换流站交直流电容器塔不平衡电流配平装置的制作方法

本发明涉及一种换流站交直流电容器塔不平衡电流配平装置。

背景技术：

目前在±800kv灵绍直流工程灵州换流站，交流侧在国内首次采用750kv系统直接接入交流滤波器(或并联电容器)，直流采用±800kv直流滤波器；电容器投运前及现场运行过程中故障跳闸检修后，需要对电容器塔进行不平衡电流检测，确保不平衡电流在极小的范围内，即所谓的桥臂配平，电容器在设备出厂前配平，是在比较理想情况下(单只电容值测试精度高)，理论计算配平，较为准确。但实际运行过程中，由于故障损坏或运行老化，单只电容器测试存在较大误差，单纯采用理论计算进行桥臂配平不准确，往往存在较大误差。通常在实际现场，采用理论计算与试验相结合的方法进行不平衡电流测试调整，其中不平衡电流测试较简单，关键是在实际现场进行单只合格电容器在桥臂之间的相互调整，使不平衡电流达到理想的最优，现场解决该问题的传统方法完全采用人为根据情况进行估算的方法，费时、费力且无法达到最理想化的最小值。

特别是有些时候，检修人员更换故障电容器投入运行后，发现不平衡电流值常常还是会很大(或者说不是一种最优的组合)，但实际每一只电容器可能均未超标，这时就需要检修人员进行电容器塔桥臂配平工作。在实际工作中，电容器配平工作量很大，主要是依靠检修人员工作经验和不平衡电流变化趋势来调整电容器位置，这种检修方法，不仅工作繁琐，而且具有不确定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种换流站交直流电容器塔不平衡电流配平装置，能够提高试验效率，真正实现了电容器不平衡电流调整的高效化、自动化和智能化。

一种换流站交直流电容器塔不平衡电流配平装置，其特别之处在于：包括微控制器，该微控制器通过不平衡电流测量电路与第一探头连接，该微控制器还通过电容测量电路与第二探头连接，该微控制器还与正弦信号发生电路连接，从而产生正弦波信号然后经功率放大后施加在电容器塔的桥臂两端。

其中不平衡电流测量电路包括依次连接的差分放大电路、滤波器和有效值转换电路。

其中电容测量电路采用产生方波的多谐振荡器电路。

其中正弦信号发生电路由依次连接的波形发生器和后级放大电路组成。

其中微控制器还分别与无线通信模块和人机界面连接。

采用本发明的装置后，一次调整即可满足要求，大大减少了检修人员的工作量，提高试验效率，真正实现了电容器不平衡电流调整的高效化、自动化和智能化。本发明装置是一种融合了数据测试，记录、试验、给出最优的调整策略于一体的便携式仪器，减少检修工作量，提高试验效率，保障直流输电工程的运行安全。

附图说明

附图1为本发明的逻辑原理框图；

附图2为本发明中不平衡电流测量电路的逻辑原理框图；

附图3为本发明中电容测量电路的原理图；

附图4为本发明中正弦信号发生电路的原理图；

附图5为本发明的配平方法流程图；

附图6为本发明装置与电容器塔接线原理图。

具体实施方式

如图1至6所示，本发明提供了一种换流站交直流电容器塔不平衡电流配平装置，包括微控制器，该微控制器通过不平衡电流测量电路与第一探头连接从而采集电容器塔桥臂中间节点的不平衡电流，该微控制器还通过电容测量电路与第二探头连接从而得到振荡电路产生的方波信号，该微控制器还与正弦信号发生电路连接从而产生1khz的正弦波信号，经功率放大至36v有效值电压，通过输出接口施加在电容器塔的桥臂两端。该信号为外施电压信号，加在电容器塔两端，当电容器塔桥臂不平衡时，即可产生不平衡电流。如图6所示，第一探头接在1和2两点，第二探头接在5和6两点，正弦信号发生电路的输出接在3和4两点。

其中不平衡电流测量电路包括依次连接的差分放大电路、滤波器和有效值转换电路(将交流信号转成直流信号)。其中电容测量电路采用产生方波的多谐振荡器电路。其中正弦信号发生电路由依次连接的波形发生器和后级放大电路组成。另外微控制器还分别与无线通信模块和人机界面连接。

本发明提出一种全新的交直流电容塔不平衡电流配平装置，基本思路是将现场实测与理论计算相结合，以不平衡电流最小为目标函数，软件采用优化算法自动计算出电容器调整方案，根据此方案手动调换电容器位置，一次调整即可满足要求，大大减少了检修人员的工作量。

测量装置硬件系统框图如附图1所示，电容测量电路将测得电容容值数据送至单片机处理并通过wifi模块发送至上位机软件；单片机可通过读写命令，控制正弦信号发生电路产生1khz的正弦波信号，经功率放大至36v有效值电压，通过输出接口加载在电容器塔的桥臂两端，电容桥臂产生的不平衡电流由bnc探头引入到测量电路，经高通滤波器对工频干扰信号进行衰减，将测量的不平衡电流进行有效值转换，利用单片机内部自带的12位ad转换器将测量到的不平衡电流值进行转换，数据的存储、计算后将不平衡电流及不平衡电流用彩屏显示出来。上位机将电容器塔每个桥臂的电容值与实测的不平衡电流相结合，采用智能寻优算法，以不平衡电流最小为目标函数，给出最佳的电容调整方案。

不平衡电流测量电路：在电容器塔两端加高频交流电压时，电容器塔桥臂中间节点的不平衡电流一般在微安级，所以需要高精密的差分放大器获取桥臂两端的电压，且差分放大器的共模抑制比高，输入阻抗大，对桥臂两端不会产生影响，实现较好的阻抗匹配。从差分放大器输出的信号经滤波器滤除工频干扰之后，再进行有效值转换，原理框图如附图2所示。

电容测量电路：电容值测量的方案采用了如图3中555定时器产生方波的多谐振荡器电路，将被测电容接入该测量电路中，定时器3脚输出高电平且电源同时通过r3和r4向被测电容充电，当电容上的电压达到了定时器6脚的阀值电压即2/3倍电源电压时，定时器7脚将进行放电，3脚输出低电平，当电容的电压降至定时器6脚阀门电压即电源电压的1/3倍时，3脚又翻转为高电平，同时电源又经r3和r4向电容充放电，周而复始进行振荡。硬件实现电路图如附图3所示。

正弦信号发生电路：波形发生采用数字dds芯片ml2036s，内部集成了spi接口，单片机通过spi通信方式读写ml2036s寄存器，可以对其输出信号进行波形、频率、相位参数在线可编程。外部的12mhz晶振，为dds芯片产生固定12mhz的高频基准信号。输出信号经运放op07组成同向比例增益可调放大电路，图中r7、r8及rp电位器构成电压负反馈结构，电位器rp主要用于调节输出电压的幅度。硬件实现电路图如附图4所示。

本发明装置可用于换流站电容器塔桥臂平衡调整，可以达到以下功能：具备对电容器塔单只电容器的容值测量功能，自动给出单只电容器电容值，并自动记录；在进行不平衡电流测试时，可选用不同频率的信号源进行试验信号注入，减少现场干扰；对交直流电容器塔进行不平衡测试，自动输出实测不平衡电流；自动给出调整方式(即最优的电容器调整方案)。将现场实测与理论计算相结合，自动给出电容器塔不平衡电流最小的调整方案，一次调整即可满足要求，提高检修效率，减少换流站停运时间。

本发明的使用方法和工作原理是：

如图5所示，首先测量每一只电容器的电容值，整个电容器塔测完后生成一个数据文件，软件根据优化算法调整电容器位置，利用不平衡电流计算公式，计算出不平衡电流的理论值，如果该值小于不平衡电流报警值，则输出调整方案。检修人员根据调整方案交换电容器位置，然后再实测不平衡电流值，如果实测值满足要求，则调整结束。

传统的测试方法采用调压器加400v工频电压于电容器塔，本发明采用36v高频电压测试不平衡电流，既提高了测试安全性，而且大大减小了工频磁场对测试结果的影响，大大提高测试精度。电容器塔不平衡电流配平的传统方法完全采用人为估算的方法，配平过程需要反复进行，费时、费力且无法达到最理想化的最小值。本发明一次调整即可达到最小不平衡电流，大大减少了换流站停运时间。