一种自适应调压跟踪消弧系统的制作方法

1.本发明涉及消弧线圈技术领域，尤其涉及一种自适应调压跟踪消弧系统。


背景技术：

2.目前，中高压电网（10kv及35kv）的接地方式包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统和中性点经小电阻接地系统。其中中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统属于小电流接地系统。中性点经消弧线圈接地系统因其在电网发生单相接地故障时，可以长期运行且可以抑制接地故障时由线路分布电容引起的故障接地点电弧而得到广泛的应用，但目前的中性点经消弧线圈接地系统存在着以下几个方面的问题：（1）其消弧系统通常是由一个三相接地变压器和一个可调节档位的消弧电抗器（通常用作消弧线圈）组成。可调档位的消弧电抗器的档位调节通常由机械式自动调压开关来实现，其只能实现电抗值的分级调节，调节精度较差。
3.（2）消弧系统的接地变压器虽然有分接头，但分接头档位在运行时是不调整的，且三相都设置在同一个档位，由于中压配电网在非接地故障情况下，三相的平衡度很高，中性点电压太低，这样造成三相接地变压与消弧电抗器连接的系统流过的电流非常小，无法正确的检测出系统的容性电流。传统解决办法是把接地变停电后，手动调节高压侧任一相档位，人为调出较高的不平衡电压，但此电压往往偏高，在系统正常时由于消弧系统主要是谐振接地系统，一般消弧线圈档位处在谐振档位，较易造成三相电压不平衡，易造成烧阻尼电阻。
4.（3）当容性电流测量不准，引起消弧系统消弧电抗器的档位设置不正确，当出现接地短路故障时，不能实现准确补偿，从而大大地削弱了消弧系统在故障出现瞬间的灭弧能力。因此可以概括为目前的消弧系统在接地故障出现前由于电网太平衡，不能准确测定系统容性电流，调高不平衡又产生问题，且故障后在故障发生一段时间内消弧能力差，即容性电流补偿能力差的缺点。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种自适应调压跟踪消弧系统，能够实现接地变不平衡电压自动调整，消弧电抗器的电抗值连续可调。
6.本发明采用的技术方案为：一种自适应调压跟踪消弧系统，包括控制系统和一体化设置的接地变压器和消弧电抗器，所述接地变压器的铁芯与消弧电抗器的铁芯垂直正交成一体，两者有一个共用的交接区域，接地变压器的铁芯在消弧电抗器的铁芯上面；所述的控制系统包括用于对接地变压器中性点电压进行测量的电压互感器、用于对消弧电抗器电流进行测量电流互感器、信号调理转换电路、模数转换器、中央处理器、用于触发脉冲信号和控制信号发出的i/o单元、接地变晶闸管触发单元、消弧电抗器晶闸管触发单元和供电电源；所述电压互感器和电流互感器的二次输出端通过信号调理转换电路连
接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端通过i/o单元分别连接接地变晶闸管触发单元和消弧电抗器晶闸管触发单元，接地变晶闸管触发单元通过光纤连接双向晶闸管模块的控制输入端，消弧电抗器晶闸管触发单元通过光纤连接单向晶闸管的控制输入端，每个铁芯柱上均绕有高、低压绕组，高压侧绕组采用zn型连接，低压侧绕组采用传统变压器的yn11型连接；每个铁芯柱上的高压绕组设有上线圈和下线圈，每个铁芯柱的上线圈与下线圈的匝数相同，上线圈上设有多个分接头，下线圈上也设有多个分接头，三个铁心柱由左到右分别称为第一、第二、第三铁芯柱，第一个铁芯柱的上线圈的一个分接头与第二铁芯柱的下线圈的一个分接头直接相连接，第三个铁芯柱的上线圈的一个分接头与第一铁芯柱的下线圈的一个分接头直接相连接，第二个铁芯柱的上线圈的分接头与第三铁芯柱的下线圈分接头之间至少通过两组双向晶闸管模块连接，三个铁芯柱的上线圈的始端分别接电网的a、b、c相电压，三个铁芯柱的下线圈的始端连在一起作为中性点（n)接单相消弧电抗器，所述的消弧电抗器也为三柱铁芯结构，其中，中柱铁芯上绕设有中柱线圈，两个边柱铁芯上绕设有上线圈和下线圈，且每个边柱铁芯上的上线圈与下线圈的匝数相等且对称；左边柱铁芯上线圈设置有第一设置分接头，第一设置分接头与左边柱铁芯下线圈的始端之间设置有一个单向晶闸管，左边柱上线圈末端与右边柱铁芯下线圈的始端连接；右边柱铁芯下线圈设置有第二设置分接头，第二设置分接头与右边柱铁芯上线圈的始端之间设置有一个单向晶闸管，右边柱铁芯上线圈的末端与左边柱铁芯下线圈的始端连接；左边柱下线圈的末端与右边柱下线圈的末端连接，用于接地连接；左边柱上线圈的始端与右边柱上线圈的始端连接后再与中柱铁芯的线圈末端连接，中柱铁芯的线圈始端与接地变压器的中性节点连接；接地变压器为五档接地变压器，设上线圈由上到下设置有第五分接头、第三分接头、第一分接头；下线圈由上到下设置有第二分接头、第四分接头、第六分接头；则第一个铁芯柱的上线圈的第三分接头与第二铁芯柱的下线圈的第四接头连接，第三个铁芯柱的上线圈的第三分接头与第一铁芯柱的下线圈的第四分接头连接，第二铁芯柱的第五分接头、第三分接头与第三铁芯柱的第四分接头之间均通过双向晶闸管模块连接。
7.所述消弧电抗器的两个边柱铁芯上都设置有面积较小的一段（磁阀），磁阀截面积取边柱铁芯截面积的30%到50%之间，两个边柱铁芯的磁阀截面积对称。
8.所述的接地变压器三个铁芯柱上的上、下线圈的每两个分接头之间的匝数比不大于该线圈匝数的2.5%。所述的第一设置分接头设置在左边柱铁芯上线圈的90%到95%匝数位置处。
9.所述的第二设置分接头设置在右边柱铁芯下线圈的5%到10%匝数位置处。
10.本发明通过采用一体化正交铁芯将接地变与可控电抗做成一体，可以实现在接地故障发生前，若电网太平衡，不需要停电调节接地变，根据电网的平衡度自适应调节出合适中性点电压，同时消弧系统的消弧电抗器采用新型可控电抗结构，使其电抗值实现无级自动调节，从而在精确地测定配电网的容性电流时，在发生接地故障后可以实现自动精确补偿。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本发明所述接地变压器的线圈连接示意图；图2为本发明所述消弧电抗器的线圈连接示意图；图3为本发明的控制系统原理框图；图4为本发明所述消弧电抗器的正面结构示意图。
13.图5为本发明所述正交铁芯的立体结构图。
14.具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1、2、3、4和5所示，本发明包括控制系统和一体化设置的接地变压器10和消弧电抗器11，所述接地变压器10通过垂直正交铁芯设置在消弧电抗器11上；消弧电抗器11的三柱铁芯与接地变压器10的三柱铁芯在下部有一个正交截面区（s），接地变压器10的三柱铁芯在上，消弧电抗器11的三柱铁芯在下，两者垂直正交放置，由于接地变压器10的铁芯和消弧电抗器11的铁芯之间不形成磁通的公共通道，可以实现消弧电抗器11铁芯中的交、直流磁通对接地变压器10的磁通不产生影响，同时接地变压器10铁芯中的磁通也不影响消弧电抗器11的正常运行特性。
17.所述的接地变压器10为三柱铁芯结构，每个铁芯柱上均绕有高、低压绕组，高压侧绕组采用zn型连接，低压侧绕组采用传统变压器的yn11型连接用于接负载，每个铁芯柱上的高压绕组设有上线圈和下线圈，每个铁芯柱的上线圈与下线圈的匝数相同，上线圈上设有多个分接头，下线圈上也设有多个分接头，三个铁心柱由左到右分别称为第一、第二、第三铁芯柱，第一个铁芯柱的上线圈的一个分接头与第二铁芯柱的下线圈的一个分接头直接相连接，第三个铁芯柱的上线圈的一个分接头与第一铁芯柱的下线圈的一个分接头直接相连接，第二个铁芯柱的上线圈的分接头与第三铁芯柱的下线圈分接头之间至少通过两组双向晶闸管模块连接，三个铁芯柱的上线圈的始端分别接电网的a、b、c相电压，三个铁芯柱的下线圈的始端连在一起作为中性点（n)接单相消弧电抗器，本技术中以z型连接为例进行设置说明，其中分接头的个数与接地变压器的档位数相对，即不同档的接地变压器对应的接线头不同，则本技术均可以对其进行接线的改变设置，实现自动调档的技术效果。
18.以下以具体实例进行举例说明，当接地变压器为五档接地变压器，设上线圈由上到下设置有第五分接头5、第三分接头3、第一分接头1；下线圈由上到下设置有第二分接头2、第四分接头4、第六分接头6；则第一个铁芯柱的上线圈的第三分接头3与第二铁芯柱2的
下线圈的第四接头4连接，第三个铁芯柱的上线圈的第三分接头3与第一铁芯柱的下线圈的第四分接头4连接，第二铁芯柱的第五分接头5、第三分接3头与第三铁芯柱的第四分接头4之间均通过双向晶闸管模块连接。
19.如图1所示，左边铁芯柱为第一铁芯柱，中间铁芯柱为第二铁芯柱，右边铁芯柱为第三铁芯柱，则中间柱铁芯上线圈的第五分接头5、第三分接头3分别通过一组双向晶闸管模块vt1和一组双向晶闸管模块vt2与右边柱铁芯下线圈的第四分接头4相连接，左边柱铁芯上的第三分接头3和中柱铁芯第四分接头4之间分别用导线连接；右边柱铁芯上的第三分接头3和左边柱铁芯第四分接头4之间分别用导线连接；三个铁芯柱的上线圈的始端分别接电网的a、b、c相电压，三个铁芯柱的下线圈的始端连在一起作为中性点（n)接单相消弧电抗器。
20.图中仅仅给出了一种连接方式，具体实际操作中，当然也可以在b相铁心柱上线圈的分接头（1、3、5）中使用三组双向晶闸管模块实现变压器档位的三级调挡，同样也可以用两组双向晶闸管模块连接在a相铁心柱上线圈分接头5、3与b相铁芯柱的下线圈的分接头4之间（或用两组双向晶闸管模块连接在c相铁心柱上线圈分接头5、3与a相铁芯柱的下线圈的分接头4之间),其它两相铁心柱上线圈与下线圈的3、4分接头z型连接。
21.本发明在实际使用时，正常情况下只控制让一组晶闸管模块导通、另一组晶闸管模块不导通。如果正常运行情况下三相接地变压器提供的中性点不平衡电压合适，控制系统给分接头3、分接头4间双向晶闸管发触发脉冲，分接头5、分接头4间双向晶闸管不发触发脉冲；如果正常运行情况下三相接地变压器提供的中性点不平衡电压太小，控制系统给分接头5、分接头4间双向晶闸管发触发脉冲，分接头3、分接头4间双向晶闸管不发触发脉冲，从而实现电子调整档位操作，使接地变产生不平衡电压,这样可以保证接地变在正常运行时和接地故障时可靠运行。
22.单相消弧电抗器在本技术中设置为可控消弧电抗器，可控消弧电抗器的铁心采用单相三柱式结构，其中柱铁芯截面均匀，两个边柱铁芯上均有面积较小的一段（称为磁阀），且两个边柱铁芯上的磁阀具有对称性。中间柱与两个边柱铁芯上都绕有电感线圈。中柱铁芯上线圈可看作为固定电抗。两个边柱铁芯上的线圈都分为上下两部分，每一部分上设置一个分接头，两个边柱铁芯上线圈交叉连接。每个边柱铁芯上的上下两部分线圈之间通过晶闸管连接。从而两个边柱上交叉连接的线圈可以通过晶闸管的触发角改变其电抗值，实现接地前跟踪测量容性电流所需合适回路电流的自适应控制，以及接地故障后补偿精准控制。
23.如图2、4所示，本发明的消弧电抗器11也为三柱铁芯结构，其中，中柱铁芯上绕设有中柱线圈，两个边柱铁芯上绕设有上线圈和下线圈，且每个边柱铁芯上的上线圈与下线圈的匝数相等且对称；左边柱铁芯上线圈的90%到95%匝数位置引出一分接头（第一设置分接头8），第一设置分接头8与左边柱铁芯下线圈的始端之间设置有一个单向晶闸管vt3，左边柱上线圈末端与右边柱铁芯下线圈的始端连接；右边柱铁芯下线圈的5%到10%位置处引出一分接头（第二设置分接头9），第二设置分接头9与右边柱铁芯上线圈的始端之间设置有一个单向晶闸管vt4，右边柱铁芯上线圈的末端与左边柱铁芯下线圈的始端连接；左边柱下线圈的末端与右边柱下线圈的末端连接，用于接地连接；左边柱上线圈的始端与右边柱上线圈的始端连接后再与中柱铁芯的线圈末端连接，中柱铁芯的线圈始端与接地变压器的中
性节点连接；通过改变晶闸管触发角可以调节该消弧电抗器电抗值，从而调节流过该消弧电抗器的电流，改变消弧接地系统的调谐参数，实现消弧电抗器的精确调谐。
24.所述消弧电抗器的两个边柱铁芯上都设置有面积较小的一段（磁阀），磁阀截面积取边柱铁芯截面积的30%到50%之间，两个边柱铁芯的磁阀截面积对称，增加磁阀的目的是保证工作时磁阀部分饱和，铁芯柱不饱和，减小铁芯柱的发热损耗。
25.本发明的一体化正交铁芯结构如图4、5所示，消弧系统中的接地变压器的三柱铁芯和单相消弧电抗器的三柱铁芯结构，两者采用一体化正交铁芯结构，消弧电抗器的三柱铁芯与接地变压器的三柱铁芯在下部有一个正交截面区（s），接地变压器铁芯在上，消弧电抗器铁芯在下，两者垂直正交放置。消弧电抗器的两个边柱铁芯中都含有面积缩小的一段（磁阀7），采用正交铁芯的目的在于电抗器铁芯中的直流磁通对接地变压器的磁通不产生影响，同时接地变铁芯磁通也不影响电抗器的正常运行。
26.所述的控制系统包括用于对接地变压器中性点电压进行测量的电压互感器、用于对消弧电抗器电流进行测量电流互感器、信号调理转换电路、模数转换器、中央处理器、用于触发脉冲信号和控制信号发出的i/o单元、接地变晶闸管触发单元、消弧电抗器晶闸管触发单元和供电电源；所述电压互感器和电流互感器的二次输出端通过信号调理转换电路连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的输出端通过i/o单元分别连接接地变晶闸管触发单元和消弧电抗器晶闸管触发单元，接地变晶闸管触发单元通过光纤连接双向晶闸管模块的控制输入端，消弧电抗器晶闸管触发单元通过光纤连接单向晶闸管的控制输入端，实际工作时，电压互感器与电流互感器二次侧的输出级（即pt输出和ct输出）经过信号调理与转换电路后形成模/数转换器所需的电平信号，信号调理与转换电路包括小型ct及pt以及模拟运算放大器等均为常见的电路，根据实际的信号处理需求进行设计，在此不再对其进行举例赘述。
27.模数(a/d)转换器将多路模拟采样信号转换为cpu所需的数字信号后送给中央处理器，实际使用中采用cpu及数据存储单元。通过该中央处理器单元进行数据分析采样及处理，把数字信号对应的控制信号转变为触发晶闸管所需的触发脉冲，该脉冲由cpu的i/o单元发出，经过i/o单元的功率驱动与隔离后分别输出两路脉冲，一路为接地变压器晶闸管触发脉冲，该脉冲经接地变晶闸管触发单元后经光纤输出触发接地变晶闸管模块，另一路为可控消弧电抗器晶闸管触发脉冲，该脉冲经消弧电抗器晶闸管触发单元后经光纤输出，触发可控电抗器的两个晶闸管。本技术的供电电源可以是单独单元，也可以取自接地变压器二次侧，经隔离变流后变成所需的低压直流电压供电子部分工作，具体根据实际的需求进行设置，满足供电需求即可。
28.所述的消弧电抗器晶闸管触发单元和接地变晶闸管触发单元均采用光触发装置，用于实现设备高、低压侧的可靠隔离，减少外界因素对触发脉冲的干扰，保证设备安全运行和人身安全。
29.本发明同现有技术相比具有如下优点：（1）接地变通过触发控制晶闸管的导通与关断实现中性点电压自适应输出。
30.（2）对于平衡三相配电网的接地系统在接地故障发生前可以精确控制中性点电压的幅度，避免过高过低。
31.（3）对中性点谐振接地系统实现回路电流的幅值控制。
32.（4）对于平衡三相配电网的接地系统或较高不平衡接地系统在接地故障生前可以精确测量容性电流。
33.（5）对消弧系统实现自适应调整中性点电压，避免接地故障前发生三相不平衡，避免出现电压越限。
34.（6）在接地故障发生时，由于消弧电抗器线性无级调节，脱谐度便于控制，消弧效果好，过电压抑制能力强。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语
“ꢀ
中心”，
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
纵向”、
“ꢀ
长度”、
“ꢀ
宽度”、
“ꢀ
厚度”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、 竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”、
“ꢀ
顺时针”、
“ꢀ
逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
36.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语
“ꢀ
第一”、
“ꢀ
第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语
“ꢀ
包括”和
“ꢀ
具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。