CN110514944A - 基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器 - Google Patents

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张志华
刘健
王毅钊
张小庆
锁军
张钰声
周倩
薛健
豆敏娜
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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Abstract

本发明公开了基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，通过将故障指示器与绝缘子结构相连，采用绝缘子内置高压电容方案并利用三相电容谐振取电电路，解决了故障指示器的取电问题；并且故障指示装置采用电容分压原理测量相电压，实现了相电压的准确测量与传感，为单相接地故障诊断提供了保障。

Description

基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器
技术领域
本发明涉及配电自动化技术、配电设备一二次融合技术，具体为基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器。
背景技术
当前，随着一二次融合技术的发展与应用，一次设备加上内嵌的智能组件，实现一体化智能设备，融合在线监测、保护、测量、控制、计量等，将是最终趋势。目前一二次融合技术停留在第一阶段如成套化、传感器内嵌、取能元件小型化，深度的一二次融合还处于研究与开发阶段。绝缘子作为电网中必不可缺的支撑附件，目前研究与开发主要集中绝缘材质如复合材料横担与绝缘子，尚未将绝缘子与线路监测关联。
利用一二次融合自动化成套设备和主站***实现配电线路故障定位与隔离已成为一种行之有效的解决方法，但是该方案投资较大，而我国配网地域宽广，不利于配网自动化全覆盖；因此，选择利用经济、安装便携的故障指示类产品实现全覆盖，但是现有的架空故指类产品存在下述先天不足问题，严重影响产品应用：
1)已有的故障指示器产品一般采用电流取电方式，由于负荷电流通常较小，取电效果不理想；
2)已有的故障指示器产品在电压测量方面通常采用的是测量空间电场的方式，容易受到环境条件影响，电压测量准确度差，导致利用电压信息的单相接地故障检测原理在已有故障指示器中无法有效应用；
3)由于没有固定连接部件，故障指示器容易脱位。
发明内容
本发明的目的在于提供基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，从而解决故障指示器取电电源问题、电压测量问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，包括取电模块和故障指示装置，取电模块用于为故障指示装置供电；
取电模块包括连接在配电线路三相和地之间的三组LC谐振电路，每组LC谐振电路包括串联的高压电容Cq和工频变压器T；
故障指示装置包括相电流采集罗斯线圈、积分调理电路里、整流滤波稳压电路、交流信号调理电路、电压测量单元和数据处理单元；其中，相电流采集罗斯线圈的输出端连接至积分调理电路的输入端，积分调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，电压测量单元的输出端连接至交流信号调理电路的输入端，交流信号调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，数据处理单元的输出端与配电自动化主站连接；数据处理单元根据接收到的电流信号和电压信号计算出故障类型和位置，并通过通信模块传递至配电自动化主站。
进一步的，电压测量单元采用电容分压原理测量相电压。
进一步的，电压测量单元包括串联的高压电容C1和低压电容C2，高压电容C1作为高压臂电容，低压电容C2作为低压臂电容，电压信号从低压电容C2两端经过匹配电阻引出，通过同轴电缆传输到数据采集***。
进一步的，三组LC谐振电路的二次侧并联输出。
进一步的，故障指示装置与取电模块通过航插连接器连接，故障指示装置与绝缘子通过航插连接器连接。
进一步的，高压取电电容Cq浇铸在支柱绝缘子中，三个高压取电电容Cq采用浇筑二次端的方式组成Y连接。
相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明经济实用，绝缘子内置高压电容，并采用三相电容谐振取电电路，解决了多功能故障指示器的取电问题。
(2)故障指示装置通过采用电容分压原理测量相电压，实现了相电压的准确测量与传感，为单相接地故障诊断提供了保障。
(3)故障指示装置与取电模块通过航插连接器连接，故障指示装置与绝缘子相连接，解决了当前故障指示器容易脱位的问题。
(4)为提高取电能力且避免故障时刻如某相接地或两相短路的电压影响，本方案采用每相一组LC谐振电路，三组LC谐振电路的二次侧并联输出。
附图说明
图1为本发明基于电容分压取电与测量于一体的新型故障指示器装置原理框图；
图2为本发明LC谐振电容取电方案原理框图；
图3为本发明相电压测量原理图；
图4为本发明基于电容分压取电与测量于一体的新型故障指示器装置结构连接示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明将绝缘子与电容分压取电及测量技术相结合，从而解决故障指示器取电电源问题、电压测量问题，对配网自动化的改造与自动化水平的提升带来十分重大的意义与价值。
请参阅图1所示，基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器包括取电模块、故障指示装置和航插连接件。
取电模块安装在绝缘子上，故障指示装置与取电模块通过航插连接器连接，取电模块为故障指示装置供电。故障指示装置包括相电流采集罗斯线圈、积分调理电路里、整流滤波稳压电路、交流信号调理电路、电压测量单元和数据处理单元。其中，相电流采集罗斯线圈的输出端连接至积分调理电路的输入端，积分调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，电压测量单元的输出端连接至交流信号调理电路的输入端，交流信号调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，数据处理单元的输出端通过通信线缆或者无线通讯的方式与配电自动化主站连接。
电压测量单元通过采用电容分压原理测量相电压，实现了相电压的准确测量与传感。
请参阅图2所示，装置采用高压电容与低压变压器形成“串联降压供电”方式，经过整流滤波单元后变为直流电源12V，为故障指示器提供电源。取电模块包括依次连接的三组LC谐振电路，所述的LC谐振电路由一只高压取电电容Cq和一只工频变压器T串联组成，三组LC谐振电路中的高压取电电容Cq分别连接至输电线路的三相高压导线。为提高取电能力且避免故障时刻如某相接地或两相短路的电压影响，本方案采用每相一组LC谐振电路，三组LC谐振电路的二次侧并联输出的方法。
故障指示器采用电容分压原理测量相电压。10kV架空线路电压测量单元示意图如图3所示。高压电容C1作为高压臂电容，低压电容C2作为低压臂电容。电压信号从低压电容C2两端经过匹配电阻引出，通过同轴电缆传输到A/D采集***。则C2电容两端电压ux与架空输电线路实际相对地电压ue之间的关系满足如下公式(1)，可根据C2电容两端电压ux计算出架空输电线路实际相对地电压ue，公式(1)中，C2为电容C2的容值，C1为电容C1的容值。
装置的结构连接请参阅图4所示，将高压取电电容Cq浇铸在支柱绝缘子中，3台低压变压器体积约为60*60*50mm，采用浇筑二次端组成“Y”连接，采用小型航插连接件出线。故障指示装置与取电模块通过航插连接器连接。
本故障指示器的工作原理如下：
通过取电模块为本故障指示器供电，测量的电压信号从取样电容C2两端经过匹配电阻引出，通过同轴电缆传输到数据处理单元。通过相电流采集罗斯线圈采集流过线路的相电流，采集到的电流信号经过积分调理电路进行滤波调理后，送入数据处理单元，数据处理单元根据接收到的电流信号和电压信号进行分析处理，计算出故障类型和位置，并通过通信模块传递至配电自动化主站。

Claims (6)

1.基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，包括取电模块和故障指示装置，所述取电模块用于为所述故障指示装置供电；
所述取电模块包括连接在配电线路三相和地之间的三组LC谐振电路，每组LC谐振电路包括串联的高压电容Cq和工频变压器T；
所述故障指示装置包括相电流采集罗斯线圈、积分调理电路里、整流滤波稳压电路、交流信号调理电路、电压测量单元和数据处理单元；其中，所述相电流采集罗斯线圈的输出端连接至积分调理电路的输入端，所述积分调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，所述电压测量单元的输出端连接至交流信号调理电路的输入端，所述交流信号调理电路的输出端连接至数据处理单元的输入端，所述数据处理单元的输出端与配电自动化主站连接；所述数据处理单元根据接收到的电流信号和电压信号计算出故障类型和位置，并通过通信模块传递至配电自动化主站。
2.根据权利要求1所述的基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，所述电压测量单元采用电容分压原理测量相电压。
3.根据权利要求2所述的基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，所述电压测量单元包括串联的高压电容C1和低压电容C2，所述高压电容C1作为高压臂电容，所述低压电容C2作为低压臂电容，电压信号从低压电容C2两端经过匹配电阻引出，通过同轴电缆传输到数据采集***。
4.根据权利要求2所述的基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，所述三组LC谐振电路的二次侧并联输出。
5.根据权利要求1所述的基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，所述故障指示装置与取电模块通过航插连接器连接，所述故障指示装置与绝缘子通过航插连接器连接。
6.根据权利要求1所述的基于电容分压取电与测量于一体的故障指示器，其特征在于，所述高压取电电容Cq浇铸在支柱绝缘子中，三个高压取电电容Cq采用浇筑二次端的方式组成Y连接。
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