串補火花間隙分壓器迴路的在線監測電路和方法
2023-07-31 00:38:46 1
專利名稱：串補火花間隙分壓器迴路的在線監測電路和方法
技術領域：
本發明涉及電子或電カ技術領域，具體涉及ー種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路和方法。
背景技術：
在現有線路上加裝串聯電容器補償(簡稱串補)裝置，能有效縮短線路的電氣距離，同時對土地資源的佔用極小，它還是提高輸電線路輸送能力的經濟而且有效的技術手段。串聯電容器補償裝置由串聯電容器、金屬氧化物限壓器MOV、火花間隙等主要設備構成，其中火花間隙是MOV的主保護和串聯電容器的後備保護，因此對其工作可靠性有 很高的要求，其中火花間隙分壓器是火花間隙的重要附屬設備，火花間隙分壓器的工作狀態直接關係到在線路故障時火花間隙能否正常觸發，是保證火花間隙可靠安全工作關鍵之
O在裝設有串補裝置的線路中，當線路發生故障或是相鄰線路發生故障，線路電流流過串聯電容器，在串聯電容器兩端產生較高的電壓。為了防止在故障電流情況下，串聯電容器兩端的過電壓造成電容器的損壞，這時就需要觸發火花間隙，快速旁路串補串聯電容器，此時，串補控制保護裝置將向火花間隙觸發控制電路發出觸發命令，而火花間隙控制電路在接收到串補保護系統發來的觸發命令後，判斷間隙所承受的電壓是否達到了預設的電壓值，即門檻電壓，只有在判斷達到或超過門檻電壓值後，才會發出點火脈衝，火花間隙觸發控制電路就是通過分壓器迴路取得間隙兩端的實時電壓。一旦火花間隙分壓器迴路器出現故障，導致火花間隙觸發控制電路無法獲得準確的電壓值，從而可能引起誤動作。
發明內容
本發明提供一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路和方法，使運行人員能及時掌握分壓器迴路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發點火，大大提高了火花間隙工作可靠性。本發明提供一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路，串聯電容器、火花間隙與串補火花間隙分壓器迴路相互並聯，所述串補火花間隙分壓器迴路包括均壓環節和電壓取樣環節；所述電壓取樣環節包括與所述均壓環節串聯的電容C ;所述在線監測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號Uiffi ;所述串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uct ;所述比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監測所述串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態。本發明提供的第一種優選實施例中所述在線監測電路的串補電流輸入模塊通過在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號。本發明提供的第二種優選實施例中所述均壓環節包括串聯的電容Cl、C2、C3和C4 ;所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換晶片A ；
所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換晶片A將所述放大調理後的信號轉換成本發明提供的第三種優選實施例中所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B ;所述U2A將所述串聯電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效值轉換晶片B將所述放大調理後的信號轉換成Uci。本發明提供的第四種優選實施例中所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ； 所述U3A將所述U 和所述Uct做差分；所述U3B將所述U分壓做反相；所述U4A將所述U_和所述U3B的輸出做比較並輸出； 所述U4B將所述U瓶和所述U3A的輸出做比較並輸出。本發明提供的第五種優選實施例中所述U4A和所述U4B為OC門結構，輸出端相連接；滿足a *UCT く U分壓く b *UCT時,所述分壓器迴路運行正常,所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓 b · Uct時，所述分壓器迴路運行異常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差係數，a彡b。本發明提供的第六種優選實施例中所述誤差係數a和b的大小可以通過調節所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現。本發明提供的第七種優選實施例提供一種串補火花間隙分壓器迴路的在線監測方法，包括上述任一項所述的在線監測電路，其特徵在於，所述方法包括步驟SI，均壓環節串聯電容C，在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號；步驟S2，取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U 串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uct ；步驟S3，所述比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監測所述串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態。本發明提供的第八種優選實施例中所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換晶片A ；所述步驟2中取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號具體為所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換晶片A將所述放大調理後的信號轉換成U分壓。本發明提供的第九種優選實施例中所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B ；所述步驟2中串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uct具體為所述U2A將所述串聯電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效值轉換晶片B將所述放大調理後的信號轉換成Uci。本發明提供的第十種優選實施例中所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述步驟S3中比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監測所述串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態具體包括步驟S301，所述U3A將所述U糹和所述Uct做差分，所述U3B將所述U糹做反相；步驟S302，所述U4A將所述和所述U3B的輸出做比較並輸出，所述U4B將所述和所述U3A的輸出做比較並輸出，所述U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a · Uct彡U分壓く b · Uct時，所述分壓器迴路運行正常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓く a · Uct或U分壓〉b · Uct時，所述分壓器迴路運行異常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出低電平報警； 其中，所述a和b為預設的誤差係數，a彡b。本發明提供的第十一種優選實施例中所述U4A和所述U4B為OC門結構，所述誤差係數a和b的大小可以通過調節所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現。本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路和方法的有益效果有I、本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路和方法，設置電壓取樣環節，提出針對串補火花間隙分壓器迴路在線監測的思想，可廣泛應用在超高壓或特高壓串補裝置中，使運行人員能及時掌握分壓器迴路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發點火，大大提高了火花間隙工作可靠性；2、通過在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號，在不增加任何設備的情況下實現對串聯電容器電流的測量；3、比較器U4A和U4B為OC (Open Collector，集電極開路)門結構，二者輸出相連後可以實現「與門」功能，簡化了電路；4、設定U分壓和Uct的關係式為a · UCT彡U分壓彡b · UCT，其中a和b為預設的誤差係數，這兩個係數保證當電容分壓器某一隻電容器損壞時U分壓不能滿足上面的關係式，並且a和b的大小可以通過調節比較器各電阻值來實現，滿足電和Uct可以存在一定的誤差的範圍內。
圖I為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路的結構原理框圖；圖2為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路的工作原理圖；圖3為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路的電路圖；圖4為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測的方法流程圖；圖5為本發明提供的比較模塊實現在線監測串補火花間隙分壓器迴路的方法流程圖。
具體實施例方式串補裝置包括並聯的串聯電容器、火花間隙和串補火花間隙分壓器迴路，本發明提供一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路，該分壓器迴路設置均壓環節和電壓取樣環節，其中，均壓環節為串聯的電容Cl、C2、C3和C4，電壓取樣環節為電容C，電容C與均壓環節串聯，即Cl、C2、C3、C4和C串聯。本發明提供的監測電路的具體結構原理框圖如圖I所示，由圖I可知，該監測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊，取樣電壓輸入模塊輸入電容C兩端電壓並將其放大後轉換成直流電壓信號UiJi輸出，同時串補電流輸入模塊輸入串聯電容器的電流信號並將其放大後轉換成直流電壓信號UCT。比較模塊通過比較輸入的Uiffi和UCT，對該分壓器迴路的運行狀態進行在線監測。圖2為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路的工作原理圖，由圖2可知，其中，監測電路的串補電流輸入模塊是通過在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號。 圖3為本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測電路的電路圖，由圖3可知，取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換晶片A，U1B和U2B將電容C兩端電壓進行放大調理，有效值轉換晶片A將放大調理後的信號轉換成直流電壓信號U分壓。串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B，U2A將串聯電容器的電流信號放大調理成電壓信號，有效值轉換晶片B將放大調理後的信號轉換成直流電壓信號Uct。比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B。U3A將直流電壓信號U瓶和Uct做差分，U3B將直流電壓信號U_做反相。U4A將Um和U3B的輸出做比較並輸出，同時U4B將Um和U3A的輸出做比較並輸出，U4A和U4B的輸出端相連接，其中，U4A和U4B為OC門結構，所以U4A和U4B輸出相連後可以實現「與門」功能。滿足a · Uct彡U分壓く b · Uct吋，分壓器迴路運行正常，U4A和U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓く a · Uct或U分壓〉b · Uct吋，分壓器迴路運行異常，U4A和U4B相連的輸出端輸出低電平報警；其中，a和b為預設的誤差係數，a < b，並且該誤差係數a和b的大小可以通過調節比較器U4A和U4B的電阻值來實現。本發明提供的一種串補火花間隙分壓器迴路在線監測方法，如圖4所示為該方法的流程圖，由圖4可知，該方法包括如下步驟步驟SI，均壓環節串聯電容C，在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號。步驟S2，取樣電壓輸入模塊將電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U分壓，串補電流輸入模塊將串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uci。其中，取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換晶片A，串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B。具體的，取樣電壓輸入模塊將電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號具體為U1B和U2B將電容C兩端電壓進行放大調理，有效值轉換晶片A將放大調理後的信號
轉換成U分壓。
串補電流輸入模塊將串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uct具體為U2A將串聯電容器的電流信號放大調理成電壓信號，有效值轉換晶片B將放大調理後的信號轉換成Ucr。步驟S3，比較模塊通過比較U—和Uct來在線監測串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態。其中，比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B。具體的，比較模塊通過比較&^；和Uct來在線監測串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態的方法流程如圖5所示，由圖5可知，該方法包括
步驟S301，U3A將U分壓和Uct做差分，U3B將U分壓做反相；步驟S302，U4A將U分壓和U3B的輸出做比較並輸出，U4B將U分壓和U3A的輸出做比較並輸出，U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a · Uct≤U分壓く b · Uct時，分壓器迴路運行正常，U4A和U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足Umく a · Uct或b · Uct吋，分壓器迴路運行異常，U4A和U4B相連的輸出端輸出低電平報警。其中，a和b為預設的誤差係數，a≤b，誤差係數a和b的大小可以通過調節比較器U4A和U4B的電阻值來實現。U4A和U4B為OC門結構，U4A和U4B輸出相連後可以實現「與門」功能。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種串補火花間隙分壓器迴路的在線監測電路，其特徵在於，所述串補火花間隙分 壓器迴路包括均壓環節和電壓取樣環節；所述電壓取樣環節包括與所述均壓環節串聯的電 容C;所述在線監測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U分壓；所述串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號II UCT ,所述比較模塊通過比較所述和所述UCT來在線監測所述串補火花間隙分壓器迴路 的運行狀態。
2.如權利要求1所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述在線監測電路的串補電 流輸入模塊通過在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得串聯電容器的電流信號。
3.如權利要求1所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述均壓環節包括串聯的電 容Cl、C2、C3和C4 ;所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換 晶片A ；所述U1B和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換晶片A將所述 放大調理後的信號轉換成Ujjj。
4.如權利要求1所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述串補電流輸入模塊包括 一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B ;所述U2A將所述串聯電容器的電流信號放大 調理成電壓信號，所述有效值轉換晶片B將所述放大調理後的信號轉換成UCT。
5.如權利要求1所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述比較模塊包括兩個運算 放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述U3A將所述和所述UCT做差分；所述U3B將所述做反相；所述U4A將所述U3B的輸出和所述做比較並輸出；所述U4B將所述U3A的輸出和所述做比較並輸出。
6.如權利要求5所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述U4A和所述U4B為0C門 結構，輸出端相連接；滿足a *UCT ( U分壓< b *UCT時，所述分壓器迴路運行正常，所述U4A和所述U4B相連的 輸出端輸出高電平；滿足U分壓 b *UCT時，所述分壓器迴路運行異常，所述U4A和所述U4B 相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差係數，a < b。
7.如權利要求6所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述誤差係數a和b的大小可 以通過調節所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現。
8.—種串補火花間隙分壓器迴路的在線監測方法，包括如權利要求1-7任一項所述的 在線監測電路，其特徵在於，所述方法包括步驟S1，均壓環節串聯電容C，在取能用電流互感器二次迴路中串入一個測量CT獲得 串聯電容器的電流信號；步驟S2，取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U分壓』 串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號Uct ；步驟S3，所述比較模塊通過比較所述U—和所述Uct來在線監測所述串補火花間隙分 壓器迴路的運行狀態。
9.如權利要求8所述的一種在線監測方法，其特徵在於，所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換晶片A ；所述步驟2中取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U 分壓具體為所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換晶片A將 所述放大調理後的信號轉換成U分壓。
10.如權利要求8所述的一種在線監測方法，其特徵在於，所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換晶片B ；所述步驟2中串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電 壓信號Uct具體為所述U2A將所述串聯電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效 值轉換晶片B將所述放大調理後的信號轉換成Uci。
11.如權利要求8所述的一種在線監測方法，其特徵在於，所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述步驟S3中比較模塊通過比較所述U_和所述Uct來在線監測所述串補火花間隙分 壓器迴路的運行狀態具體包括步驟S301，所述U3A將所述U糹和所述Uct做差分，所述U3B將所述U糹做反相；步驟S302，所述U4A將所述Ujffi和所述U3B的輸出做比較並輸出，所述U4B將所述U分 和所述U3A的輸出做比較並輸出，所述U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a ·υετ ( U分壓< b · Uct時,所述分壓器迴路運行正常,所述U4A和所述 U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓 b *UCT時，所述分壓器迴路運行異常，所述U4A和所述U4B 相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差係數，a^b0
12.如權利要求11所述的一種在線監測電路，其特徵在於，所述U4A和所述U4B為OC 門結構，所述誤差係數a和b的大小可以通過調節所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現。
全文摘要
本發明提供一種串補火花間隙分壓器迴路的在線監測電路和方法，所述串補火花間隙分壓器迴路包括均壓環節和電壓取樣環節；所述電壓取樣環節包括與所述均壓環節串聯的電容C；所述在線監測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大後轉換成直流電壓信號U分壓；所述串補電流輸入模塊將所述串聯電容器的電流信號放大後轉換成直流電壓信號UCT；所述比較模塊通過比較所述U分壓和所述UCT來在線監測所述串補火花間隙分壓器迴路的運行狀態。使運行人員能及時掌握分壓器迴路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發點火，大大提高了火花間隙工作可靠性。
文檔編號G01R19/165GK102662115SQ201210138918
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者餘輝, 李國富, 李志遠, 李永亮 申請人:中國電力科學研究院