一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置，其特征在于，所述装置包括：电源电路，用于提供试验电压以及向铁磁谐振频率计算电路提供一次电压；阻尼电路根据二次绕组短路控制电路的第二控制信号投入到所述不包括阻尼器的电容式电压互感器中；二次绕组短路操作电路，用于接收第一控制信号，控制不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组短路的发生和消除，用于向铁磁谐振频率计算电路输出二次电流；二次绕组短路控制电路，用于控制不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组的短路和消除时间以及接入阻尼电路的预设延时阈值；铁磁谐振频率计算电路，用于根据所述一次电压、二次电流和二次电压信号计算铁磁谐振频率。

【技术实现步骤摘要】
一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置及方法
本专利技术涉及高压电器设备
，并且更具体地，涉及一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置及方法。
技术介绍
随着电力装置规模的日益扩大，其安全稳定性问题的重要程度也越来越高。电力互感器作为一类变电设备，其作用相当于电力装置的“眼睛”和“耳朵”，承担着为继电保护、测量装置以及自动控制提供测量信息的任务，其自身的可靠性和稳定性是电网安全稳定运行的重要组成部分。交流电网中用于电压测量的电压互感器主要有3类：电子式电压互感器(electronicvoltagetransformer，EVT)、电磁式电压互感器以及电容式电压互感器(capacitorvoltagetransformer，CVT)。尽管近年来EVT在技术上和运行数量上均获得了长足发展，但其相对于电磁式和电容式电压互感器数量仍然较少。电磁式电压互感器主要用于35kV及以下电压等级的电网中。在35kV以上电压等级电网中的电磁式电压互感器都是GIS型设备，且数量较少。目前国内66kV及以上等级电网中，几乎都采用CVT。CVT的电路与等值电路如图1所示。图中，C1和C2分别为高压电容和中压电容，两者组成电容分压器，LK为补偿电抗器(其电抗为XK)，T为中间变压器，RD为阻尼装置，a、n、da、dn分别为二次绕组端子及剩余电压绕组端子，XC为等值电容(C1+C2)的电抗，XT1和X′T2分别为中间变压器一、二次绕组的漏抗(折算到中间变压器的一次侧)，R1为中间变压器一次绕组和补偿电抗器绕组直流电阻以及电容分压器损耗等值电阻之和(R1＝RT1+RK+RC)，R′2为中间变压器二次绕组的直流电阻(折算到其一次侧)，Zm为中间变压器的励磁阻抗。电磁单元主要由补偿电抗器、中间变压器和阻尼装置构成。CVT之所以能够大规模应用，得益于其优点：具有电磁式电压互感器的全部功能，同时可做载波通信的耦合电容器；其耐雷电冲击性能理论上比电磁式电压互感器优越，可以降低雷电波的波头陡度，对变电站电气设备有一定的保护作用；不存在电磁式电压互感器与断路器断口电容的串联铁磁谐振问题。然而，CVT同样存在铁磁谐振的可能性：由其等值电路可知，当二次侧空载时，中间变压器的励磁阻抗与等值电容相串联，其自然谐振频率一般为工频的十几分之一或更低。当CVT一次侧突然合闸或二次侧发生短路又突然消除等电流冲击时，暂态过程产生的过电压会使中间变压器铁心出现磁饱和，励磁电感急剧下降，使得其与等值电容的自然谐振频率上升至工频的1/2、1/3、1/5等，即可能出现分频谐振。由于回路中本身电阻很小，不外加阻尼或阻尼参数不当，分频铁磁谐振就会持续下去。这种谐振过电压的幅值可达到额定电压的2～3倍，长期过电流可造成中间变压器和电抗器绕组过热和绝缘损坏，同时由于剩余电压绕组开口三角电压值升高，将导致继电保护误动。因此，CVT必须设置阻尼器，在短时间内大量消耗谐振能量，以抑制其自身铁磁谐振。由此可见，正确地选择阻尼器参数，是抑制铁磁谐振的关键所在。然而，目前阻尼器的参数设计多依赖于经验、仿真计算和试探性验证试验，需要进行多次调试和选优。究其原因主要是缺少CVT铁磁谐振频率参数的准确计算方法。在目前的CVT各类试验中，能够获得CVT铁磁谐振频率参数的试验主要是铁磁谐振试验。GB/T20840.5-2013《互感器第5部分：电容式电压互感器的补充技术要求》的7.2.503对铁磁谐振试验作出规定：铁磁谐振试验应采用二次端子至少短路0.1s的方法进行；切除短路所用保护装置(例如熔丝、断路器等)的选择，由制造方与用户协商确定；如果没有协议，则由制造方自行选择。实际上，这一规定的主要目的是检验铁磁谐振的振荡时间是否符合要求，而并不是计算铁磁谐振频率参数。由于CVT二次电压波形是工频分量与谐振分量的叠加，因此在阻尼器投入之后，CVT二次电压尚未完成一个铁磁谐振的整周期就破坏了铁磁谐振条件，致使利用非整周期波形无法准确估算出CVT铁磁谐振的频率参数。
技术实现思路
本专利技术提供了一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置及方法，以解决如何准确计算出电容式电压互感器的铁磁谐振的频率的问题。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置，所述装置包括：电源电路、不包括阻尼器的电容式电压互感器、二次绕组短路操作电路、阻尼电路、二次绕组短路控制电路和铁磁谐振频率计算电路，所述电源电路，分别与不包括阻尼器的电容式电压互感器和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于提供试验电压以及向铁磁谐振频率计算电路提供一次电压；所述不包括阻尼器的电容式电压互感器，分别与所述二次绕组短路操作电路的输入端和所述阻尼电路相连接，所述阻尼电路与二次绕组短路控制电路的输出端相连接，所述阻尼电路根据所述二次绕组短路控制电路的第二控制信号投入到所述不包括阻尼器的电容式电压互感器中；所述二次绕组短路操作电路，分别与二次绕组短路控制电路的输出端和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于接收所述二次绕组短路控制电路输出的第一控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组短路的发生和消除，用于向所述铁磁谐振频率计算电路输出二次电流；所述二次绕组短路控制电路，用于分别向所述二次绕组短路操作电路和阻尼电路输出第一控制信号和第二控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组的短路和消除时间以及接入阻尼电路的预设延时阈值；所述铁磁谐振频率计算电路，用于根据所述一次电压、二次电流和不包括阻尼器的电容式电压互感器输出的二次电压信号计算铁磁谐振频率。优选地，其中所述电源电路，包括：工频电源、调压器、试验变压器和测量用电容分压器，所述工频电源的输出端和调压器的输入端相连接，调压器的输出端和试验变压器的输入端相连接，通过调节调压器使试验变压器输出试验电压；在试验变压器的输出端接有测量用电容分压器，用于测量试验变压器输出的一次电压，并根据分压比将所述一次电压分压后通过第一电压输出端子和第二电压输出端子输出。优选地，其中所述不包括阻尼器的电容式电压互感器，包括：一次端子、用于短路的二次端子和剩余绕组的二次端子。优选地，其中所述阻尼电路，包括：串联连接的阻尼器和常开开关，所述阻尼器用于抑制电容式电压互感器的铁磁谐振；所述常开开关，用于根据所述二次绕组短路控制电路输出的第二控制信号控制阻尼电路在预设延时值到达时刻投入到不包括阻尼器的电容式电压互感器中。优选地，其中所述二次绕组短路操作电路，包括：串联连接的二次绕组短路控制开关和短路电流传感器，所述二次绕组短路控制开关通过接收二次绕组短路控制电路输出的第一控制信号，实现二次绕组短路控制开关的通断；所述短路电流传感器用于测量二次绕组短路操作电路的支路电流，输出二次电流至铁磁谐振频率计算电路。优选地，其中所述铁磁谐振频率计算电路，根据所述一次电压、二次电流和不包括阻尼器的电容式电压互感器输出的二次电压信号计算铁磁谐振频率，包括：利用一次电压信号进行锁相；获取二次电流的消失时刻，将所述消失时刻记为铁磁谐振过程的起始时刻；从铁磁谐振过程的起始时刻开始，记录包括至少一个铁磁谐振完整周期的二次电压；将所述二次电压记为第一电压信号，并根据所述一次电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置，其特征在于，所述装置包括：电源电路、不包括阻尼器的电容式电压互感器、二次绕组短路操作电路、阻尼电路、二次绕组短路控制电路和铁磁谐振频率计算电路，所述电源电路，分别与不包括阻尼器的电容式电压互感器和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于提供试验电压以及向铁磁谐振频率计算电路提供一次电压；所述不包括阻尼器的电容式电压互感器，分别与所述二次绕组短路操作电路的输入端和所述阻尼电路相连接，所述阻尼电路与二次绕组短路控制电路的输出端相连接，所述阻尼电路根据所述二次绕组短路控制电路的第二控制信号投入到所述不包括阻尼器的电容式电压互感器中；所述二次绕组短路操作电路，分别与二次绕组短路控制电路的输出端和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于接收所述二次绕组短路控制电路输出的第一控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组短路的发生和消除，用于向所述铁磁谐振频率计算电路输出二次电流；所述二次绕组短路控制电路，用于分别向所述二次绕组短路操作电路和阻尼电路输出第一控制信号和第二控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组的短路和消除时间以及接入阻尼电路的预设延时阈值；所述铁磁谐振频率计算电路，用于根据所述一次电压、二次电流和不包括阻尼器的电容式电压互感器输出的二次电压信号计算铁磁谐振频率。...

【技术特征摘要】
1.一种计算电容式电压互感器铁磁谐振频率的装置，其特征在于，所述装置包括：电源电路、不包括阻尼器的电容式电压互感器、二次绕组短路操作电路、阻尼电路、二次绕组短路控制电路和铁磁谐振频率计算电路，所述电源电路，分别与不包括阻尼器的电容式电压互感器和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于提供试验电压以及向铁磁谐振频率计算电路提供一次电压；所述不包括阻尼器的电容式电压互感器，分别与所述二次绕组短路操作电路的输入端和所述阻尼电路相连接，所述阻尼电路与二次绕组短路控制电路的输出端相连接，所述阻尼电路根据所述二次绕组短路控制电路的第二控制信号投入到所述不包括阻尼器的电容式电压互感器中；所述二次绕组短路操作电路，分别与二次绕组短路控制电路的输出端和铁磁谐振频率计算电路的输入端相连接，用于接收所述二次绕组短路控制电路输出的第一控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组短路的发生和消除，用于向所述铁磁谐振频率计算电路输出二次电流；所述二次绕组短路控制电路，用于分别向所述二次绕组短路操作电路和阻尼电路输出第一控制信号和第二控制信号，控制所述不包括阻尼器的电容式电压互感器的二次绕组的短路和消除时间以及接入阻尼电路的预设延时阈值；所述铁磁谐振频率计算电路，用于根据所述一次电压、二次电流和不包括阻尼器的电容式电压互感器输出的二次电压信号计算铁磁谐振频率。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源电路，包括：工频电源、调压器、试验变压器和测量用电容分压器，所述工频电源的输出端和调压器的输入端相连接，调压器的输出端和试验变压器的输入端相连接，通过调节调压器使试验变压器输出试验电压；在试验变压器的输出端接有测量用电容分压器，用于测量试验变压器输出的一次电压，并根据分压比将所述一次电压分压后通过第一电压输出端子和第二电压输出端子输出。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述不包括阻尼器的电容式电压互感器，包括：一次端子、用于短路的二次端子和剩余绕组的二次端子。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻尼电路，包括：串联连接的阻尼器和常开开关，所述阻尼器用于抑制电容式电压互感器的铁磁谐振；所述常开开关，用于根据所述二次绕组短路控制电路输出的第二控制信号控制阻尼电路在预设延时值到达时刻投入到不包括阻尼器的电容式电压互感器中。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二次绕组短路操作电路，包括：串联连接的二次绕组短路控制开关和短路电流传感器，所述二次绕组短路控制开关通过接收二次绕组短路控制电路输出的第一控制信号，实现二次绕组短路控制开关的通断；所述短路电流传感器用于测量二次绕组短路操作电路的支路电流，输出二次电流至铁磁谐振频率计算电路。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铁磁谐振频率计算电路，根据所述一次电压、二次电流和不包括阻尼器的电容式电压互感器输出的二次电压信号计算铁磁谐振频率，包括：利用一次电压信号进行锁相；获取二次电流的消失时刻，将所述消失时刻记为铁磁谐振过程的起始时刻；从铁磁谐振过程的起始时刻开始，记录包括至少一个铁磁谐振完整周期的二次电压；将所述二次电压记为第一电压信号，并根据所述一次电压的锁相信息，将所述第一电压信号延时1/4工频周期，形成第二电压信号；计算所述第一电压信号和第二电压信号的方均根值作为第三电压信号；计算所述第三电压信号的极大值，并获取第三信号的极大值的时刻的第一电压信号数据和第二电压信号数据，此时刻为第一时刻；以所述第三电压信号的第一个极大值为参考，依次与所述第三电压信号的其他极...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，王玲，吴士普，李璿，杜砚，王海鹏，穆广祺，晋涛，白洋，王天正，王均梅，吴光斌，张玉莹，孙汉朋，尹志荣，朱丝丝，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网公司，国网山西省电力公司，山东泰开互感器有限公司，辽宁新明互感器有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11