＝Uf(門限電壓)當(dāng)Ua＞Uf時(shí)，電壓比較器A1的輸出是方波，從而觸發(fā)單穩(wěn)DW1。如方波的周期小于單穩(wěn)DW1的周期，單穩(wěn)DW1將持續(xù)保持暫態(tài)。我們整定的單穩(wěn)周期應(yīng)稍大于信號(hào)的周期。單穩(wěn)DW1的周期為220ms(稍大于5Hz的周期220ms)，單穩(wěn)DW2的周期為65ms(稍大于1/3分頻16.7Hz的周期60ms)，單穩(wěn)DW3的周期為22ms(稍大于50Hz的周期20ms)。如果單穩(wěn)不能持續(xù)的保持暫態(tài)，說明信號(hào)波形發(fā)生間斷，本次采樣信號(hào)無效。
頻率采樣電路的電壓比較器A4的輸入(+)端接在電阻分壓器R1、R2的接點(diǎn)上，即接在交流電壓上，A4的輸入(-)端接地，所以當(dāng)(+)端的輸入為正弦波時(shí)，輸出端將是方波，方波周期和正弦波的周期相同。A4的輸出端接在CPU的中斷1(INT1)上，利用方波的下降沿觸發(fā)單片機(jī)中斷。單片機(jī)的程序再測量二個(gè)中斷的間隔時(shí)間(也就是方波的周期)就能計(jì)算出信號(hào)的頻率。
單片機(jī)CPU1的外圍電路有1、指示燈驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)10個(gè)指示燈，指示燈用來指示發(fā)生諧振的頻率和電網(wǎng)接地狀態(tài)；2、消諧執(zhí)行電路包括固體繼電器(J)和光電耦合(3081)。CPU1的out端口通過光電耦合(3081)驅(qū)動(dòng)固體繼電器閉合或斷開。單片機(jī)CPU2有以下的外圍電路和芯片1、交流電壓信號(hào)輸入電路，它由電阻分壓器R1、R2和與其連接的A/D轉(zhuǎn)換器AD636組成，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接在兩電阻的接點(diǎn)上，輸出端與一單片機(jī)CPU2相連接，該電路用來測量交流電壓；2、存儲(chǔ)器(EEPROM)存儲(chǔ)電網(wǎng)發(fā)生諧振和接地的各項(xiàng)參數(shù)；3、時(shí)鐘芯片(MC146818)提供發(fā)生諧振和接地的時(shí)間；4、按鈕、液晶顯示屏(MGLS12864)液晶顯示屏可以顯示四行漢字。正常運(yùn)行時(shí)用來顯示時(shí)間、諧振、接地累計(jì)次數(shù)。需要調(diào)出存儲(chǔ)器內(nèi)歷次諧振(接地)記錄時(shí)，通過按鈕可以調(diào)出任何一次的諧振(接地)記錄在液晶顯示屏上顯示；5、通訊接口(MAX487、MAX232)提供RS-485或RS-232串行通訊口，可以向電力調(diào)度報(bào)告發(fā)生故障的參數(shù)。
裝置投入運(yùn)行后，不斷地對(duì)電壓互感器開口三角形的電壓和頻率進(jìn)行檢測，當(dāng)電壓超過20V時(shí)，Ua＞Uf，電壓比較器A1的輸出由正電位變成方波，方波的下降沿觸發(fā)CPU1和CPU2的中斷端口，引起CPU中斷，啟動(dòng)判據(jù)和消諧程序。
我們要求信號(hào)電壓必須連續(xù)五個(gè)周波方為有效。當(dāng)CPU發(fā)生中斷后，程序開始對(duì)中斷計(jì)數(shù)，一個(gè)周波中斷一次，計(jì)數(shù)也加一。在五個(gè)周期內(nèi)如DW1都能保持暫態(tài)，說明信號(hào)電壓高于20V，頻率高于5Hz，符合低分頻判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)定電網(wǎng)發(fā)生低分頻諧振。如果五個(gè)周期內(nèi)DW2都能保持暫態(tài)，說明信號(hào)電壓高于30V，頻率高于17Hz，符合分頻判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。如果五個(gè)周期內(nèi)DW3都能保持暫態(tài)，說明信號(hào)電壓高于150V，頻率高于50Hz，符合基頻和高頻判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。
CPU1對(duì)電壓判據(jù)結(jié)束后，檢查一下INT1端口測量的頻率是否相符合，如果相符合，CPU1判據(jù)工作結(jié)束，等待CPU2的判據(jù)結(jié)論。
當(dāng)CPU1進(jìn)行判據(jù)的同時(shí)，CPU2也進(jìn)行同樣的工作，正常情況下會(huì)得出相同的判據(jù)結(jié)論。CPU2還要與AD轉(zhuǎn)換(AD636)提供的電壓值校對(duì)后，才做出‘發(fā)生諧振’的判斷，并從3#聯(lián)絡(luò)線通知CPU1。CPU1接到CPU2 ‘發(fā)生諧振’的通知后，確認(rèn)電網(wǎng)發(fā)生諧振，從out輸出口發(fā)出閉合固體繼電器J的指令，通過光電耦合(3081)使固體繼電器(J)閉合。固體繼電器(J)的觸點(diǎn)閉合，將阻尼電阻Rz接入電壓互感器開口三角形，引起很大的電阻電流，破壞了電網(wǎng)發(fā)生諧振的參數(shù)，使電網(wǎng)的諧振停止。固體繼電器(J)的閉合時(shí)間是諧振頻率的四個(gè)周期，四個(gè)周期后，固體繼電器斷開，恢復(fù)電網(wǎng)原來接線狀態(tài)。
從以上的動(dòng)作過程可知，本裝置只在發(fā)生諧振后消諧的四個(gè)周期內(nèi)改變電網(wǎng)的結(jié)線，所以對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行不會(huì)造成影響。
CPU1進(jìn)行消諧操作后，將驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指示燈LED發(fā)亮，并通過1#線通知CPU2‘已經(jīng)進(jìn)行消諧’CPU2接到‘已經(jīng)進(jìn)行消諧’通知后，將本次諧振參數(shù)記錄到存儲(chǔ)器中(諧振累計(jì)次數(shù)、開口三角形電壓、頻率、發(fā)生諧振時(shí)間)。
當(dāng)CPU1判斷電網(wǎng)發(fā)生接地時(shí)，CPU1驅(qū)動(dòng)接地?zé)袅?，并通過2#線通知CPU2‘電網(wǎng)接地’，CPU2接到‘電網(wǎng)接地’通知并進(jìn)行核對(duì)后，在液晶屏幕上顯示接地開始時(shí)間、接地時(shí)開口三角形電壓。待接地結(jié)束時(shí)，將接地參數(shù)記入存儲(chǔ)器(接地累計(jì)次數(shù)、開口三角形電壓、接地開始時(shí)間、接地結(jié)束時(shí)間)。
本裝置的通訊是按照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60870-5-103規(guī)約設(shè)計(jì)程序。為主從制，當(dāng)上位機(jī)問訊時(shí)，本裝置將發(fā)生故障的參數(shù)向上位機(jī)報(bào)告。在通訊期間CPU2通過4#線通知CPU1‘正在通訊’。在通訊期間CPU1發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)生諧振，將不等接到CPU2‘發(fā)生諧振’的通知，即進(jìn)行消諧操作。
權(quán)利要求1.一種電網(wǎng)消諧裝置，包括采樣電路、單片機(jī)、消諧執(zhí)行電路，其特征在于電網(wǎng)消諧裝置采用二個(gè)相互連接互通信息的單片機(jī)CPU1、CPU2，二個(gè)單片機(jī)的輸入端與采樣電路相連接，一個(gè)單片機(jī)的輸出與消諧執(zhí)行電路相連接，另一個(gè)單片機(jī)的輸出與記錄、顯示電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)消諧裝置，其特征在于所述的采樣電路是由頻率采樣電路和電壓采樣電路兩部分組成，電壓采樣電路的半波整流電路輸出與電阻分壓器相連接，三個(gè)電壓比較器A1、A2、A3的一輸入端與電阻分壓器連接，電壓比較器A1、A2、A3的輸出端分別經(jīng)單穩(wěn)電路DW1、DW2、DW3與二個(gè)單片機(jī)的輸入端相連接，由此構(gòu)成具有三路輸出的電壓采樣電路；頻率采樣電路是由電阻分壓器和一輸入端與電阻分壓器相連接，輸出端與二個(gè)單片機(jī)輸入口相連接的電壓比較器A4構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)消諧裝置，其特征在于還包括一條為單片機(jī)提供交流電壓信號(hào)的輸入電路，它由電阻分壓器和與其連接的A/D轉(zhuǎn)換器組成，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與一單片機(jī)CPU2相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)消諧裝置，包括采樣電路、單片機(jī)、消諧執(zhí)行電路，其特征在于電網(wǎng)消諧裝置采用二個(gè)相互連接互通信息的單片機(jī)CPU1、CPU2，二個(gè)單片機(jī)的輸入端與采樣電路相連接，一個(gè)單片機(jī)的輸出與消諧執(zhí)行電路相連接，另一個(gè)單片機(jī)的輸出與記錄、顯示電路相連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)作可靠、消諧頻帶寬、記錄完整、功能齊全。
文檔編號(hào)H02H9/08GK2612138SQ03212289
公開日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2003年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月29日
發(fā)明者王敦強(qiáng), 王剛 申請(qǐng)人:王敦強(qiáng)