CN101769958A

CN101769958A - 一种高压电容器组支路电流监测装置

Info

Publication number: CN101769958A
Application number: CN 201010109207
Authority: CN
Inventors: 唐宗华; 宣黎鑫
Original assignee: BEIJING GUONENGZIJIN ELECTRICAL TECHNOCLOGY CO LTD
Current assignee: Beijing Husu Electric Co., Ltd.
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: CN101769958B

Abstract

本发明公开了一种高压电容器组支路电流监测装置，该装置包括自励取能及电源转换电路、电流检测采集电路、CPU数据采集控制电路及无线收发电路；自励取能及电源转换电路从高压线路取得能量并转换输出直流电压；电流检测采集电路采集电流瞬时值，并输出至CPU数据采集控制电路，用于完成支路不平衡电流AD交流采样、电流谐波计算，并经无线收发电路完成双向无线数字传输。该监测装置解决了高电位下电容器组的监测保护问题，以电容器组故障过程中支路不平衡电流、谐波分布为分析依据，揭示电容器组损坏机理，以降低电容器组的故障率，对提高电网安全运行水平和经济效益具有重要意义。

Description

一种高压电容器组支路电流监测装置

技术领域

本发明涉及电流监测技术领域，尤其涉及一种应用于电力系统中的高压悬浮电位下高压电容器组支路电流的无线监测装置。

背景技术

随着我国电网西电东送、南北互供和全国联网战略的实施，电网建设不断加强。为提高电网稳定水平，增大线路的输电能力，增强电网短路电流水平，串联补偿电容装置和电网动态无功补偿技术及短路故障限流技术日渐受到各方的重视，一些大区电网都在规划和建设这类工程项目。

其中，电容器组作为担负串补装置、动态无功补偿装置和串联谐振型故障限流装置主要功能的一次设备，其性能优劣决定了装置的运行可靠性，是最需要保护的关键部件。

在装设有串补装置、动态无功补偿装置和串联谐振型故障限流装置的线路中，当线路发生故障或是相邻线路发生故障，电流流过电容器组，在电容器两端产生较高的电压，容易致使电容器组损坏。为了防止在故障电流情况下，电容器组两端的过电压造成电容器的损坏，目前通用的过压保护方法是：在电容器两端并联MOV(金属氧化物限压器，为Metal Oxide Varistor的英文缩写，以下简称MOV)对电容器进行保护。当电容器电压达到保护水平时，MOV限制电容器两端的电压的升高，可以保护电容器不受损坏。电容器上能承受短时间的过负荷而不受损坏，然而随着过负荷时间的延长，可能导致电容器老化或绝缘损坏。

电容器组一般由电容器单元组成，电容器单元由多台电容器串、并联而成。电容器组的工作应不受单个电容器故障的影响，当单元电容器组内部电容器元件因过电压而击穿或熔丝熔断时，该电容器元件即退出运行，从而使得电容器组单元等值电容减小。这种减小，将造成流过该单元的电流增加，电压升高，对非故障电容器元件造成不利影响，甚至导致恶性循环。为了防止电容元件出现雪崩损坏，必须对电容器组支路不平衡电流设置相应的在线监测保护措施，避免此类现象的发生。

然而，由于串补装置、动态无功补偿装置和串联谐振型故障限流装置中的电容器组处于高电位，电容器组支路电流监测装置的供电取能问题是现有技术难以解决的技术难题。另外，支路电流监测装置处于高电位，所处电磁环境恶劣，输电线路的大电流、高电压场强会对监测装置造成较大的电磁干扰，电容器组支路电流监测装置的抗干扰设计问题，及处于高电位的监测装置与地面设备的通讯问题，都是现有技术难以解决的技术问题。因此，目前现有技术中并不存在用于对电容器组支路不平衡电流进行在线监测保护的监测装置。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种高压电容器组支路电流监测装置，以解决现有技术中存在的监测装置供电取能、抗干扰、及与地面设备通讯等诸多问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种高压电容器组支路电流监测装置，所述监测装置包括自励取能及电源转换电路、电流检测采集电路、CPU数据采集控制电路及无线收发电路。

所述自励取能及电源转换电路从高压线路取得电源并转换输出直流电压供给电流检测采集电路及CPU数据采集控制电路；电流检测采集电路用于采集、处理支路电流瞬时值，并输出至CPU数据采集控制电路，所述CPU数据采集控制电路用于完成支路不平衡电流AD(模拟数字转换，以下简称AD)交流采样、电流谐波计算，并经无线收发电路完成双向无线数字传输。

所述自励取能及电源转换电路包括电流互感器、电压尖峰吸收电路、输出电压反馈及稳压电路、电源滤波和抗干扰电路及电源转换电路。

所述自励取能电路互感器输出端并联电压尖峰吸收电路和双向可控硅，电路互感器取得的电能经桥式整流输入到电源滤波和抗干扰电路，其电压输出给输出电压反馈和稳压电路，并经电源转换电路输出稳定电压。

所述输出电压负反馈和稳压电路包括双向可控硅及触发电路。

所述电源滤波和抗干扰电路输出稳定电压为10V，电源转换电路输出稳定电压为3.3V。

所述电流检测采集电路包括电流互感器、测量电阻、隔直电容、低通滤波器及用于输入保护的二极管、稳压管。

所述CPU数据采集控制电路用于完成电流的AD交流采集，并进行有效值计算和电流谐波分析。

所述无线收发电路为低功耗收发器件，用于双向无线数据传输，其收发频率为433MHz。

采用本发明的高压电容器组支路电流无线监测装置很好的解决了高电位下电容器组的监测保护问题，以电容器组故障过程中支路不平衡电流、谐波分布为分析依据，揭示电容器组损坏机理，以降低电容器组的故障率，对提高电网安全运行水平和经济效益具有重要意义。同时，具备以下有益效果：

1、高电位线路电流自励取能和电源转换，提高了装置的安全性和可靠性；

2、采用无线短距离数字传输，解决了高电位的通讯问题；

3、装置电路设计采用低功耗芯片设计，线路电流自励取能电路满足功率要求；

4、采用了多项电磁抗干扰措施，满足了在大电流、高电压电磁干扰环境下可靠工作的要求；

5、电路实现简单、成本低、器件易于选取。

附图说明

图1为本发明高压电容器组支路电流监测装置总体结构示意图；

图2为本发明高压电容器组支路电流监测装置工作流程图；

图3为本发明自励取能及电源转换电路的原理框图；

图4为本发明电流检测采集电路的原理框图；

图5为本发明CPU数据采集控制电路及无线收发电路的原理框图。

具体实施方式

本发明提供了一种高压电容器组支路电流监测装置。本发明的具体实施方式如下：

电容器组作为担负串补装置、动态无功补偿装置和串联谐振型故障限流装置主要功能的一次设备，其性能优劣决定了装置的运行可靠性，是最需要保护的关键部件。

电容器组一般由电容器单元组成，电容器单元由多台电容器串、并联而成。电容器组的工作应不受单个电容器故障的影响，当单元电容器组内部电容器元件因过电压而击穿或熔丝熔断时，该电容器元件即退出运行，从而使得电容器组单元等值电容减小。这种减小，将造成流过该单元的电流增加，电压升高，对非故障电容器元件造成不利影响，甚至导致恶性循环。为了防止电容元件出现雪崩损坏，本发明对电容器组支路不平衡电流设置相应的在线监测保护措施，避免此类现象的发生。

不平衡电流监测保护是在运行状态下，通过监测电容器组桥臂中点连接支路的电流(不平衡电流)的大小，来判断与衡量单元电容器组内部电容器元件的运行情况。当单元电容器组内部完好无缺时，在不考虑电容器元件参数差异、测量系统误差时，其中心连接支路上的不平衡电流的理论值应该为0。当内部有电容器元件退出运行时，桥臂平衡被破坏，不平衡电流随之出现，且这种不平衡电流将随内部电容器元件损坏的个数，即不平衡度的增加而加大。在出现个别电容器单元或电容器组损坏的情况下，电容器组支路不平衡电流监测保护可以确保包括电容器在内一次设备安全。

本发明高压电容器组支路电流监测装置解决了高电位下电容器组的监测保护问题，以电容器组故障过程中支路不平衡电流、谐波分布为分析依据，揭示电容器组损坏机理，以降低电容器组的故障率。根据不同要求，测量用电流互感器(以下简称CT)一次侧测量可细化到每个电容器支路，从而通过对监测支路不平衡电流有效值计算和谐波分析，可以得出具体是电容器组的那条支路的哪个电容发生损坏。

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明为采用自励电源的新型高压电容器组支路电流无线监测装置，其主要包括自励取能及电源转换电路、电流检测采集电路、CPU数据采集控制电路及无线收发电路。

本发明无需采用外加电源的供电方式，而是由自励取能及电源转换电路，通过线路电流取能CT(电流互感器，以下简称CT)直接从位于高电位的高压线路取得电源，再经过电源转换电路输出直流电压，提供给电流检测采集电路和CPU数据采集控制电路，实现监测装置的供电。电流检测采集电路通过不平衡电流测量CT检测电容器组桥臂中点连接支路电流(不平衡电流)的瞬时值，将检测信号处理后输出至CPU数据采集控制电路。CPU数据采集控制电路完成支路不平衡电流AD交流采样，电流谐波计算，并经无线收发电路完成双向无线数字传输。

如图2所示，本发明高压电容器组支路电流监测装置的工作流程，具体步骤如下：

1、取能CT从高压线路取得能量，经过电源转换电路输出直流电压，为整套装置提供直流电源；

2、电容支路电流测量CT检测支路不平衡电流瞬时值；

3、电流监测采集电路将采集信号进行处理后传输至CPU控制电路；

4、CPU控制电路完成电流AD交流采样；

5、CPU控制电路进行电流有效值、谐波分析计算；

6、CPU控制电路将计算结果通过无线收发电路，完成信号的双向无线数字传输。

图3至图5，为本发明监测装置各电路组成部分的原理图，下面结合附图详细阐述一下各组成电路的工作原理。

如图3所示，在自励取能及电源转换电路中，开启式取能CT套在高压线路上，开启式取能CT采用低压电力用电流互感器，由于采用无线传输，其电位为悬浮“虚电位”。这种设计，在本体绝缘设计方面节省大量费用，并且易于安装固定。在取能CT二次输出端并联电压尖峰吸收电路和双向可控硅Q1，由取能CT从高压线路上所获取的电能经桥式整流(四只整流二极管D_1～4构成桥式整流电路)输入到电源滤波和抗干扰电路，其电压输出给双向可控硅及触发电路构成的输出电压负反馈和稳压电路，通过自动控制双向可控硅的导通时间来调整随线路电流变化，能量转换比例随之变化，以实现电源滤波和抗干扰电路电压稳定输出在10V，并经电源转换电路输出稳定电压3.3V。

此部分电路主要完成从一次高压线路获取一定的能量，并转换成监测装置所需要的电压，满足电路功率要求。

在该电流检测采集电路中，本实施例中的测量用CT采用低压电力用电流互感器，精度0.2级容量5VA，由于采用无线传输，其电位为悬浮“虚电位”，在本体绝缘设计方面节省大量费用，并且易于安装固定。根据不同要求，CT一次侧测量可细化到每个电容器支路。如图4所示，电容支路不平衡电流流经测量用CT一次侧，在电流互感器的二次侧回路上串联标准测量电阻R1，电流经R1转换为电压输出，C1为隔直电容，在C1和R2连接处加一直流偏置电源，完成双、单极信号的转换。电阻R2、R3，电容C2、C3和单电源轨至轨运算放大器构成二阶低通滤波器。二极管D1，稳压管D2起到输入保护作用，保证输入CPU的AD模块的信号在0-3V以内，R4、C4组成低通滤波器滤除电路噪声，避免串入的高频干扰使采样精度降低。

在CPU数据采集控制电路及无线收发电路中，如图5所示，CPU数据采集控制单元完成电流的AD交流采集，并进行有效值计算和电流谐波分析。采用低功耗无线收发单元，实现双向无线数据传输。收发频率为433MHz，通讯距离不低于15米。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高压电容器组支路电流监测装置，其特征在于：所述监测装置包括自励取能及电源转换电路、电流检测采集电路、CPU数据采集控制电路及无线收发电路。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述自励取能及电源转换电路从高压线路取得电源并转换输出直流电压供给电流检测采集电路及CPU数据采集控制电路；电流检测采集电路用于采集、处理支路电流瞬时值，并输出至CPU数据采集控制电路，所述CPU数据采集控制电路用于完成支路不平衡电流AD交流采样、电流谐波计算，并经无线收发电路完成双向无线数字传输。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述自励取能及电源转换电路包括电流互感器、电压尖峰吸收电路、输出电压反馈及稳压电路、电源滤波和抗干扰电路及电源转换电路。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述自励取能电路互感器输出端并联电压尖峰吸收电路和双向可控硅，电路互感器取得的电能经桥式整流输入到电源滤波和抗干扰电路，其电压输出给输出电压反馈和稳压电路，并经电源转换电路输出稳定电压。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述输出电压负反馈和稳压电路包括双向可控硅及触发电路。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述电源滤波和抗干扰电路输出稳定电压为10V，电源转换电路输出稳定电压为3.3V。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电流检测采集电路包括电流互感器、测量电阻、隔直电容、低通滤波器及用于输入保护的二极管、稳压管。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述CPU数据采集控制电路用于完成电流的AD交流采集，并进行有效值计算和电流谐波分析。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述无线收发电路为低功耗收发器件，用于双向无线数据传输，其收发频率为433MHz。