專利名稱：三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，可作為一種自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，用以補(bǔ)償配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)流經(jīng)接地點(diǎn)的接地電容電流，起到降低接地點(diǎn)故障電流從而消除接地弧光，保護(hù)配網(wǎng)設(shè)備。屬于電氣設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，背景技術(shù)國(guó)內(nèi)目前常見(jiàn)的自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)，通常包括接地變壓器、可控消弧線圈、輔助調(diào)節(jié)部分和控制器部分。例如中國(guó)專利公報(bào)公開(kāi)一種發(fā)明專利申請(qǐng)，其名稱為“自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置”、專利申請(qǐng)?zhí)枮椤吧暾?qǐng)?zhí)?1107531.3”，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由接地變壓器、消弧電抗器和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由接地電阻、移相器、整流濾波電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和執(zhí)行回路等連接而成。該發(fā)明的工作原理是在人為產(chǎn)生的零序電壓源作用下，消弧電抗器與串接的電阻，以及三相對(duì)地電容產(chǎn)生串聯(lián)諧振，控制系統(tǒng)根據(jù)對(duì)串聯(lián)諧振回路零序電壓和零序電流相位比較，調(diào)整電抗器的電感值，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償效果。該發(fā)明具有如下缺點(diǎn)(1)由于接地變壓器和可控消弧線圈為高壓電氣設(shè)備，且為兩個(gè)獨(dú)立制作部分，因此導(dǎo)致成套補(bǔ)償系統(tǒng)占地大、成本高。(2)由于控制系統(tǒng)由分立電路構(gòu)成，因此，電氣原件多、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能不可靠。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題，即本發(fā)明的目的，是為了克服現(xiàn)有自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)體積大、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提供一種三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題可以采用如下技術(shù)方案解決三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括三芯五柱變壓器、可控感性電流發(fā)生器、電流檢測(cè)單元和控制器；三芯五柱變壓器的三相繞組分別繞在三個(gè)鐵芯柱上，每相繞組包括一個(gè)一次繞組和若干個(gè)二次繞組，一次繞組接入電網(wǎng)主回路的A、B、C三相，二次繞組連接成開(kāi)口三角形接法后與感性電流發(fā)生器連接或連接成曲折形接法后提供站用交流電源；感性電流發(fā)生器的控制輸入端連接控制器的輸出端；電流檢測(cè)單元設(shè)置在變壓器的一次繞組接地端，其信號(hào)輸出端連接控制器的檢測(cè)信號(hào)輸入端。
由變壓器原理可知，三芯五柱變壓器的三相繞組分別繞在三個(gè)鐵芯柱上，另兩個(gè)鐵芯柱用于提供系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)流經(jīng)變壓器的零序磁通回路。當(dāng)配網(wǎng)三相電壓完全對(duì)稱時(shí)，三芯五柱變壓器每個(gè)低壓二次繞組開(kāi)口三角端(Lm，Nm)電壓接近于0V，亦即施加在每個(gè)感性電流發(fā)生器上的電壓很小，因此三芯五柱變壓器一次繞組A、B、C相電流很小。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單相接地后，由于三相對(duì)地電壓的不平衡，導(dǎo)致每個(gè)二次繞組端(Lm，Nm)產(chǎn)生零序電壓，其端電壓的高低隨接地阻抗的不同而不同，因此感性電流發(fā)生器3上得到電壓，通過(guò)控制部分5的控制可使每個(gè)感性電流發(fā)生器產(chǎn)生感性電流I1，I2，....In，且各二次感性電流相位基本相同，按照變壓器磁通補(bǔ)償原理，因此三芯五柱變壓器2一次各相繞組電流為IA＝IB＝IC＝(I1*W1+I2*W2+....+In*Wn)/W0，電流的大小和相位相同，因此流經(jīng)接地故障點(diǎn)的感性電流為IL＝IA+IB+IC＝3*(I1*W1+I2*W2+....+In*Wn)/W0。由于各感性電流發(fā)生器的感性電流可在0A至In安培之間任意調(diào)節(jié)，因此通過(guò)控制部分5對(duì)感性電流發(fā)生器組3進(jìn)行調(diào)節(jié)，可使得IL數(shù)值接近配網(wǎng)發(fā)生單相接地前線路對(duì)地電容電流數(shù)值的大小，則可使由三芯五柱變壓器產(chǎn)生的可控零序感性電流與線路對(duì)地電容電流相抵消，從而顯著降低接地殘流，達(dá)到消除接地弧光從而保護(hù)配網(wǎng)設(shè)備的目的。
通過(guò)CPU控制系統(tǒng)對(duì)感性電流發(fā)生器的控制可調(diào)節(jié)變壓器一次零序感性電流的大小，一次零序感性電流的大小可通過(guò)電流檢測(cè)單元和控制部分進(jìn)行檢測(cè)和精確調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題還可通過(guò)采取如下措施解決所述三芯五柱變壓器每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，n＝1～100，每個(gè)低壓繞組的a、b、c三相按照匝數(shù)相同的繞組首尾相接形成開(kāi)口三角接法，開(kāi)口三角端Lm、Nm連接對(duì)應(yīng)的可控感性電流發(fā)生器m，其中n＝1～100，m＝1～n。
所述三芯五柱變壓器每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，n＝1～100，其中一個(gè)低壓繞組的a、b、c三相由曲折形接法構(gòu)成提供站用交流配電電源。
所述可控感性電流發(fā)生器由N組可控電感負(fù)載支路組成，n＝1～100，每一組可控電感負(fù)載支路由電抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控開(kāi)關(guān)Km(m＝1，2，....N)構(gòu)成，可控開(kāi)關(guān)Km由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
各支路電抗器Xm(m＝1，2，....N)的數(shù)值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。
所述電流檢測(cè)單元為常規(guī)高壓電流檢測(cè)器，它幫助控制部分檢測(cè)可調(diào)感性電流輸出Io，為控制部分精確控制輸出感性電流提供依據(jù)。
所述控制器由單片機(jī)及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路構(gòu)成，所述單片機(jī)的輸入端連接電流檢測(cè)單元的信號(hào)輸出端、信號(hào)輸出端連接電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸入端，電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸出端連接可控感性電流發(fā)生器的控制端；或是采用常用的脈沖變壓器耦合型式進(jìn)行電氣隔離，脈沖變壓器輸出與電力電子開(kāi)關(guān)控制極相連進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
還包括諧波濾波器，所述諧波濾波器由電感、電容串聯(lián)而成。
本發(fā)明的有益效果是1、調(diào)節(jié)范圍寬，最小起調(diào)電流可達(dá)0A，并可連續(xù)調(diào)至額定感性電流，調(diào)節(jié)時(shí)無(wú)級(jí)差，可均勻線性調(diào)節(jié)。
2、由于采用電力電子開(kāi)關(guān)功率器件，開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間均為微秒級(jí)，因此調(diào)節(jié)速度極快。
3、由于摒棄了傳統(tǒng)自動(dòng)跟蹤消弧線圈采用接地變壓器引出系統(tǒng)中性點(diǎn)和消弧線圈調(diào)節(jié)感性電流的兩種高壓設(shè)備互聯(lián)的方式，而代之以三芯五柱式變壓器形成零序電壓再輔以低壓感性電流控制設(shè)備，可顯著減小占地面積(達(dá)30％)和降低成套系統(tǒng)成本。
4、三芯五柱式變壓器為常規(guī)設(shè)計(jì)，無(wú)任何特殊工藝過(guò)程，當(dāng)采用電力電子開(kāi)關(guān)時(shí)成套系統(tǒng)不存在任何機(jī)械操作與控制部分，因此可靠性高，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。
圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的電氣原理圖。
圖3是本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例的感性電流發(fā)生器電氣原理圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的濾波電路的電氣原理圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的控制器的電氣原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1、圖2和圖5構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施例1。
從圖1可看出，本實(shí)施例包括三芯五柱變壓器2、n組可控感性電流發(fā)生器3(n取值范圍1～100，下同)、電流檢測(cè)單元4、控制部分5及諧波濾波電路6，三芯五柱變壓器2通過(guò)三相斷路器1接入配電網(wǎng)系統(tǒng)母線A、B、C三相。三芯五柱變壓器2每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，每個(gè)低壓繞組的a、b、c三相按照匝數(shù)相同的繞組首尾相接形成開(kāi)口三角接法，開(kāi)口三角端Lm及Nm聯(lián)結(jié)對(duì)應(yīng)的可控感性電流發(fā)生器，其中n＝1～100，m＝1～n。
從圖2可知，本發(fā)明中感性電流發(fā)生器3各單元的具體實(shí)現(xiàn)原理如下由N組可控電感負(fù)載支路組成(N取值范圍1～100，下同)。每一組可控電感負(fù)載支路由電抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控開(kāi)關(guān)Km(m＝1，2，....N)構(gòu)成，各支路電抗器Xm(m＝1，2，....N)的數(shù)值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。可控開(kāi)關(guān)Km可由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。對(duì)每一支路而言，當(dāng)改變電抗器所串接的開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，便可改變?cè)撝返碾娏鬏敵觯绮捎每煽仉娏﹄娮娱_(kāi)關(guān)，則該支路電流可在0至Uk/Xm(m＝1，2，....n)之間任意快速調(diào)節(jié)，由于每支路電流均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，因此總電流I1＝(I’1+I’2+...+I’n)便可根據(jù)所需的變壓器一次感性電流通過(guò)適當(dāng)控制各開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般的控制方式可以是根據(jù)所需一次電流完全導(dǎo)通部分開(kāi)關(guān)，而保持其中的一個(gè)處于導(dǎo)通角度可調(diào)節(jié)狀態(tài)，這樣可減少一次回路的諧波含量。
以電壓等級(jí)為10kV、額定輸出感性電流為80A為例，說(shuō)明本發(fā)明當(dāng)所需一次零序總電流范圍為0～26.7A時(shí)，可只調(diào)節(jié)其中一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)如K1的導(dǎo)通角度，當(dāng)所需一次零序總電流范圍為26.7A～53.4A時(shí)，可完全導(dǎo)通其中一個(gè)開(kāi)關(guān)如K1而僅調(diào)節(jié)一個(gè)開(kāi)關(guān)如K2的導(dǎo)通角度，當(dāng)所需一次零序總電流范圍為53.4A～80A時(shí)可完全導(dǎo)通其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)如K1、K2，而僅保持開(kāi)關(guān)K3的導(dǎo)通角度可調(diào)。在這種情況下即使不采取任何濾波措施，3次諧波也會(huì)非常小。
本實(shí)施例中，電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路，其輸出通過(guò)采用光電耦合與電力電子開(kāi)關(guān)控制極相連并進(jìn)行控制。
本發(fā)明所提供的自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)，只需要一個(gè)三芯五柱式消弧變壓器，配以適當(dāng)?shù)牡蛪嚎刂撇糠?，便可?gòu)成一套電流調(diào)節(jié)范圍極寬、調(diào)節(jié)速度快的可控消弧系統(tǒng)。
圖1、圖3、圖4和圖5可構(gòu)成本發(fā)明的實(shí)施例2。
如圖3可知當(dāng)支路數(shù)較少或?qū)χC波要求較高時(shí)，可在某一支路如圖示位置接入諧波濾波器6。如圖4可知，諧波濾波器6由常見(jiàn)電感、電容元件串連構(gòu)成。如圖5可知，所述控制器5由單片機(jī)及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路構(gòu)成，所述單片機(jī)的輸入端連接電流檢測(cè)單元4的信號(hào)輸出端、信號(hào)輸出端連接電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸入端，電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸出端連接可控感性電流發(fā)生器3的控制端；或是采用常用的脈沖變壓器耦合型式進(jìn)行電氣隔離，脈沖變壓器輸出與電力電子開(kāi)關(guān)控制極相連進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
本發(fā)明其他實(shí)施例的特點(diǎn)是所述三芯五柱變壓器2每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，所述三芯五柱變壓器2每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，n＝1～100，其中一個(gè)低壓繞組的a、b、c三相由曲折形接法構(gòu)成提供站用交流配電電源。可控開(kāi)關(guān)Km由可控硅或可控硅和真空開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其中m＝1～n。其余同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。
權(quán)利要求
1.三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是包括三芯五柱變壓器(2)、可控感性電流發(fā)生器(3)、電流檢測(cè)單元(4)和控制器(5)；三芯五柱變壓器(2)的三相繞組分別繞在三個(gè)鐵芯柱上，每相繞組包括一個(gè)一次繞組和若干個(gè)二次繞組，一次繞組接入電網(wǎng)主回路的A、B、C三相，二次繞組連接成開(kāi)口三角形接法后與感性電流發(fā)生器(3)連接或接成曲折形接法提供站用交流電源；感性電流發(fā)生器(3)的控制輸入端連接控制器(5)的輸出端；電流檢測(cè)單元(4)設(shè)置在變壓器(2)的一次繞組接地端，其信號(hào)輸出端連接控制器(5)的檢測(cè)信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是三芯五柱變壓器(2)每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，每個(gè)低壓繞組的a、b、c三相按照匝數(shù)相同的繞組首尾相接形成開(kāi)口三角接法，開(kāi)口三角端Lm、Nm連接對(duì)應(yīng)的可控感性電流發(fā)生器m，其中n＝1～100，m＝1～n。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是三芯五柱變壓器(2)每相由一個(gè)高壓繞組和n個(gè)低壓繞組構(gòu)成，每個(gè)低壓繞組的a、b、c三相相接形成曲折形接法提供站用交流低壓電源(n＝1～100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是所述可控感性電流發(fā)生器(3)由N組可控電感負(fù)載支路組成，n＝1～100，每一組可控電感負(fù)載支路由電抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控開(kāi)關(guān)Km(m＝1，2，....N)構(gòu)成，可控開(kāi)關(guān)Km由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是各支路電抗器Xm(m＝1，2，....N)的數(shù)值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是所述電流檢測(cè)單元(4)為常規(guī)電流檢測(cè)器，它幫助控制部分(5)檢測(cè)可調(diào)感性電流輸出Io，為控制部分精確控制輸出感性電流提供依據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是所述控制器(5)由單片機(jī)及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路構(gòu)成，所述單片機(jī)的輸入端連接電流檢測(cè)單元(4)的信號(hào)輸出端、信號(hào)輸出端連接電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸入端，電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通控制回路的輸出端連接可控感性電流發(fā)生器(3)的控制端；或是采用常用的脈沖變壓器耦合型式進(jìn)行電氣隔離，脈沖變壓器輸出與電力電子開(kāi)關(guān)控制極相連進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征是還包括諧波濾波器(6)，所述諧波濾波器(6)由電感、電容串聯(lián)而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三芯五柱式接地電流自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括三芯五柱變壓器2、可控感性電流發(fā)生器3、電流檢測(cè)單元4和控制器5；三芯五柱變壓器2的三相繞組分別繞在三個(gè)鐵芯柱上，每相繞組包括一個(gè)一次繞組和若干個(gè)二次繞組，一次繞組接入電網(wǎng)主回路的A、B、C三相，二次繞組連接成開(kāi)口三角形接法后與感性電流發(fā)生器3連接或接成曲折形接法后提供站用交流低壓電源；感性電流發(fā)生器3的控制輸入端連接控制器5的輸出端；電流檢測(cè)單元4設(shè)置在變壓器2的一次繞組接地端。本發(fā)明可作為一種自動(dòng)跟蹤消弧線圈補(bǔ)償系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，用以補(bǔ)償配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)流經(jīng)接地點(diǎn)的接地電容電流，起到降低接地點(diǎn)故障電流從而消除接地弧光，保護(hù)配網(wǎng)設(shè)備。
文檔編號(hào)H02H9/00GK1705180SQ20041002733
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月27日
發(fā)明者姜新宇, 陸國(guó)慶, 師冬霞 申請(qǐng)人:廣州智光電氣有限公司