專利名稱：串補火花間隙分壓器回路的在線監(jiān)測電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子或電カ技術領域，具體涉及ー種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路和方法。
背景技術：
在現(xiàn)有線路上加裝串聯(lián)電容器補償(簡稱串補)裝置，能有效縮短線路的電氣距離，同時對土地資源的占用極小，它還是提高輸電線路輸送能力的經濟而且有效的技術手段。串聯(lián)電容器補償裝置由串聯(lián)電容器、金屬氧化物限壓器MOV、火花間隙等主要設備構成，其中火花間隙是MOV的主保護和串聯(lián)電容器的后備保護，因此對其工作可靠性有 很高的要求，其中火花間隙分壓器是火花間隙的重要附屬設備，火花間隙分壓器的工作狀態(tài)直接關系到在線路故障時火花間隙能否正常觸發(fā)，是保證火花間隙可靠安全工作關鍵之
O在裝設有串補裝置的線路中，當線路發(fā)生故障或是相鄰線路發(fā)生故障，線路電流流過串聯(lián)電容器，在串聯(lián)電容器兩端產生較高的電壓。為了防止在故障電流情況下，串聯(lián)電容器兩端的過電壓造成電容器的損壞，這時就需要觸發(fā)火花間隙，快速旁路串補串聯(lián)電容器，此時，串補控制保護裝置將向火花間隙觸發(fā)控制電路發(fā)出觸發(fā)命令，而火花間隙控制電路在接收到串補保護系統(tǒng)發(fā)來的觸發(fā)命令后，判斷間隙所承受的電壓是否達到了預設的電壓值，即門檻電壓，只有在判斷達到或超過門檻電壓值后，才會發(fā)出點火脈沖，火花間隙觸發(fā)控制電路就是通過分壓器回路取得間隙兩端的實時電壓。一旦火花間隙分壓器回路器出現(xiàn)故障，導致火花間隙觸發(fā)控制電路無法獲得準確的電壓值，從而可能引起誤動作。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路和方法，使運行人員能及時掌握分壓器回路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發(fā)點火，大大提高了火花間隙工作可靠性。本發(fā)明提供一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路，串聯(lián)電容器、火花間隙與串補火花間隙分壓器回路相互并聯(lián)，所述串補火花間隙分壓器回路包括均壓環(huán)節(jié)和電壓取樣環(huán)節(jié)；所述電壓取樣環(huán)節(jié)包括與所述均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)的電容C ;所述在線監(jiān)測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號Uiffi ;所述串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uct ;所述比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)。本發(fā)明提供的第一種優(yōu)選實施例中所述在線監(jiān)測電路的串補電流輸入模塊通過在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號。本發(fā)明提供的第二種優(yōu)選實施例中所述均壓環(huán)節(jié)包括串聯(lián)的電容Cl、C2、C3和C4 ;所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換芯片A ；
所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換芯片A將所述放大調理后的信號轉換成本發(fā)明提供的第三種優(yōu)選實施例中所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B ;所述U2A將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效值轉換芯片B將所述放大調理后的信號轉換成Uci。本發(fā)明提供的第四種優(yōu)選實施例中所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ； 所述U3A將所述U 和所述Uct做差分；所述U3B將所述U分壓做反相；所述U4A將所述U_和所述U3B的輸出做比較并輸出； 所述U4B將所述U瓶和所述U3A的輸出做比較并輸出。本發(fā)明提供的第五種優(yōu)選實施例中所述U4A和所述U4B為OC門結構，輸出端相連接；滿足a *UCT く U分壓く b *UCT時,所述分壓器回路運行正常,所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓< a · Uct或U分壓> b · Uct時，所述分壓器回路運行異常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差系數(shù)，a彡b。本發(fā)明提供的第六種優(yōu)選實施例中所述誤差系數(shù)a和b的大小可以通過調節(jié)所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。本發(fā)明提供的第七種優(yōu)選實施例提供一種串補火花間隙分壓器回路的在線監(jiān)測方法，包括上述任一項所述的在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述方法包括步驟SI，均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)電容C，在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號；步驟S2，取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U 串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uct ；步驟S3，所述比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)。本發(fā)明提供的第八種優(yōu)選實施例中所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換芯片A ；所述步驟2中取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號具體為所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換芯片A將所述放大調理后的信號轉換成U分壓。本發(fā)明提供的第九種優(yōu)選實施例中所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B ；所述步驟2中串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uct具體為所述U2A將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效值轉換芯片B將所述放大調理后的信號轉換成Uci。本發(fā)明提供的第十種優(yōu)選實施例中所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述步驟S3中比較模塊通過比較所述和所述Uct來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)具體包括步驟S301，所述U3A將所述U纟和所述Uct做差分，所述U3B將所述U纟做反相；步驟S302，所述U4A將所述和所述U3B的輸出做比較并輸出，所述U4B將所述和所述U3A的輸出做比較并輸出，所述U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a · Uct彡U分壓く b · Uct時，所述分壓器回路運行正常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓く a · Uct或U分壓〉b · Uct時，所述分壓器回路運行異常，所述U4A和所述U4B相連的輸出端輸出低電平報警； 其中，所述a和b為預設的誤差系數(shù)，a彡b。本發(fā)明提供的第十一種優(yōu)選實施例中所述U4A和所述U4B為OC門結構，所述誤差系數(shù)a和b的大小可以通過調節(jié)所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路和方法的有益效果有I、本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路和方法，設置電壓取樣環(huán)節(jié)，提出針對串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測的思想，可廣泛應用在超高壓或特高壓串補裝置中，使運行人員能及時掌握分壓器回路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發(fā)點火，大大提高了火花間隙工作可靠性；2、通過在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號，在不增加任何設備的情況下實現(xiàn)對串聯(lián)電容器電流的測量；3、比較器U4A和U4B為OC (Open Collector，集電極開路)門結構，二者輸出相連后可以實現(xiàn)“與門”功能，簡化了電路；4、設定U分壓和Uct的關系式為a · UCT彡U分壓彡b · UCT，其中a和b為預設的誤差系數(shù)，這兩個系數(shù)保證當電容分壓器某一只電容器損壞時U分壓不能滿足上面的關系式，并且a和b的大小可以通過調節(jié)比較器各電阻值來實現(xiàn)，滿足電和Uct可以存在一定的誤差的范圍內。


圖I為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路的結構原理框圖；圖2為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路的工作原理圖；圖3為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路的電路圖；圖4為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測的方法流程圖；圖5為本發(fā)明提供的比較模塊實現(xiàn)在線監(jiān)測串補火花間隙分壓器回路的方法流程圖。
具體實施例方式串補裝置包括并聯(lián)的串聯(lián)電容器、火花間隙和串補火花間隙分壓器回路，本發(fā)明提供一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路，該分壓器回路設置均壓環(huán)節(jié)和電壓取樣環(huán)節(jié)，其中，均壓環(huán)節(jié)為串聯(lián)的電容Cl、C2、C3和C4，電壓取樣環(huán)節(jié)為電容C，電容C與均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)，即Cl、C2、C3、C4和C串聯(lián)。本發(fā)明提供的監(jiān)測電路的具體結構原理框圖如圖I所示，由圖I可知，該監(jiān)測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊，取樣電壓輸入模塊輸入電容C兩端電壓并將其放大后轉換成直流電壓信號UiJi輸出，同時串補電流輸入模塊輸入串聯(lián)電容器的電流信號并將其放大后轉換成直流電壓信號UCT。比較模塊通過比較輸入的Uiffi和UCT，對該分壓器回路的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。圖2為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路的工作原理圖，由圖2可知，其中，監(jiān)測電路的串補電流輸入模塊是通過在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號。 圖3為本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測電路的電路圖，由圖3可知，取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換芯片A，U1B和U2B將電容C兩端電壓進行放大調理，有效值轉換芯片A將放大調理后的信號轉換成直流電壓信號U分壓。串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B，U2A將串聯(lián)電容器的電流信號放大調理成電壓信號，有效值轉換芯片B將放大調理后的信號轉換成直流電壓信號Uct。比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B。U3A將直流電壓信號U瓶和Uct做差分，U3B將直流電壓信號U_做反相。U4A將Um和U3B的輸出做比較并輸出，同時U4B將Um和U3A的輸出做比較并輸出，U4A和U4B的輸出端相連接，其中，U4A和U4B為OC門結構，所以U4A和U4B輸出相連后可以實現(xiàn)“與門”功能。滿足a · Uct彡U分壓く b · Uct吋，分壓器回路運行正常，U4A和U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓く a · Uct或U分壓〉b · Uct吋，分壓器回路運行異常，U4A和U4B相連的輸出端輸出低電平報警；其中，a和b為預設的誤差系數(shù)，a < b，并且該誤差系數(shù)a和b的大小可以通過調節(jié)比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。本發(fā)明提供的一種串補火花間隙分壓器回路在線監(jiān)測方法，如圖4所示為該方法的流程圖，由圖4可知，該方法包括如下步驟步驟SI，均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)電容C，在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號。步驟S2，取樣電壓輸入模塊將電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U分壓，串補電流輸入模塊將串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uci。其中，取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換芯片A，串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B。具體的，取樣電壓輸入模塊將電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號具體為U1B和U2B將電容C兩端電壓進行放大調理，有效值轉換芯片A將放大調理后的信號
轉換成U分壓。
串補電流輸入模塊將串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uct具體為U2A將串聯(lián)電容器的電流信號放大調理成電壓信號，有效值轉換芯片B將放大調理后的信號轉換成Ucr。步驟S3，比較模塊通過比較U—和Uct來在線監(jiān)測串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)。其中，比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B。具體的，比較模塊通過比較&^；和Uct來在線監(jiān)測串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)的方法流程如圖5所示，由圖5可知，該方法包括
步驟S301，U3A將U分壓和Uct做差分，U3B將U分壓做反相；步驟S302，U4A將U分壓和U3B的輸出做比較并輸出，U4B將U分壓和U3A的輸出做比較并輸出，U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a · Uct≤U分壓く b · Uct時，分壓器回路運行正常，U4A和U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足Umく a · Uct或b · Uct吋，分壓器回路運行異常，U4A和U4B相連的輸出端輸出低電平報警。其中，a和b為預設的誤差系數(shù)，a≤b，誤差系數(shù)a和b的大小可以通過調節(jié)比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。U4A和U4B為OC門結構，U4A和U4B輸出相連后可以實現(xiàn)“與門”功能。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種串補火花間隙分壓器回路的在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述串補火花間隙分 壓器回路包括均壓環(huán)節(jié)和電壓取樣環(huán)節(jié)；所述電壓取樣環(huán)節(jié)包括與所述均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)的電 容C;所述在線監(jiān)測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U分壓；所述串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號II UCT ,所述比較模塊通過比較所述和所述UCT來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分壓器回路 的運行狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述在線監(jiān)測電路的串補電 流輸入模塊通過在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得串聯(lián)電容器的電流信號。
3.如權利要求1所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述均壓環(huán)節(jié)包括串聯(lián)的電 容Cl、C2、C3和C4 ;所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換 芯片A ；所述U1B和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換芯片A將所述 放大調理后的信號轉換成Ujjj。
4.如權利要求1所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述串補電流輸入模塊包括 一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B ;所述U2A將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大 調理成電壓信號，所述有效值轉換芯片B將所述放大調理后的信號轉換成UCT。
5.如權利要求1所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述比較模塊包括兩個運算 放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述U3A將所述和所述UCT做差分；所述U3B將所述做反相；所述U4A將所述U3B的輸出和所述做比較并輸出；所述U4B將所述U3A的輸出和所述做比較并輸出。
6.如權利要求5所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述U4A和所述U4B為0C門 結構，輸出端相連接；滿足a *UCT ( U分壓< b *UCT時，所述分壓器回路運行正常，所述U4A和所述U4B相連的 輸出端輸出高電平；滿足U分壓< a *UCT或U分壓> b *UCT時，所述分壓器回路運行異常，所述U4A和所述U4B 相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差系數(shù)，a < b。
7.如權利要求6所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述誤差系數(shù)a和b的大小可 以通過調節(jié)所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。
8.—種串補火花間隙分壓器回路的在線監(jiān)測方法，包括如權利要求1-7任一項所述的 在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述方法包括步驟S1，均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)電容C，在取能用電流互感器二次回路中串入一個測量CT獲得 串聯(lián)電容器的電流信號；步驟S2，取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U分壓’ 串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號Uct ；步驟S3，所述比較模塊通過比較所述U—和所述Uct來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分 壓器回路的運行狀態(tài)。
9.如權利要求8所述的一種在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述取樣電壓輸入模塊包括兩級運算放大電路U1B、U2B和有效值轉換芯片A ；所述步驟2中取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U 分壓具體為所述UlB和U2B將所述電容C兩端電壓進行放大調理，所述有效值轉換芯片A將 所述放大調理后的信號轉換成U分壓。
10.如權利要求8所述的一種在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述串補電流輸入模塊包括一級運算放大電路U2A和有效值轉換芯片B ；所述步驟2中串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電 壓信號Uct具體為所述U2A將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大調理成電壓信號，所述有效 值轉換芯片B將所述放大調理后的信號轉換成Uci。
11.如權利要求8所述的一種在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述比較模塊包括兩個運算放大器U3A、U3B和兩個比較器U4A、U4B ；所述步驟S3中比較模塊通過比較所述U_和所述Uct來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分 壓器回路的運行狀態(tài)具體包括步驟S301，所述U3A將所述U纟和所述Uct做差分，所述U3B將所述U纟做反相；步驟S302，所述U4A將所述Ujffi和所述U3B的輸出做比較并輸出，所述U4B將所述U分 和所述U3A的輸出做比較并輸出，所述U4A和U4B的輸出端相連接；步驟S303，滿足a ·υετ ( U分壓< b · Uct時,所述分壓器回路運行正常,所述U4A和所述 U4B相連的輸出端輸出高電平；滿足U分壓< a · Uct或U分壓> b *UCT時，所述分壓器回路運行異常，所述U4A和所述U4B 相連的輸出端輸出低電平報警；其中，所述a和b為預設的誤差系數(shù)，a^b0
12.如權利要求11所述的一種在線監(jiān)測電路，其特征在于，所述U4A和所述U4B為OC 門結構，所述誤差系數(shù)a和b的大小可以通過調節(jié)所述比較器U4A和U4B的電阻值來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種串補火花間隙分壓器回路的在線監(jiān)測電路和方法，所述串補火花間隙分壓器回路包括均壓環(huán)節(jié)和電壓取樣環(huán)節(jié)；所述電壓取樣環(huán)節(jié)包括與所述均壓環(huán)節(jié)串聯(lián)的電容C；所述在線監(jiān)測電路包括取樣電壓輸入模塊、串補電流輸入模塊和比較模塊；所述取樣電壓輸入模塊將所述電容C兩端電壓放大后轉換成直流電壓信號U分壓；所述串補電流輸入模塊將所述串聯(lián)電容器的電流信號放大后轉換成直流電壓信號UCT；所述比較模塊通過比較所述U分壓和所述UCT來在線監(jiān)測所述串補火花間隙分壓器回路的運行狀態(tài)。使運行人員能及時掌握分壓器回路的工作情況，避免不必要的擔心，確保線路故障時火花間隙的可靠觸發(fā)點火，大大提高了火花間隙工作可靠性。
文檔編號G01R19/165GK102662115SQ201210138918
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權日2012年5月7日
發(fā)明者余輝, 李國富, 李志遠, 李永亮 申請人:中國電力科學研究院