电容电流测试仪

微机型配电网电容电流测试仪的研究一硬件部分中国矿业大学应用技术学院电气工程及自动化05级徐伟

指导老师李晓波摘要：我国6〜35kV配电网一般采用中性点不接地运行方式，随着供配电网中电缆线路日益增多，电网对地电容电流随之增大，远远超过规程要求，接地电弧不容易自熄，为避免故障扩大，电网需要装配消弧线圈。而准确测量系统对地电容电流是决定装设消弧线圈与否和正确选择消弧线圈容量的依据。本文主要围绕系统对地电容电流测量方法并依据测量理论设计测试仪硬件等工作展开研究。关键词：中性点；电容电流；消弧线圈；测试仪1前言电容电流的含义主要包括正常情况下线路中的电容电流以及单相接地故障时产生的单相接地电流(由于其主要成分是容性无功分量，所以又称单相接地电容电流)。前者线路电容电流的增大会使得空载线路末端电压升高，容易引起操作过程中的谐振过电压。后者单相接地故障电容电流增加，接地电弧不易熄灭，会引起故障扩大。《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》中明确规定6〜35kV系统中，当单相接地故障电容电流超过30A时应采用消弧线圈接地方式。目前，国内外对于电容电流危害治理的方法主要有：安装单相接地选线成套装置，当发生单相接地故障时能及时切断故障支路。中性点加装一个电抗器，这个电抗器又称消弧线圈，消弧线圈在电网发生单相接地时产生一个感性电流，补偿接地点的容性电流。2测量方法的比较分析传统的电容电流测量方法包括直接法和间接测量法，直接法就是人为的将一相接地即单相金属接地法，间接测量法包括中性点外加电容、分相对地外加电容和人工不对称法等。总的来说，这些直接或间接的方法存在以下缺点：测量时与一次侧打交道，人员与设备安全得不到保障；涉及一次设备，操作繁琐同时也存在误操作的危险；工作耗时长，人员多，测量效率低；人为的制造电网不正常运行状态。正是由于传统测量方法的缺点，安全、高效的测量理论一直被人们所重视，随着现代测控技术和信号注入法理论的发展完善，外加单频信号法、两频法、三频法和谐振法等测量理论都有一定的实际意义。由于单频和谐振法只应用于中性点经消弧线圈接地系统中，而两频法需要进行矢量计算，增加了外部电路和软件工作，所以三频法理论在中性点不接地系统中得到广泛应用。

3三频法测量原理实验原理见图3.1,W、W、W为TV高压绕组，二次绕组W、W、W组ABC abc成开口三角形， 导线对地电容，二次绕组的另2个端子用于测量二次侧电压，C、C、C为三相设高低压绕组的匝数分别为ni和2ABC图3.1三频法测量原理图图3.2等值电路图若在TV开口三角侧注人一电压信号七，经开口三角产生电流i°，在二次绕组的另2个端子用于测量二次侧电压，C、C、C为三相设高低压绕组的匝数分别为ni和2ABC图3.1三频法测量原理图图3.2等值电路图ABCnJ)=ni]bC1(.A,a)2.0nv一i)=ni>1(BABCnJ)=ni]bC1(.A,a)2.0nv一i)=ni>1(Bb)2.0nv-1)=ni1Cc20J（3.1）TV二次侧测量电容电流创造了条件。通常三相TV的参数是对称的，而且三相导线对地电容C「C^、Cc也是基本相等的，因此，三相电流iA、iB、iC分别在三相TV与导线对地电容中产生的压降基本相同，即Ua=U=U,，这时在TV开口三角端就可以测到电流i0。U=i、R2+X-"C）L （3.2）A1V Lnn（3.3）U0=3-2Ua^UA=尸U0（3.3）12已知ni=ni，经变换，得到:11 20

TOC\o"1-5"\h\zi=(n/n)i (3.4)1 2 10将式(3.3)、(3.4)代入式(3.2)有：U=3(n/n)2预2+2—1/("C)L-i (3.5)0 2 1、 L 0式中有3个未知数，即R、XL、C。要想求出线路对地电容C，须有3个方程，为此在TV开口三角端注入3个不同频率的电压信号，得到3个方程：U=3(n/n)2JR2+X_1/("C)]-i(j=1，2，3) (3.6)0j 2 1、 L j oj求解这个方程组即可求出电容值C，也就可以通过式(3.7)计算出电容电流值。（3.7）I="CE（3.7）式中，C=C+C+C；E4为电源相电势。0ABC4硬件设计本测试仪的硬件结构框图如图4.1所示。系统电源复位时钟1仿真电流采样形成回路四电压采样「形成回路低通f工频_►电平抬升系统电源复位时钟1仿真电流采样形成回路四电压采样「形成回路低通f工频_►电平抬升TMS320LF2407陷波SCI通讯EEPROMDDSf低通滤波器+极性转换—►功率放大#入?丁4—►液晶显示j日历图4.1测试仪硬件结构图4.1主电路结构设计本系统以DSP芯片TMS320LF2407为主控制器，首先设计了DSP最小系统，其包括复位电路、仿真、时钟和芯片电源等四部分，采用MAX706T芯片可实现对DSP的手动和利用看门狗自动复位功能。系统时钟采用无源晶体和电容实现外部时钟信号的产生，经DSP内部锁相环电路实现倍频后可工作在30MHz时钟下；芯片供电电源采用两块TPS7333Q芯片，将5V电压变换成3.3V后实现模拟量和数字量分开供电；采用DSP的SCI口，利用MAX232接口转换芯片实现与上位机的通讯;本测试仪专门增加了一外部存储器实现测量结果的保存；采用独立式6键键盘，128X64LCD实现人机交互功能；另外，日历电路实现测量时间记录和查询结果。4.2注入信号发生电路此模块采用AD9850芯片产生频率信号，经低通滤波和减法电路后得到一双极性信号，但由于此信号较小，不能满足要求，所以经LM3875放大器实现功率放大后注入PT。4.3模拟量输入通道采样信号幅值较大，经微型电压互感器和电流互感器后转换成小电压信号，滤除工频信号后，得到双极性电压信号，但DSP内部AD能对正信号采样，双极性信号经一加法电路与基准直流电压相加，得到DSP能够采样的电压信号。4.4系统电源设计采用集成稳压芯片的电源设计方法电压质量不高，纹波大，抗干扰能力不强，开关电源目前广泛应用于各种电子设备中，其优势显而易见。本文采用明纬T-30B三路输出开关电源。图4.1开关电源供电结构图5结论实际应用中的电容电流测试仪均采用用注入信号的方法实现对地电容电流的测量。本文研制的基于信号注入法一三频法的电容电流测量装置，分为三大模块，主电路结构、模拟量输入通道和注入信号发生电路。电路结构清晰，与外设的控制线和数据线均采用DSP本身的I/O端口，简化了硬件电路设计。注入信号源采用DDS芯片，易于对信号频率和相位实现精确控制。本装置硬件部分设计详细，但也存在一些缺陷，例如：采样信号在还原中一般不能准确反映电网参数；电网对地电容值较大时，误差随之增大；注入信号频率选取困难，不同组的频率计算结构不相同。这些缺点影响本装置的实用性，应继续改善。6参考文献[1]要焕年.电力系统谐振接地.北京：中国电力出版社，2000，P207—227⑵王崇林.中性点接地方式与消弧线圈.徐州：中国矿业大学出版社，1999,P37-44李晓波.6〜10kV配电网电容电流测试仪的研制.高压电器.2008，（44）：P40-42丁然.基于信号注入法的电容电流测试仪研究.工矿自动化.2007，（2）：P27-29江思敏.TMS320LF240XDSP硬件开发教程.北京：机械工业出版社，2003，P5-305潘宇倩.DDS频率合成器AD9850原理及应用.航天器工程.2007，（16）：P85-88刘元法.50Hz陷波器在线阵CCD数据采集系统中的应用.煤矿机械2008，（29）：P179-180TexasInstrumentsIncorporated.TMS320LF/LC24系列DSP的CPU与外设.北京：清华大学出版社，2004,P8-234Hongjianghe,Zhanyingshao.ResearchMeasurement