CN203838325U - 一种电压互感器二次回路动态补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压互感器二次回路动态补偿装置，由无线传感器A、无线传感器C、电压采样、加法器、移相变换器、电流采样、信号反馈模块、变增益放大、功率放大、补偿输出、单片机动态控制、保护电路组成。本实用新型可广泛运用于发电厂、变电站、供电部门对电压互感器二次回路进行补偿，动态微机跟踪电压互感器二次线路压降的变化，具有电压互感器二次线路压降自动保护，报警并退出二次测量***。

Description

一种电压互感器二次回路动态补偿装置

技术领域

本实用新型属于电力测量领域，尤其涉及一种电压互感器二次回路动态补偿装置。

背景技术

对于电能表的误差和互感器的合成误差，目前普遍采用提高电压互感器准确度等级和电能表的准确度等级方法，很容易将其调得很小。而对于二次回路压降引起的误差，国家制定了一系列规程，希望能够将其减小在一个合理的范围之内。根据《电能计量装置技术管理规程》DL448-2000的规定：“电压互感器二次回路电压降，对I类、II类、III类计费用计量装置，应不大于额定二次电压的0.2％；其它计量装置，应不大于额定二次电压的0.5％。电网电路设计和改造中就是严格按照这个规定选择电压互感器二次线的截面和元器件的，但在实际测试中发现，二次回路压降往往超标，对于1995年以前建设的电厂和变电站，其使用的电能计量装置误差大多数不能满足电能计量管理规程的要求，且有相当部分的二次压降误差超标严重，高达1％-2.5％。据了解，这种现象全国普遍存在。从而导致少计发电量、供电量、用电量，造成发、供电量收支不平衡，以及少收电费，严重影响了测量准确度和供、发电部门的利益。

电压互感器二次压降过大是导致电能计量误差的主要原因，而引起压降的因素一是负载电流，二是回路电阻。通过实际测试电流和电阻数据分析，二次负载电流一般在正常范围内变化，且比较稳定，而回路电阻却变化很大，远远超出了设计要求；其根本原因是因室外的电压互感器一般与控制室的电能表距离较远，其间除连接的二次导线外，还有开关、熔断器、端子排等电气元件，而这些元件的接触电阻因受接触点状态和压力以及接触表面氧化等因素的影响是不稳定的、随机变化的、不可预测的，有时比二次导线本身的电阻还大的多，它在电压互感器二次回路引起的压降较大，且是一个动态变量，使得线路末端的电压测量值与电压互感器二次出口端电压产生偏差，导致电能计量不准。以云南水利资源大省为例，其一年发电量为450亿度，平均线路压降为0.6伏，电压互感器二次出口端电压为57.7伏，则全年将至少损失4.5亿度电能。此误差不能通过提高电压互感器和电压测量仪表准确度的方式解决，而只能对其进行必要的补偿。为避免计量误差，电力部门己从过去只重视互感器、电能表本身的误差，逐渐重视电压互感器二次压降引起的误差，并积极寻求消除二次压降的方法。

长期以来，为克服电压互感器二次压降的影响，一般采用的措施是：

(1)缩短二次回路长度，加大二次导线的截面；

(2)取消电压互感器二次回路的开关、熔断器、端子排等；

(3)将电能表装在电压互感器二次侧出口外；

(4)调快电能表，以弥补二次压降损失；

(5)对电压互感器二次回路压降实施定值补偿。

这些措施固然在一定程度上降低了电压互感器二次回路压降，但由于受各种实际因素和技术条件的影响和限制，其降低的程度是有限的，不能从根本上消除或最大限度的减少二次回路压降所造成的影响。而传统的定值补偿方法认为电压互感器二次回路电阻不变，补偿由于负载变化带来的电压降。显然，这些补偿方法存在明显的缺陷，补偿器不能够跟踪电压互感器二次负载和阻抗的变化，在负载变化时会出现欠补偿或过补偿，达不到令人满意的效果，难以满足国家对电能计量的规定指标。近年来，人们也研制出一些压降跟踪式补偿装置，但由于产品的控制方法简单，其可靠性、动态性及性价比较差，影响了推广和使用。

针对实际运行中存在的上述问题，采用自动跟踪式电压互感器二次回路压降的动态补偿方法，可以解决现有补偿装置存在的问题，达到合理计量电能的标准。由于是动态跟踪线路压降的变化，因此可以做到不损害供需双方利益，实现合理计量电能。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术中的不足，本实用新型设计出一种电压互感器二次回路动态补偿装置，可广泛运用于发电厂、变电站、供电部门对电压互感器二次回路进行补偿，动态微机跟踪电压互感器二次线路压降的变化，具有电压互感器二次线路压降自动保护，报警并退出二次测量***。

本实用新型的技术方案是：

一种电压互感器二次回路动态补偿装置，本实用新型特征在于，由无线传感器A、无线传感器C、电压采样、加法器、移相变换器、电流采样、信号反馈模块、变增益放大、功率放大、补偿输出、单片机动态控制、保护电路组成；其中：

所述无线传感器A、无线传感器C和电压采样相连；

所述电压采样、加法器、移相变换器、电流采样依序连接；

所述加法器和信号反馈模块经过运算后与变增益放大相连；

所述变增益放大分别和单片机动态控制、功率放大相连；所述功率放大和补偿输出相连；所述单片机动态控制和保护电路相连。

本实用新型所述移相变换器由C301和R302组成，C301选用范围为0.01μF～0.1μF，优选0.055μF，R302选用范围为40kΩ～200kΩ，优选100kΩ；电流采样由电流互感器CT301和R301组成，电流互感器CT301变比为20A：1A，R301阻值选用150kΩ。

本实用新型所述变增益放大，由运算放大器LMH6629和精密电阻等***电路组成；共设置了5个档位进行切换调节，其中0档的增益最小，5档的增益最大；并且5个档位能够进行排列组合联合使用，5个开关能够同时合上。

本实用新型所述保护电路设定为动作电流的大小，优选设定动作电流为16A。

本实用新型所述无线传感器A和无线传感器C用于对二次回路电压的幅值和相角进行准确测量，并将测量数据进行快速、实时、不失真的无线传输。无线传感器A和无线传感器C结构相同，均用于测量该点电压幅值和相角。所述移相变换器和电流采样用于高精度补偿抵消本实用新型安装在二次回路中产生的阻抗，消除附加二次压降的影响，提高补偿精度，降低了附加不确定度。

由于本实用新型的电路本身具有阻抗，且无线传感器A和无线传感器C，会产生微小电压损耗，电压损耗量正比于负载电流大小。将本实用新型等效阻抗为Z，电压互感器二次回路电流为I，则补偿器产生的附加电压损耗为：△U′＝Z·I。采用所述移相变换器和电流采样，使本实用新型产生附加电压损耗取样信号△U′，与二次回路压降信号△U相加，一起送入放大电路产生相应的补偿信号，产生补偿电动势△E，以消除本实用新型阻抗为Z产生附加电压损耗的影响。

所述加法器主要由运算放大器LMH6629及其***元件组成，LMH6629为单片高性能双运算放大器，其较高的电压增益和较宽的工作电压范围为求和放大器提供了优越的性能，提高整个***的集成度。二次回路压降△U和附加二次压降△U′一起送入加法器相加后，作为补偿器的总控制信号，再经增益放大和功率放大产生总的补偿电势。由图中参数可知，加法器的输出为：U_r＝-(△U+△U′)。

所述信号反馈模块由功放器、隔离变压器B501、隔离变压器B502组成。B501为补偿输出变压器，为了进一步增加电流输出能力，采用5：1隔离变压器输出，其次级串接于电压互感器二次回路。B502为反馈采样变压器，B502输出反馈信号U_f，送至变增益放大器输入端。反馈隔离变压器B502为负反馈形式，变比为1：1，起到与二次测量回路隔离的作用。通过深度负反馈，提高了***工作的稳定性，有效地避免了功放部分振荡现象的发生，使***的负载特性***，以适应于实际运行。

所述变增益放大由运算放大器LMH6629和精密电阻等***电路组成，本实用新型采用了5个档位进行切换调节，其中0档的增益最小，5档的增益最大；并且5个档位可进行排列组合联合使用，5个开关可同时合上。

所述功率放大由功率放大器LM1876和***电路组成，由于本实用新型输出回路是串联接入电压互感器二次回路的，因此要求本实用新型有较大的电流输出能力和较低的输出电阻。采用所述功率放大电路：且输出阻抗及失真小，功率消耗小，能使输出晶体管工作点处于安全工作状态。其***元件少，结构简单，体积小可减小装置的体积，便于安装。

本实用新型的有益效果是：利用单片机的智能控制作用，实现电压互感器二次压降动态补偿，能有效跟踪二次阻抗的变化，性能可靠，可取得满意的补偿效果。其主要的技术特点如下：

(1)采用单片机动态控制变增益放大器，以适应二次线路阻抗的变化，实现了本实用新型与回路阻抗的动态匹配，提高了***的动态特性；

(2)本实用新型克服了一般电子电路延时大的缺点，提高了***的实时性；

(3)由于本实用新型输出回路是串联接入二次回路的，而补偿器输出电路有内阻，会在补偿装置输出回路产生附加二次压降，提高了***的补偿精度；

(4)在可靠性设计上，采用了硬件保护和软件保护的双重保护措施，减小了元器件的损坏率，大大提高了***的可靠性。

本实用新型可广泛运用于发电厂、变电站、供电部门对电压互感器二次回路进行补偿，动态微机跟踪电压互感器二次线路压降的变化，具有电压互感器二次线路压降自动保护，报警并退出二次测量***。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的安装示意图；

图3是本实用新型所述移相变换器和电流采样的原理图；

图4是本实用新型所述加法器的原理图；

图5是本实用新型所述信号反馈模块的原理图；

图6是本实用新型所述变增益放大的原理图；

图7是本实用新型所述功率放大的原理图；

图8是本实用新型所述补偿输出的原理图；

图9是本实用新型所述保护电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。

如图1所示，一种电压互感器二次回路动态补偿装置，本实用新型由无线传感器A、无线传感器C、电压采样、加法器、移相变换器、电流采样、信号反馈模块、变增益放大、功率放大、补偿输出、单片机动态控制、保护电路组成；其中：

所述无线传感器A、无线传感器C和电压采样相连；

所述电压采样、加法器、移相变换器、电流采样依序连接；

所述加法器和信号反馈模块经过运算后与变增益放大相连；

所述变增益放大分别和单片机动态控制、功率放大相连；所述功率放大和补偿输出相连；所述单片机动态控制和保护电路相连。

本实用新型所述移相变换器由C301和R302组成，C301选用范围为0.01μF～0.1μF，优选0.055μF，R302选用范围为40kΩ～200kΩ，优选100kΩ；电流采样由电流互感器CT301和R301组成，电流互感器CT301变比为20A：1A，R301阻值选用150kΩ。

本实用新型所述变增益放大，由运算放大器LMH6629和精密电阻等***电路组成；共设置了5个档位进行切换调节，其中0档的增益最小，5档的增益最大；并且5个档位能够进行排列组合联合使用，5个开关能够同时合上。

本实用新型所述保护电路设定为动作电流的大小，优选设定动作电流为16A。

如图2所示，A点为电压互感器二次回路最前端，即电压互感器本体二次端子箱；C点为电压互感器二次回路最末端，即断路器场二次回路端子箱；B点为该二次回路电能表前端；A点安装有无线传感器A，C点安装有无线传感器C；本实用新型安装于C点和B点之间；D点和E点之间有二次回路压降△U和二次回路等效阻抗r，A点将所测电压幅值和相角无线传输至D点，C点将所测电压幅值和相角无线传输至E点，经过本实用新型计算，采用自动跟踪式电压互感器二次回路压降的动态补偿方法，得出补偿信号△E，可以做到不损害供电受电双方利益，实现合理、公平、准确计量电能。

所述无线传感器A和无线传感器C用于对二次回路电压的幅值和相角进行准确测量，并将测量数据进行快速、实时、不失真的无线传输。无线传感器A和无线传感器C结构相同，均用于测量该点电压幅值和相角。

所述电压采样用于接收无线传感器A和无线传感器C测量的电压幅值和相角数据。

所述移相变换器和电流采样用于高精度补偿抵消本实用新型安装在二次回路中产生的阻抗，消除附加二次压降的影响，提高补偿精度，降低了附加不确定度。由于本实用新型的电路本身具有阻抗，且无线传感器A和无线传感器C，会产生微小电压损耗，电压损耗量正比于负载电流大小。将本实用新型等效阻抗为Z，电压互感器二次回路电流为I，则补偿器产生的附加电压损耗为：△U′＝Z·I。

如图3所示，移相变换器由C301和R302组成，C301选用范围为0.01μF～0.1μF，优选0.055μF，R302选用范围为40kΩ～200kΩ，优选100kΩ。电流采样由电流互感器CT301和R301组成，电流互感器CT301变比为20A：1A，R301阻值选用150kΩ。采用所述移相变换器和电流采样，使本实用新型产生附加电压损耗取样信号△U′，与二次回路压降信号△U相加，一起送入放大电路产生相应的补偿信号，产生补偿电动势△E，以消除本实用新型阻抗为Z产生附加电压损耗的影响。电压互感器二次电流I经电流互感器CT301采样后流过电阻R301，变换为电压信号，再经C301和R302移相后，送入加法器。输出变压器B301用来产生补偿电动势△E抵消本实用新型阻抗为Z产生附加电压损耗的影响。

所述加法器主要由运算放大器LMH6629及其***元件组成，其电路原理如图4所示，LMH6629为单片高性能双运算放大器，其较高的电压增益和较宽的工作电压范围为求和放大器提供了优越的性能，提高整个***的集成度。二次回路压降△U和附加二次压降△U′一起送入加法器相加后，作为补偿器的总控制信号，再经增益放大和功率放大产生总的补偿电势。由图中参数可知，加法器的输出为：

U_r＝-(△U+△U′)。

所述信号反馈模块，如图5所示，由功放器、隔离变压器B501、隔离变压器B502组成。B501为补偿输出变压器，为了进一步增加电流输出能力，采用5：1隔离变压器输出，其次级串接于电压互感器二次回路。B502为反馈采样变压器，B502输出反馈信号U_f，送至变增益放大器输入端。反馈隔离变压器B502为负反馈形式，变比为1：1，起到与二次测量回路隔离的作用。通过深度负反馈，提高了***工作的稳定性，有效地避免了功放部分振荡现象的发生，使***的负载特性***，以适应于实际运行。

所述变增益放大，如图6所示，由运算放大器LMH6629和精密电阻等***电路组成，由于电压互感器二次回路阻抗和负载的使用范围很大，国内使用的电压互感器最大二次负载达到1000VA，所以一个放大倍数不能满足对补偿准确度的要求，因此，必须改变放大器的增益倍数，本实用新型采用了5个档位进行切换调节，其中0档的增益最小，5档的增益最大；并且5个档位可进行排列组合联合使用，5个开关可同时合上。图中，U_r为加法器输出正信号，U_f为补偿器输出的负反馈信号，U01为输出信号，也为功率放大输入信号。变增益放大器经过运算放大器LMH6629和精密电阻组合，得出U01＝-R(U_r+U_f)/R601。R为除R601以外的剩余电阻的等效电阻。

所述功率放大由功率放大器LM1876和***电路组成，如图7所示，由于本实用新型输出回路是串联接入电压互感器二次回路的，因此要求本实用新型有较大的电流输出能力和较低的输出电阻。为此，在输出回路，采用集成功率放大器LM1876，其最大输出电压可达到15V，输出电流3.5A，输出功率2×20W，峰值功率：62.5W，总波形失真度≤0.05％，信噪比>98dB，典型闭环增益为30。采用所述功率放大电路：且输出阻抗及失真小，功率消耗小，能使输出晶体管工作点处于安全工作状态。其***元件少，结构简单，体积小可减小装置的体积，便于安装。

所述补偿输出由运算放大器LMH6629和***电阻组成，如图8所示，U02经过放大，最终得出补偿信号△E。△E接入电压互感器二次回路B点。

所述单片机动态控制采用64位东芝TX99/H4，最大内部工作频率400MHz，具有DSP功能、32个64位通用寄存器、优化的5级流水、双精度浮点单元、调试支持单元、支持EJTAG，功耗低。

所述保护电路原理如图9所示，二次电流i经电流互感器CT901，变比为15：1，及电阻R901采样，变换为电压信号，再经D901、C901整流滤波电路变成直流电压信号Vz+，加到由运放LMH6629组成的比较器同相输入端。比较器的反相输入端接基准电压Vz-，Vz-对应于保护的动作电流，通过R902，阻值为47kΩ，可以设定动作电流的大小，优选设定动作电流为16A。正常状态下，二次回路电流较小，此时Vz+<Vz-，比较器输出低电平，经过或门F输出低电平(若A，B，C三相均正常)，三极管T处于截止状态，短路保护继电器J4线圈不能上电，其常闭触点保持闭合，补偿装置处于正常工作状态。当二次线路某相发生短路时，使流过补偿装置输出电路的电流急剧增大，Vz+>Vz-，比较器输出高电平，经或门F使三极管T导通，继电器J4上电，迅速动作断开，本实用新型退出测量***并报警。

本实用新型可广泛运用于发电厂、变电站、供电部门对电压互感器二次回路进行补偿，动态微机跟踪电压互感器二次线路压降的变化，具有电压互感器二次线路压降自动保护，报警并退出二次测量***。

Claims (5)

1.一种电压互感器二次回路动态补偿装置，其特征在于，由无线传感器A、无线传感器C、电压采样、加法器、移相变换器、电流采样、信号反馈模块、变增益放大、功率放大、补偿输出、单片机动态控制、保护电路组成；其中：

无线传感器A、无线传感器C和电压采样相连；

电压采样、加法器、移相变换器、电流采样依序连接；

加法器和信号反馈模块经过运算后与变增益放大相连；

变增益放大分别和单片机动态控制、功率放大相连；功率放大和补偿输出相连；单片机动态控制和保护电路相连。

2.根据权利要求1所述的一种电压互感器二次回路动态补偿装置，其特征在于，所述移相变换器由C301和R302组成，C301选用范围为0.01μF～0.1μF，R302选用范围为40kΩ～200kΩ；电流采样由电流互感器CT301和R301组成，电流互感器CT301变比为20A：1A，R301阻值为150kΩ。

3.根据权利要求1所述的一种电压互感器二次回路动态补偿装置，其特征在于，所述变增益放大，由运算放大器LMH6629和精密电阻等***电路组成；共设置了5个档位进行切换调节，其中0档的增益最小，5档的增益最大；并且5个档位能够进行排列组合联合使用，5个开关能够同时合上。

4.根据权利要求1所述的一种电压互感器二次回路动态补偿装置，其特征在于，所述保护电路设定为动作电流的大小，设定动作电流为16A。

5.根据权利要求2所述的一种电压互感器二次回路动态补偿装置，其特征在于，所述移相变换器的C301为0.055μF，R302为100kΩ。