CN101447651A - 一种高可靠性可瞬时连续触发的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高可靠性可瞬时连续触发的控制装置，该装置适用于高压/超高压输电***(装置)平台火花间隙上，具有启动迅速、可靠性高、抗电磁干扰能力强、寿命长、可连续点火等突出优点。本发明很好地解决了高压/超高压输电***(装置)火花间隙误动作、平台二次装置抗电磁干扰问题，提高了间隙动作可靠性，解决了高压/超高压输电***(装置)平台二次设备绝缘击穿的难题。
Description
技术领域
本发明属于电力***领域，涉及用于高压/超高压输电***的强迫触发火花间隙上高可靠性可瞬时连续触发的控制装置。
背景技术
高压/超高压输电***(装置)中使用的强迫触发火花间隙需要强迫触发的相关电子电路装置，这就需要为超高压平台上的火花间隙提供强迫触发的触发控制装置。高压输电***平台上强迫触发火花间隙的触发控制装置***不同于地面电源及控制装置***，它具有如下特点：
1.超高压输电***平台上的大电流、高电磁场会对触发控制及电源电子电路造成极大的电磁干扰，这要求触发控制装置具有极强的抗电磁干扰能力；
2.超高压输电***平台上的自然环境恶劣，这要求触发控制装置具有耐受高温、潮湿、高寒、覆冰等严酷环境的能力。
3.超高压输电***平台上火花间隙在其需要强迫触发时要求迅速及时，否则不能起到保护作用，这就要求其工作电源建立正常工作电压的时间在1ms之内，并能提供强迫触发需要的能量，这就要求火花间隙供电电源及触发控制电路都必须具有极低的功耗。
4.超高压输电***平台上火花间隙在击穿时短时会在触发控制装置侧形成高电压达几万伏至几十万伏，这就要求对触发控制装置的相关电路做特殊的抗干扰及绝缘处理，确保平台上其他相关设备不受到强电磁干扰的同时也要确保装置本身不受任何损伤，能够再次为火花间隙提供稳定、可靠、连续的控制和触发逻辑。
5.在火花间隙强迫点火时，触发控制装置需要提供连续长达200ms的间隔100us的连续触发点火，确保火花间隙可靠点火，在点火时就需要触发控制装置能够快速的提供上万伏高压触发脉冲，给装置取能和控制逻辑提出了更高的要求。
这些都使得超高压输电***火花间隙触发控制装置的设计具有一定的特殊性和技术难度。
火花间隙是一种高电压保护设备，可分为自触发火花间隙和强迫触发火花间隙。自触发火花间隙是其两端电压达到其自击穿电压时自然放电击穿的间隙，在其击穿后形成电弧短路保护了被保护设备免受高压损坏，其保护电压不确定范围较大；强迫触发火花间隙则不同，可以在设定电压范围内，接到控制保护***指令后迅速点火触发击穿，保护被保护设备免受高压损坏。
就目前来看，强迫触发火花间隙由于其工作的环境恶劣，其点火击穿后往往给相邻设备带来强电磁干扰或绝缘击穿的问题，另外，时常也会出现误击穿的现象，就是在没有达到规定击穿电压击穿或是没有接到点火指令而击穿的现象。引起间隙误触发击穿的原因主要有：火花间隙触发控制装置外电路(如取能CT二次接线)屏蔽绝缘效果较差而引入电力***故障或操作干扰，导致触发控制装置误发高压触发脉冲；触发控制装置误识地面控制***发送的触发控制命令。
本发明采用的电流互感器CT取能电源是在高压平台上通过取能电流互感器CT从高压母线上耦合得到交流电，然后经过能量转换电路得到所需要的直流电，为超高压平台火花间隙控制***提供稳定可靠的直流电源和点火能量。但电流互感器CT取能方式其二次回路处理不好就会将电磁干扰引入间隙触发控制装置导致装置不能正常工作，另外如果电流互感器CT二次输出如果没有跟间隙触发控制装置及火花间隙主电极低压侧保持同电位，没有同其他平台设备保持高压绝缘，就会造成间隙击穿时触发控制装置对平台或电流互感器CT二次电缆放电，造成绝缘破坏或装置损坏。
高压/超高压输电***(装置)，例如超高压交流输电线路可控串联补偿/固定串联补偿装置中，其强迫触发火花间隙装置需要强迫触发的相关电子电路装置，这就需要为超高压平台上的火花间隙提供强迫触发的触发控制装置。
发明内容
本发明提供了一种高可靠性可瞬时连续触发的控制装置，适用于高压/超高压输电***(装置)平台火花间隙上，具有启动迅速、可靠性高、抗电磁干扰能力强、寿命长、可连续点火等突出优点。本发明很好地解决了高压/超高压输电***(装置)火花间隙误动作、平台二次装置抗电磁干扰问题，提高了间隙动作可靠性，解决了高压/超高压输电***(装置)平台二次设备绝缘击穿的难题。
本发明采用的触发控制装置所需能量完全来自超高压输电线路，触发控制装置可以提供连续触发点火以保证火花间隙可靠击穿，在火花间隙击穿时不会对其触发控制装置及其他平台上二次电子装置造成任何损伤或强干扰。装置供电电源和触发点火用能均采用电流互感器CT取能方式，取能电流互感器CT与装置平台采取了高压绝缘措施而不同于其他测量***CT直接连接于平台，在间隙击穿时不会给触发控制装置和其周围的相关设备造成强干扰或损伤；间隙取能CT及间隙触发控制装置与火花间隙低压侧连接在一起保证间隙击穿时高压电位的一致性；采用CT取能电源供电和提供点火用能量，具有可靠性高，免维护，寿命长的优点。
本发明的触发控制电路同外电路(如主间隙低压端)采用一点连接电压箝位固定电位的方式，内电路封装在电屏蔽和磁屏蔽盒内，间隙击穿时有效的保证了触发电路与主间隙低压端瞬时同为高压电位，同时屏蔽隔离了强电磁干扰，在不受到高压冲击时触发电路保持同外电路隔离状态。
触发控制装置供电电源启动迅速，电源电压建立在1ms之内，保证间隙点火动作的迅速可靠；触发控制装置在接收到点火指令后可以连续多次点火，保证火花间隙可靠击穿；采用可编程硬件逻辑电路设计的触发控制板对触发命令进行了加密解码功能，提高了触发命令辨识可靠性。针对引起间隙误触发原因采取以上有效措施，解决了强迫触发火花间隙常见的误触发击穿的问题。
因此，本发明提出了一种高可靠性可瞬时连续触发的控制装置，其特征在于该装置使用的电源是由取能电流互感器CT从高压输电线路上感应交流电获取，取能电流互感器CT通过绝缘子支撑于高压/超高压平台上，取能电流互感器CT二次输出交流电通过屏蔽双绞电缆接至触发控制单元，所述屏蔽双绞电缆也支撑于所述绝缘子上的钢管内，所述触发控制单元通过通信光纤与地面的控制保护单元完成控制检测的光通信，并接收来自地面控制保护单元发出的以光信号传输的巡检指令或间隙触发指令，从而形成上行光信号指令，所述上行光信号指令采用高频脉冲编码形式，所述触发控制单元再将所述以光信号传输的巡检指令或间隙触发指令进行光电转换，然后判断并执行信号指令，对于间隙触发指令，由所述触发控制单元判断触发指令后，并执行触发指令将蓄到的能量释放，并通过高压电缆提供给火花间隙点火电极，电极承受高电压点火击穿，对于所述巡检指令，所述触发控制单元则将当前工作状态信息形成下行光信号指令，对于回传的下行光信号指令则由所述触发控制单元先进行电光转换，然后由光发送器发光再通过通信光纤传送给地面控制保护单元。
本发明所述的控制装置，其特征还在于在所述高压平台上，使用了可关断器件来触发控制脉冲，以可靠输出连续高频脉冲给高频脉冲变压器，从而为强迫触发火花间隙电极提供连续高压脉冲点火。
本发明所述的控制装置，其特征还在于所述电流互感器CT取能采用绝缘隔离措施，所述取能电流互感器CT、二次屏蔽双绞电缆及间隙触发控制箱均采用绝缘子支撑于所述高压/超高压平台之上。
本发明所述的控制装置，其特征还在于间隙触发控制装置中的触发电路采用可编程硬件逻辑电路设计，对触发命令进行了加密和解码，使得触发点火脉冲发出准确可靠有效迅速；
本发明所述的控制装置，其特征还在于所述取能电流互感器CT、二次屏蔽双绞电缆屏蔽层及二次线圈低压端在火花间隙触发控制装置侧接箱壳，同主间隙低压端保持同电位连接。
本发明所述的控制装置，其特征还在于间隙触发控制装置内电路与取能电流互感器CT二次输入及外电路隔离，采用一点连接电压箝位固定电位的方式，内电路封装在电屏蔽和磁屏蔽盒内。
本发明的优点是：
1.极强的抗电磁干扰能力和环境耐受能力；
2.接到点火指令后能够立刻连续触发，高达万伏的电压脉冲连续点火，使火花间隙能够迅速可靠的击穿；
3.在火花间隙击穿时，保持正常的监控和再次触发的能力而不受高压冲击的影响；
4.采用可编程硬件逻辑电路设计的触发控制板对触发命令进行了加密和解码功能，提高了强迫触发的迅速准确性；
5.具有对间隙触发控制电路工作情况实时检测功能；
6.可以通过光纤与其他装置进行通信；
7.在间隙击穿高压放电时，不会对其他附近设备和相关回路造成干扰。
附图说明
图1是本发明的间隙触发控制装置原理结构框图；
图2是CT取能充电蓄能电路原理结构示意图；
图3是充电控制电路原理示意图；
图4是间隙触发控制电路原理框图；
图5是触发控制许可电路示意图；
图6是间隙触发控制装置隔离屏蔽原理示意图；
图7是电压箝位电路原理示意图。
具体实施方式
本发明的间隙触发控制装置结构如图1所示，装置电源是由取能电流互感器CT从高压输电线路上感应交流电而获取的。取能CT采用35kV绝缘子1支撑于高压平台上，取能CT二次输出交流电通过屏蔽双绞电缆2接至触发控制单元，其中屏蔽双绞电缆2也是支撑于绝缘子1之上的钢管内；触发控制单元通过通信光纤11与地面的控制保护单元12完成控制检测的通讯，触发控制单元接收来自地面控制保护单元12发来的巡检指令和间隙触发指令，指令采用高频脉冲编码形式；通信光纤11中传送的是光信号指令，在触发控制单元中通过ST接头的HFBR-2412将信号接收，再将光信号进行光电转换，然后判断和执行信号指令，由触发控制单元判断触发指令后，执行触发指令则将蓄到的能量释放通过高压电缆10提供给火花间隙点火电极，电极承受高电压点火击穿。这是上行光信号指令。对于传送的下行光信号指令则由触发控制单元先进行电光转换，然后由ST接口的HFBR-1414光发送器发光再通过通信光纤11将触发蓄能的状态等触发控制单元的状态信息送给地面控制保护单元12。
电流互感器CT取能电路原理是通过电流互感器CT从高压输电线路上感应交流获取能量，如图2所示的CT取能充电蓄能电路原理结构图，取能CT二次输出接到取能隔离CT3输入端，经过隔离后引入充电控制电路，再经整流、滤波后经过二极管给电容器充电储能。其中充电控制电路原理如图3所示，先经一个整流桥，然后靠稳压和晶闸管回路控制电容器充电电压。经过图2的原理图后，再经过稳压电路由LM7805芯片为主的电路构成CT取能直流电源电路5，稳成直流电源给触发控制电路供电。
实际上在装置中有两套CT取能充电蓄能电路，一套用来蓄能，等待释放给高压脉冲变压器9，另一套给触发控制电路供电，如图4所示。储能检测单元6采用带有电压比较功能的电路对蓄能电压进行检测，电压比较电路主要由电压比较器LM119、三端稳压基准源以及与要求电压相匹配的电阻电容组成，通过比较器判断取能电源电压是否达到要求的定值，比较器输出高低电平来驱动ST接口的HFBR-1414光发送器发光或不发光来完成电光转换，然后通过通信光纤11将检测信号通过发送到地面。
如图4所示，通过ST接头的HFBR-2412将来自地面控制保护单元的信号接收，再将光信号进行光电转换进入编码解析电路7，编码解析电路7由XILINX公司生产的CPLD-3128和频率为1MHz的有源晶振构成，CPLD是可编程硬件逻辑电路，通过VHDL语言编程，对地面送上的信号进行检测来判断是巡检脉冲编码还是触发命令编码，如果是巡检脉冲编码，则将储能检测单元的状态回传至地面，如果是触发命令编码则输出一定频率的触发脉冲给触发许可电路8，如图5所示的触发控制许可电路，由一个RS触发器和一个比较器构成与门电路的输入端，只有当蓄能电压满足同时触发命令许可时，才驱动一个触发脉冲变压器触发一个MOSFET管导通，将蓄能电路6积蓄的能量释放至高压脉冲变压器原边回路，从而产生高压脉冲输出。由于本发明采用了充电蓄能电路6、可编程逻辑电路7和触发许可电路8使得可以连续发送一定频率的脉冲至高压脉冲变压器9，在充电蓄能电路释放一部分能量的同时CT在取能充电，保持了能量平衡，由于采用可关断器件MOSFET管使得连续对间隙触发电极点火成为可能，增强了间隙触发点火击穿的可靠性。
此间隙触发控制装置将电气连接关系区分为3个电位层次，第一个层次是相对电压较高的强电磁干扰层，属于取能CT二次输出端、触发控制电路磁屏蔽箱、火花间隙电极低压端，属于这一层的可以有直接的电气连接，如取能CT二次输出端其中一端同其屏蔽层连接至触发控制电路磁屏蔽箱，触发控制电路磁屏蔽箱连接至火花间隙电极低压端；第二个层次为取能隔离CT3、高压脉冲变压器9以及触发控制电路电屏蔽盒如图6所示，这一层的主要功能是隔离屏蔽传导和辐射的强电干扰，由取能隔离CT3、高压脉冲变压器9和触发控制电路电屏蔽盒担当隔离和屏蔽外电路来的干扰；第三个层次就是内部核心元件触发控制电路板了。
如上所述，在这三个层次之间没有直接导线直连，而是通过如图7所示的电压箝位电路进行连接的。通过由稳压管、晶闸管和电阻构成的电路将这三层的电压限定在一定范围内，使得当整个触发控制装置受到高压冲击时，位于其内的核心触发控制电路在瞬时保持与高压同电位，此时电压箝位电路由于承受高压击穿而相当于导线直连，虽然直连但是未能构成电流回路，仍然是一点连接，既固定了高压电位又没有让高压形成回路；在触发控制电路没有承受高压时，电压箝位电路相当于高阻态，又将这三个层阻断开，这样处于低压工作的触发控制电子电路又免受电力***输电线路运行及操作时带来的强电磁干扰，处于高强电磁场中的触发控制电路便能够稳定、可靠的工作了。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (7)
1、一种高可靠性可瞬时连续触发的控制装置，其特征在于该装置使用的电源是由取能电流互感器CT从高压输电线路上感应交流电获取，取能电流互感器CT通过绝缘子支撑于高压/超高压平台上，取能电流互感器CT二次输出交流电通过屏蔽双绞电缆接至触发控制单元，所述屏蔽双绞电缆也支撑于所述绝缘子上的钢管内，所述触发控制单元通过通信光纤与地面的控制保护单元完成控制检测的光通信，并接收来自地面控制保护单元发出的以光信号传输的巡检指令或间隙触发指令，从而形成上行光信号指令，所述上行光信号指令采用高频脉冲编码形式，所述触发控制单元再将所述以光信号传输的巡检指令或间隙触发指令进行光电转换，然后判断并执行信号指令，对于间隙触发指令，由所述触发控制单元判断触发指令后，并执行触发指令将蓄到的能量释放，并通过高压电缆提供给火花间隙点火电极，电极承受高电压点火击穿，对于所述巡检指令，所述触发控制单元则将当前工作状态信息形成下行光信号指令，对于回传的下行光信号指令则由所述触发控制单元先进行电光转换，然后由光发送器发光再通过通信光纤传送给地面控制保护单元。
2、如权利要求1所述的控制装置，其特征在于在所述高压平台上，使用了可关断器件来触发控制脉冲，以可靠输出连续高频脉冲给高频脉冲变压器，从而为强迫触发火花间隙电极提供连续高压脉冲点火。
3、如权利要求2所述的控制装置，其特征在于所述电流互感器CT取能采用绝缘隔离措施，所述取能电流互感器CT、二次屏蔽双绞电缆及间隙触发控制箱均采用绝缘子支撑于所述高压/超高压平台之上。
4、如权利要求3所述的控制装置，其特征在于间隙触发控制装置中的触发电路采用可编程硬件逻辑电路设计，对触发命令进行了加密和解码，使得触发点火脉冲发出准确可靠有效迅速。
5、如权利要求1-4任一所述的控制装置，其特征在于所述取能电流互感器CT、二次屏蔽双绞电缆屏蔽层及二次线圈低压端在火花间隙触发控制装置侧接箱壳，同主间隙低压端保持同电位连接。
6、如权利要求1-4任一所述的控制装置，其特征在于间隙触发控制装置内电路与取能电流互感器CT二次输入及外电路隔离，采用一点连接电压箝位固定电位的方式，内电路封装在电屏蔽和磁屏蔽盒内。
7、如权利要求5所述的控制装置，其特征在于间隙触发控制装置内电路与取能电流互感器CT二次输入及外电路隔离，采用一点连接电压箝位固定电位的方式，内电路封装在电屏蔽和磁屏蔽盒内。
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