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高压电源断路器分合闸周期在线检测安装研讨


高压电源断路器分合闸进程,设计了基于高频信号耦合解耦原理的高压开关柜高压电源断路器分合闸周期在线检测安装,细致引见了安装硬件和软件设计。该安装较好地完成了高压断绝,可以精确地获取高压电源断路器分合闸周期的肇始和停止时辰。


实验后果标明,该安装霍尔电传播感器输入信号调治电路、高频信号耦合息争耦电路设计公道,顺序编写准确,安装可以比拟精确地对高压电源断路器分合闸工夫停止在线检测,满意工程实践需求。


不断以来,因缺乏无效检测手腕而招致变电站高压开关柜高压电源断路器三相差别期的状况时而呈现,形成电力零碎中零序电压、网络阻抗增大等景象发作,引发电网各种变乱。为此,电力公司常接纳活期检验,将高压电源断路器停运,用离线办法对其机器特性停止检测,从而添加了运维本钱,影响了电网的供电牢靠性。


随着人们对供电质量要求日益提拔,电力消费对高压电源断路器机器特性在线检测安装的需求也愈加急迫,但现有的高压电源断路器机器特性检测仪均为离线。高压电源断路器机器特性不行完成在线检测的次要缘由是,高压电源断路器在线形态下分合闸周期不易精确检测。


现在的高压电源断路器分合闸周期在线检测研讨办法,关于高压电源断路器分合闸周期的肇始时辰提取均经过接纳霍尔电传播感器收罗分合闸线圈得电时辰获取。


关于高压电源断路器分合闸周期的停止时辰(即高压电源断路器刚分或刚适时刻)的提取次要有3种办法:①接纳高压电源断路器辅佐触头获取,该办法由于机器触头存在工夫耽误,测得的高压电源断路器分合闸周期存在很大偏差,不满意工程要求;②运用振动传感器提取振动信号峰值法,该办法受情况影响较大且与振动传感器装置地位有关,提取办法较为庞大,工程完成较为困难;③经过在高压电源断路器三相触头装置电流互感器,应用高压电源断路器分合闸时三相动态触头的电流呈现或消逝时辰来确定,该办法可以较为精确获取高压电源断路器刚分刚适时刻,但在高压电源断路器不带负荷或负荷较小的状况下完成困难,存在较大缺陷。


本文针对现在高压电源断路器分合闸周期在线检测安装的工程研讨由于存在种种缘由不具有可操纵性的状况,提出一种基于高频信号耦合解耦原理提取高压电源断路器分合闸周期停止时辰的在线检测安装,该安装可以较好地提取高压电源断路器分合闸周期的停止时辰,完成高压电源断路器分合闸周期的在线检测。


1  高压电源断路器分合闸进程剖析


为了更好天文解高压电源断路器分合闸周期所触及的相干参数观点,可将高压电源断路器分闸、合闸进程剖析成差别的工夫段,每个工夫段都有各自的举措特性,而可将高压电源断路器分合闸周期整个举措进程当作由各个举措进程工夫段构成。基于这种头脑,绘制了图1和图2高压电源断路器举措进程的时序图。从高压电源断路器分合闸时序图中,可以明晰、直观地理解到高压电源断路器分合闸进程差别工夫段的界说。


高压电源断路器分合闸周期在线检测安装研讨

图1  开关合闸进程时序图


高压电源断路器分合闸周期在线检测安装研讨

图2  高压电源断路器开关分闸进程时序图


在GB 1984—2014中对高压电源断路器工夫参数有细致界说[12]。此中,高压电源断路器分闸周期是从分闸回路有电流开端到一切极触头都别离霎时为止的工夫距离,合闸周期是指从合闸回路有电流开端到一切极触头都打仗霎时为止的工夫距离。


2  检测安装硬件设计


2.1  检测安装构成及任务原理


该检测安装次要包罗霍尔电传播感器及其输入信号调治电路、高频信号耦合电路及解耦电路、数字信号处置器(digital signal processor, DSP)微处置器单位、液晶表现、声光报警和无线通讯单位,如图3所示。


霍尔电传播感器用于获取高压电源断路器分合闸线圈得电工夫,即高压电源断路器分合闸肇始时辰,其输入信号调治电路的作用是转化、调治其输入信号,为DSP微处置器内部中缀提供规范的电压脉冲信号。高频信号耦合电路可将DSP微处置器发生的高压高频信号,叠加在高压电源断路器动态触头一真个高压工频交换信号中。高频信号解耦电路可使高压高频信号,从高压电源断路器动态触头另一真个高压工频信号中解耦出来,完成上下信号断绝。


无线通讯模块可完成数据检测上传,该模块接纳433MHz频段,属于产业、迷信、医疗(industrial scientific medical, ISM)免请求频段,发送功率最大可到达30dbm,最远可以通讯5km。


该安装经过霍尔电传播感器获取高压电源断路器分合闸周期的肇始时辰,经过高频信号耦合解耦结合作用来获取高压电源断路器分合闸周期的停止时辰,并盘算得出高压电源断路器分合闸周期。在霍尔传感器获取高压电源断路器分合闸线圈得电时辰(即分合闸周期肇始时辰)的同时,该信号触发DSP收回高频信号并使能CAP捕捉端口。


高频信号经过在高压电源断路器主回路三相动态触头的一端辨别停止耦合,在对应相的另一端辨别停止高频信号解耦,完成分合闸周期停止时辰在线检测,经过盘算完成高压电源断路器分合闸周期及三相差别期性在线检测。详细来讲,分闸时,检测安装检测到分闸信号时,安装输入高频信号,并经过继续捕捉端口捕捉高频信号的次数,信号消逝的那一刻即为高压电源断路器刚分时辰。辨别记下三相的刚分时辰,经过盘算,就可得出分闸周期及三相差别期性。


合闸时,检测安装检测到合闸信号后,安装输入端输入高频信号并使能捕捉中缀功用,同时使3个计时器开端计时,当捕捉端口信号呈现的那一刻即为高压电源断路器刚适时刻,这时三相的定时器中止计时并辨别记下三相的合闸工夫,进而得出高压电源断路器合闸周期及三相差别期性。


2.2  霍尔电传播感器输入信号调治电路


霍尔电传播感器输入信号调治电路是用来将霍尔电传播感器输入的电流信号转换成电压信号。图4为霍尔电传播感器输入调治电路。


运用霍尔电传播感器对电信号的疾速呼应特性(微秒级),可以精确获取高压电源断路器分合闸线圈带电时辰,也便是高压电源断路器分合闸周期的肇始时辰。图中R5为取样电阻,其作用是将霍尔电传播感器输入的电流信号转化电压信号,U2为施密特触发门电路芯片,它可将电压信息停止整形、滤噪,失掉一个比拟抱负的矩形脉冲信号,从而为DSP内部中缀提供较好的沿触发。


2.3  高频信号耦合电路


高频信号耦合电路的作用是将DSP发生的高压高频信号耦合在高压电源断路器静触头的一端,完成上下电压断绝。


图5中GPIOA0为DSP的I/O引脚,AC_L为高压电源断路器某相的静触头端。DSP发生的高频脉冲信号经光电断绝后传送至高频耦合变压器的低级线圈端子。别的,为避免高频信号在传输中衰减所招致的高频信号变弱而不易捕捉,可在光耦芯片的输入端加一得当大的直流电源停止缩小,思索到工程实践,本安装接纳+5V直流电源停止缩小。


图中T1高频信号耦合变压器可以完成低级线圈与次级线圈高频信号的电磁断绝,次级线圈的高频信号颠末高压电力耦合电容器C1,耦合至高压工频交换电中,C1还可制止高压的工频电压量传输到高频耦合变压器的次级线路端子下去。


图5中电感L1可无效避免次级线路端子的高频信号流上天中。该耦合电路接纳了上下压光耦断绝和高频变压器两级断绝来避免高压信号传输至高压端对设置装备摆设某人身能够形成的损伤。


2.4  高频信号解耦电路


耦合在高压电源断路器某一相静触头的高频信号经过图6高频信号解耦电路从高压电源断路器动触头真个高压工频信号中解耦出来。


图6中电力解耦电容器C2端子被装置在对应的高频信号耦合电路衔接相的另一端,其作用是将高频信号从高压工频信号解耦出来通报到高频断绝变压器T2低级线圈的一端,高频断绝变压器T2低级线圈的另一端经过电感器L2接地,电感器L2制止了高频信号传入大地;高频断绝变压器T2将解耦的高频信号从高电压端低级线圈传送到低电压端次级线圈,高频断绝变压器T2的次级线圈将高频信号经光耦芯片停止电气断绝和电平转换后传送至DSP的捕捉单位。


2.5  安装检测高压电源断路器单相的装置构造


经过霍尔电传播感器提取分合闸周期的肇始时辰以及经过耦合解耦电路结合作用提取分合闸周期的停止时辰,终极可完成高压电源断路器分合闸周期的在线检测功用。图7为该安装检测高压电源断路器单相时的电路衔接图。经现场勘察实验,该检测安装可以在开关柜内装置,且不影响开关柜的绝缘功能。


3  高频信号耦合解耦电路的仿真


为选取适宜的电力耦合电容、电感及频率,接纳Electronics Workbench电子仿真软件,对高频信号耦合解耦电路停止了仿真。图8为在该仿真情况下搭建的高频信号耦合解耦仿真电路。


图8中双踪示波器的输出辨别接在电容器两头,电容器接纳比拟常用的100pF高压电容作为耦合电容,电感选用1mH。当输出信号为50Hz时,双踪示波器失掉的耦合波形如图9所示。


从图9可以看出,50Hz的工频信号很难通报到后级,全部压下降在了高压电容上。


当输出信号为200kHz时,双踪示波器失掉的耦合波形如图10所示。仿真进程中,随着信号频率的添加,高压电容器的通报性逐步增强。从图10可以看到,当频率为200kHz时,高频信号可以无失真通报。


思索到实践的工程可行性,选取100kHz的信号作为实践电路的测试信号停止实行。


4  检测安装的软件设计


该安装顺序次要包罗内部中缀处置顺序、频率信号收罗处置顺序、定时器处置顺序和通讯顺序。这些顺序综合完成了高压电源断路器分合闸周期的在线检测及处置,无线通讯顺序完成了本检测安装与站内监测上位机的并网衔接和数据共享。


4.1  内部中缀1处置顺序流程图


内部中缀1处置顺序完成了分闸周期终点计时,其触发信号是经过霍尔电传播感器获取分闸线路得电时辰,并经过其输入调治电路的沿电平信号提供的。该信号同时使微处置器收回高频信号,而且使能捕捉单位开端停止脉冲计数,其顺序流程图设计如图11所示。


图11中CAP1、CAP2、CAP3为微处置器捕捉单位端子。Tfa、Tfb、Tfc辨别为高压电源断路器A相、B相、C相的分闸工夫。依据GB 1984—2014对分合闸中工夫参数的界说中对高压电源断路器分闸周期的界说可知,分闸周期为Tfa、Tfb、Tfc的最大值,三相差别期为Tfa、Tfb、Tfc的最大值与Tfa、Tfb、Tfc的最小值之差。


4.2  内部中缀2处置顺序流程图


内部中缀2处置顺序完成了合闸周期终点计时,其触发信号是经过霍尔电传播感器获取合闸线路得电时辰,并经过其输入调治电路的沿电平信号提供的。该信号同时使微处置器收回高频信号,而且使能定时器开端计时同时使能捕捉中缀,在捕捉单位捕捉到第一个脉冲时中止定时器计时;频率信号收罗顺序完成了信号的频率收罗盘算及频率信号与分合闸周期对应干系处置,其顺序流程图设计如图12所示。图中Tha、Thb、Thc辨别为高压电源断路器A相、B相、C相的合闸工夫。

5  安装实行及后果剖析


实行是在高压电源断路器静触头带高压电的状况下停止的,次要目标是检测高频信号在该安装高压耦合解耦电路中的通报性和该安装的高压断绝功能及安装的牢靠性和精确性。实行还验证了该安装的次要功能目标和功用。安装全体功能检测需经过软硬件结合调试,依据实行室条件,以ABB消费的高压电源断路器为实行工具对该安装停止了软硬件结合调试,现场检测如图13所示。实行失掉的实行数据见表1。


实行数据标明,该安装硬件电路设计公道,软件编写准确,安装可以精确、牢靠地检测高压电源断路器分合闸周期,满意工程实践要求。


总结

该安装接纳惯例元件和资料,本钱低,产业完成方便,是一种产业上较为适用、功用比拟齐备的高压开关柜高压电源断路器分合闸周期在线检测安装。本检测安装克制了其他检测安装构造庞大、信号处置分歧理和随机性大的缺陷。


其次要特点是,可以精确获取高压电源断路器起止时辰,而受外界搅扰要素较少;该安装对高压电源断路器施行检测时,高压开关柜构造无需变化,不影响其功能,特殊是其绝缘性不受影响。该安装的运用可以增加开关柜高压电源断路器的停运工夫,进步了电网供电牢靠性。

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