CN108519516B - 一种母线接头微欧级阻抗在线检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开电力传输设备领域中的一种母线接头微欧级阻抗在线检测方法与装置，隔离变压器输出侧一端串联一个反馈电阻R_f后连接母线接头左取电装置、另一端串联一个电容C后连接母线接头右取电装置，反馈电阻R_f两端并联一个线性光耦，线性光耦输出端串接ARM控制模块，ARM控制模块经电流放大器连接隔离变压器输入侧；ARM控制模块输出的是频率为f_HkHz控制电压，f_HkHz是大于20倍的工频50Hz；隔离变压器线圈与电容C串联谐振构成谐振频率为f_HkHz的谐振回路；通过谐振电路实现大工频电流与检测用恒定电流之间的隔离，抑制母线50Hz工频电流反馈到变压器一次侧，实现母线接头微欧级阻抗的在线检测。

Description

一种母线接头微欧级阻抗在线检测方法与装置

技术领域

本发明涉及电力传输设备技术领域，特别是母线接头的阻抗在线检测技术。

背景技术

母线被广泛应用于电力系统的各种重要场所，成为电力传输设备的重要组成部分，母线的可靠性关系到整个系统的安全运行。但由于母线接头处采用螺栓连接，一旦出现接头螺栓未拧紧或拧紧后长时间处于工作状态便会产生热胀冷缩反应或者被氧化，都会使母线接头阻抗增大。对于正在使用的母线系统，若母线接头阻抗过大，会导致接头部位发热量增加，从而烧坏接头，造成重大损失。因此，母线接头阻抗的检测对母线接头的正常工作甚至电力传输设备的正常运行非常重要。

目前，母线接头阻抗检测方法一般是在离线状态下进行，使用微欧表测量母线接头阻抗的大小，不能实现对母线接头阻抗在线监控，对母线运行过程中发生的阻抗变化不能及时发现，时常导致母线接头被烧坏的严重故障发生。而现有的电网阻抗在线检测，是通过建立光伏并网逆变器控制模型，实现逆变和并网电流控制功能；将光伏并网逆变器的输出端接到电网两端(电阻和电感以及电源串联的支路)，使用双谐波注入法进行在线检测，通过逆变器周期性地向电网注入两种不同频率的谐波，利用检测元件获得并网点处的电压和电流信息，经由傅里叶分析处理后可得电参量中所包含的特定次谐波分量，进一步计算可得电网阻抗的实时值；其缺点是：若注入的两种频率相差较大，较高的频率将会受到系统谐振频率的影响，若两种频率比较接近，会使得数字信号处理器，特别是定点DSP面临数值计算难题，而且双谐波注入侧与电网侧没有隔离作用，不能保证电网侧对双谐波注入侧不产生影响，因此其检测精度不够，检出限值仅能达到欧姆级，对微欧级母线接头阻抗的检测其难度相当大。

发明内容

本发明的目的在于针对母线接头微欧级阻抗在线难以测得的问题，提出了一种母线接头微欧级阻抗在线检测方法与装置，能高精度在线检测母线接头微欧级阻抗。

本发明一种母线接头微欧级阻抗在线检测装置采用的技术方案是：母线接头的左右端各连接一个取电装置，隔离变压器的输出侧一端串联一个反馈电阻R_f后连接母线接头的左取电装置、另一端串联一个电容C后连接母线接头的右取电装置，反馈电阻R_f的两端并联一个线性光耦，线性光耦的输出端串接ARM控制模块，ARM控制模块经电流放大器连接隔离变压器的输入侧。

进一步地，ARM控制模块输出的是频率为f_H kHz的控制电压，f_H kHz是大于20倍的工频50Hz；隔离变压器线圈与电容C串联谐振，构成谐振频率为f_H kHz的谐振回路。

更进一步地，取电装置引出母线接头两端的工作电流与50Hz工频电流复合产生的电压，连接到非线性带通滤波器两端，非线性带通滤波器的输出端连接ARM控制模块。

更进一步地，ARM控制模块的输出端连接WSN无线发送节点，WSN无线发送节点与WSN无线接收节点之间通过无线方式传送信号，WSN无线接收节点的输出端连接上位机。

所述的一种母线接头微欧级阻抗在线检测装置的检测方法采用的技术方案是包括如下步骤：

A、先断开母线接头的电源，调节母线接头阻抗的大小，用微欧表离线测得其阻值R1，再接通母线接头的电源，非线性带通滤波器提取母线接头两端产生的工作电压V₁，工作电压V₁输入ARM控制模块后通过无线发送到上位机；

B、n次重复步骤A，上位机获得阻值R₂、R₃、R₄…R_n和相对应的工作电压V₂、V₃、V₄…V_n；建立阻值与工作电压之间的神经网络模型R＝f(V)；

C：非线性带通滤波器提取母线接头两端频率为f_H kHz工作电流与50Hz工频电流复合产生的工作电压Vˊ并输入到ARM控制模块，ARM控制模块通过WSN无线发送节点和WSN无线接收节点将该电压值Vˊ送到上位机；上位机根据神经网络模型R＝f(V)得到母线接头微欧级阻抗的大小。

进一步地，步骤C中，反馈电阻R_f同时将产生的反馈电压U_f.经线性光耦反馈到ARM控制模块，ARM控制模块将反馈电压U_f.与预设电压阈值U_R作比较得到偏差△e，将偏差e与偏差阈值e_r作比较，如果e≤e_r，则计算出控制电流放大器的控制电压，调整隔离变压器输出侧的电流。

本发明采用上述技术方案后具有如下优点：

1.本发明通过谐振电路实现了大工频(50Hz)电流与检测用恒定电流之间的隔离，抑制了母线50Hz工频电流反馈到变压器一次侧、二次侧，解决了现有技术中利用双谐波注入法在线检测阻抗时，由于不能实现双谐波注入侧与电网侧的隔离而导致的检测精度不够的问题，实现了母线接头微欧级阻抗的在线检测。

2.本发明利用隔离变压器与光电耦合电路实现了ARM控制模块与母线50Hz工频电流之间的电信号隔离，提高了母线接头微欧级阻抗在线检测的稳定性。

3.本发明经过非线性带通滤波提取施加在母线接头上的恒定电流产生的电压建立离线神经网络模型，解决了非线性滤波过程中的非线性损耗问题，提高了母线接头微欧级阻抗在线检测的精确度。

附图说明

图1是本发明提出的一种母线接头微欧级阻抗在线检测装置的结构示意图；

图2是图1所示检测装置的检测方法流程图；

附图中各部件的序号和名称：1.ARM控制模块；2.电流放大器；3.隔离变压器；4.谐振回路；5.线性光耦；6.母线接头；7.左取电装置；8.右取电装置；9.非线性带通滤波器；10.WSN发送节点；11.WSN接收节点；12.上位机。

具体实施方式

参见图1，在母线接头6上安装母线取电装置以获得220V交流电(母线取电装置的结构参见公布号为CN 104849528A、申请号为201510191043.7的申请文件)。母线接头6左端的左取电装置7和右端的右取电装置8分别引出，分别与隔离变压器3的输出侧(二次侧)的两端相接。其中，隔离变压器3的输出侧一端串联一个反馈电阻R_f后连接左取电装置7，另一端串联一个电容C后连接右取电装置8。反馈电阻R_f的两端并联一个线性光耦5，线性电耦5的输出端串接ARM控制模块1的A/D输入端口。ARM控制模块1的D/A输出端口连接电流放大器2，电流放大器2的输出端连接隔离变压器3的输入侧(一次侧)。

隔离变压器3输出的电流流过反馈电阻R_f，产生了反馈电压U_f.。反馈电压U_f.经过线性光耦5耦合，反馈到ARM控制模块1中，经ARM控制模块1计算出控制电压，以调节电流放大器2，改变隔离变压器3的输入侧电流，再经隔离变压器3耦合，使得隔离变压器3的输出侧电流得到相应调整，确保接入母线接头6的工作电流保持恒定。

ARM控制模块1向电流放大器2输出控制电压，控制电压的频率是f_H kHz的谐振频率，谐振频率f_H kHz是大于20倍的工频50Hz。

隔离变压器3输出侧一端串联的电容C的大小应该与隔离变压器3的线圈的自感和互感发生串联谐振，构成谐振回路4。该谐振回路4的谐振频率是f_H kHz，与ARM控制模块1输出的频率相一致。该谐振回路4对非谐振频率下的电流具有很强的抑制能力，可以实现隔离变压器3一次侧、二次侧与母线50Hz工频电流的隔离，所以当隔离变压器3输出侧的电流施加到母线接头6上时，母线50Hz工频电流不会对隔离变压器3输出侧产生影响。

在确保了母线50Hz工频电流不影响隔离变压器3输出侧的情况下，隔离变压器3输出恒定的工作电流，通过左取电装置7和右取电装置8。将母线接头6两端的工作电流与50Hz工频电流复合产生的电压引出，连接接到非线性带通滤波器9两端，非线性带通滤波器9的输出端连接ARM控制模块1。ARM控制模块1的输出端还连接WSN无线发送节点10，WSN无线发送节点10与WSN无线接收节点11之间通过无线方式传送信号，WSN无线接收节点11的输出端连接上位机12。

非线性带通滤波器9提取母线接头6在谐振频率f_H kHz下的工作电流产生的工作电压，ARM控制模块1采集到该电压值，通过WSN无线发送节点10将该电压值传到WSN无线接收节点11再送到上位机12。上位机12针对非线性滤波过程中对工作电压产生非线性损耗问题，建立神经网络模型，即母线接头微欧级阻抗与其两端工作电压之间的关系模型，实现母线接头微欧级阻抗的精密在线检测。

图1所示的在线检测装置工作时，具体步骤如下：

步骤一：首先断开母线接头6的电源，调节母线接头6的取电装置中螺栓的松紧，即调节母线接头6阻抗的大小，用微欧表离线测得其阻值大小，并将该阻值对应的母线接头6的电阻值标记为R₁。

然后，接通母线接头6的电源，母线接头6两端的电压分别经左取电装置7和右取电装置8引出，接于非线性带通滤波器9的输入端。非线性带通滤波器9滤波提取母线接头6两端恒定的工作电流产生的工作电压，将该工作电压标记为V1，由ARM控制模块1采集工作电压V1，通过WSN无线发送节点10将该工作电压V1送传到WSN无线接收节点11再送到上位机12。

重复上述步骤，通过n次调节母线接头6的取电装置中螺栓的松紧来获得不同大小的母线接头6的阻值R₂、R₃、R₄…R_n。由ARM控制模块1分别采集母线接头6两端的电压，得到相对应的工作电压V₂、V₃、V₄…V_n，并传送到上位机12，n要大于20次。

在上位机12中，将所有母线接头6的阻值R₁、R₂、R₃、R₄…R_n与对应的工作电压V₁、V₂、V₃、V₄…V_n先作归一化处理，再将归一化处理后的样本数据分成训练样本数据和测试样本数据，以训练样本数据中的工作电压V₁、V₂、V₃、V₄…V_n作为输入变量，以阻值R₁、R₂、R₃、R₄…R_n作为输出变量建立神经网络模型，得到阻值R₁、R₂、R₃、R₄…R_n与该阻抗两端的工作电压V₁、V₂、V₃、V₄…V_n之间的数学关系式。最后，利用测试样本数据对该模型进行测试修正，通过修正该模型相关参数，使得实际测量值与模型输出值之间的相对误差尽可能小，最终完成整个神经网络的训练过程，得到训练后的神经网络模型R＝f(V)。

步骤二：如图2所示，ARM控制模块1输出工作频率为f_H kHz的控制电压，产生频率远大于50Hz的控制电压，即谐振频率为f_H kHz的控制电压，经D/A输出端口给电流放大器2和隔离变压器3，与谐振回路4构成谐振。

步骤三：反馈电阻R_f产生的反馈电压U_f.经过线性光耦5反馈到ARM控制模块1，ARM控制模块测取到反馈电压U_f.，将反馈电压U_f.与预设的电压阈值U_R作比较，U_f-U_R＝e，得到偏差e，其中电压阈值U_R为反馈电阻R_f流过额定电流I_e时产生的电压，将偏差e与偏差阈值e_r作比较，进行偏差精度控制，如果e≤e_r，说明偏差e满足精度要求，经PI算法计算出控制电流放大器2的电压，从而改变隔离变压器3一次侧的电流，经隔离变压器3耦合，使得隔离变压器3二次侧电流得到相应调整，确保接入母线接头6的工作电流保持恒定。

步骤四：非线性带通滤波器9提取母线接头6两端的在谐振频率f_H kHz下的工作电流与50Hz工频电流复合产生的工作电压Vˊ，并输入到ARM控制模块1中，ARM控制模块1再通过WSN无线发送节点10传到WSN无线接收节点11，再将该电压值Vˊ送到上位机12。

步骤五：上位机12根据训练后的神经网络模型R＝f(V)，计算得到母线接头微欧级阻抗的大小，实现了母线接头微欧级阻抗的高精度在线检测。

Claims (4)

1.一种母线接头微欧级阻抗在线检测装置，母线接头(6)的左右端各连接一个取电装置，其特征是：隔离变压器(3)的输出侧一端串联一个反馈电阻R_f后连接母线接头的左取电装置、另一端串联一个电容C后连接母线接头的右取电装置，反馈电阻R_f的两端并联一个线性光耦(5)，线性光耦(5)的输出端串接ARM控制模块(1)，ARM控制模块(1)经电流放大器(2)连接隔离变压器(3)的输入侧；ARM控制模块(1)输出的是频率为f_H kHz的控制电压，f_H kHz是大于20倍的工频50Hz；隔离变压器(3)线圈与电容C串联谐振，构成谐振频率为f_H kHz的谐振回路；取电装置引出母线接头(6)两端的工作电流与50Hz工频电流复合产生的电压，连接到非线性带通滤波器(9)两端，非线性带通滤波器(9)的输出端连接ARM控制模块(1)。

2.根据权利要求1所述的一种母线接头微欧级阻抗在线检测装置，其特征是：ARM控制模块(1)的输出端连接WSN无线发送节点(10)，WSN无线发送节点(10)与WSN无线接收节点(11)之间通过无线方式传送信号，WSN无线接收节点(11)的输出端连接上位机(12)。

3.一种如权利要求1所述的母线接头微欧级阻抗在线检测装置的检测方法，其特征是包括如下步骤：

A、先断开母线接头(6)的电源，调节母线接头(6)阻抗的大小，用微欧表离线测得其阻值R₁，再接通母线接头(6)的电源，非线性带通滤波器(9)提取母线接头(6)两端产生的工作电压V₁，工作电压V₁输入ARM控制模块(1)后通过WSN无线发送节点(10)、WSN无线接收节点(11)送到上位机(12)；

B、n次重复步骤A，上位机(12)获得阻值R₂、R₃、R₄…R_n和相对应的工作电压V₂、V₃、V₄…V_n；建立阻值与工作电压之间的神经网络模型R＝f(V)；

C、非线性带通滤波器(9)提取母线接头(6)两端频率为f_H kHz工作电流与50Hz工频电流复合产生的工作电压Vˊ并输入到ARM控制模块(1)，ARM控制模块(1)通过WSN无线发送节点(10)和WSN无线接收节点(11)将该电压值Vˊ送到上位机(12)；上位机(12)根据神经网络模型R＝f(V)得到母线接头微欧级阻抗的大小。

4.根据权利要求3所述的母线接头微欧级阻抗在线检测装置的检测方法，其特征是：步骤C中，反馈电阻R_f将产生的反馈电压U_f.经线性光耦(5)反馈到ARM控制模块(1)，ARM控制模块(1)将反馈电压U_f.与预设电压阈值U_R作比较得到偏差△e，将偏差e与偏差阈值e_r作比较，如果e≤e_r，则计算出控制电流放大器(2)的控制电压，调整隔离变压器(3)输出侧的电流。

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