专利名称：电网消谐装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种保护装置，特别是能对6～60KV电网的铁磁谐振进行检测、消除和记录的电网消谐装置。
背景技术：
3～60KV电网皆为中性点不直接接地系统，其架空线(或电缆)对地电容和电压互感器的电感组成一个谐振电路。正常运行时，电压互感器未饱和，感抗很大，不可能引起谐振。当电网受到某种因素激励，使电压互感器饱和，感抗急剧下降，能引起电网谐振，因感抗是有铁芯的，铁磁谐振有自保持功能，将引起过电压及电压互感器过电流，使电网发生事故。
目前，消除谐振的方法是在电网中接入阻尼电阻，破坏谐振参数。如中国实用新型专利公开了申请号为93220495.5的一种电压互感器消谐器；申请号为99219542.X的配电网消谐防雷装置；申请号为00221482.2的超小型消谐电阻器；申请号为01262919.7的微机消弧、消谐、选线综合装置等都是将一非线性电阻串接在电压互感器中性点(或母线)与地之间。这种接法改变了电网的一次接线，使电压互感器中性点不直接接地，因而也会带来一定的付作用，如相电压发生偏差。上述装置都没有故障和动作记录功能，发生故障后难以进行分析。
二次消谐是用微机检测电网是否发生谐振，如发现电网发生谐振，从电压互感器开口三角形接入的阻尼电阻将会产生阻性电流，该电流通过磁耦合反应到电压互感器一次侧，从而破坏谐振回路的品质因素，使谐振停止。目前国内生产的二次消谐装置的缺点是消谐频带窄、动作可靠性低、不能记录或记录、显示的数据太少等。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种抗干扰能力强、动作可靠、消谐频带宽、记录完整的电网消谐装置。
本实用新型的目的是这样实现的一种电网消谐装置，包括采样电路、单片机、消谐执行电路，其特征在于电网消谐装置采用二个相互连接互通信息的单片机CPU1、CPU2，二个单片机的输入端与采样电路相连接，一个单片机的输出与消谐执行电路相连接，另一个单片机的输出与记录、显示电路相连接。
所述的采样电路是由频率采样电路和电压采样电路两部分组成，电压采样电路的半波整流电路输出与电阻分压器相连接，三个电压比较器A1、A2、A3的一输入端与电阻分压器连接，电压比较器A1、A2、A3的输出端分别经单稳电路DW1、DW2、DW3与二个单片机的输入端相连接，由此构成具有三路输出的电压采样电路；频率采样电路是由电阻分压器和一输入端与电阻分压器相连接，输出端与二个单片机输入口相连接的电压比较器A4构成。
还包括一条为单片机提供交流电压信号的输入电路，它由电阻分压器和与其连接的A/D转换器组成，A/D转换器的输出端与一单片机CPU2相连接。
本装置的电压采样电路的输入端和执行电路的继电器都是联接在电压互感器的开口三角形上。电网正常运行，三相负荷平衡时，开口三角形的电压输出接近于零。当电网发生接地或谐振时，开口三角形有电压输出，通过检测开口三角形电压幅值和频率的变化，来判断电网是否发生谐振或接地。如果发生谐振，则通过执行电路将阻尼电阻接到电压互感器上，进行消除谐振。本装置的判据标准与目前电力系统通用的判据标准相同。
本实用新型采用了二个互通信息且同时接受电压采样电路信号的单片机CPU的好处是1、只有二个单片机判断都判断电网发生谐振时，才能进行消谐操作，这样即使在干拢情况下，误动率接近于零，因此该装置的动作可靠，抗干拢能力强；2、不会发生通讯间断，二个单片机可以保证对电网的检测和通讯都能不间断的进行，数据记录完整。而使用一个单片机，在进行通讯时，不能同时对电网进行检测与判据，如要对电网不间断的进行检测和判据，通讯将发生中断。3、增加了输入、输出端口，可以连接较多的外围电路和芯片。
本实用新型还设置了一条为单片机提供交流电压信号输入电路，该信号作为记录的电压参数，同时还作为谐振判据时的校对量值，即使从电压采样电路上得出发生谐振的结论，还要再校对输入电路是否有电压信号输出至单片机，如果没有一定的电压值，可以认定，发生谐振的判据是干拢的结果，消谐执行电路不会动作，进一步提高了该装置的可靠性。
由此可以得出本实用新型具有抗干扰能力强、动作可靠、消谐频带宽、记录完整、功能齐全的优点。
附图为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
结合附图作进一步说明电压采样电路的信号输入端D1和D2是半波整流器，经半波整流后的半波电压经过电阻R3～R6组成的分压器后，其输出点A、B、C分别与电压比较器A1、A2、A3的输入(-)端相连接，输入(+)端接基准电源，电压比较器的输出分别经单稳电路DW1、DW2、DW3与二个单片机的输入端IN1、IN2、IN3相连接。分压器的输出点A、B、C上半波电压的峰值分别是Ua、Ub和Uc，它们之间的关系是信号输入＝20V时A点半波电压峰值Ua＝Uf(门限电压)信号输入＝30V时B点半波电压峰值Ub＝Uf(门限电压)信号输入＝150V时 C点半波电压峰值Uc＝Uf(门限电压)当Ua＞Uf时，电压比较器A1的输出是方波，从而触发单稳DW1。如方波的周期小于单稳DW1的周期，单稳DW1将持续保持暂态。我们整定的单稳周期应稍大于信号的周期。单稳DW1的周期为220ms(稍大于5Hz的周期220ms)，单稳DW2的周期为65ms(稍大于1/3分频16.7Hz的周期60ms)，单稳DW3的周期为22ms(稍大于50Hz的周期20ms)。如果单稳不能持续的保持暂态，说明信号波形发生间断，本次采样信号无效。
频率采样电路的电压比较器A4的输入(+)端接在电阻分压器R1、R2的接点上，即接在交流电压上，A4的输入(-)端接地，所以当(+)端的输入为正弦波时，输出端将是方波，方波周期和正弦波的周期相同。A4的输出端接在CPU的中断1(INT1)上，利用方波的下降沿触发单片机中断。单片机的程序再测量二个中断的间隔时间(也就是方波的周期)就能计算出信号的频率。
单片机CPU1的外围电路有1、指示灯驱动电路可以驱动10个指示灯，指示灯用来指示发生谐振的频率和电网接地状态；2、消谐执行电路包括固体继电器(J)和光电耦合(3081)。CPU1的out端口通过光电耦合(3081)驱动固体继电器闭合或断开。单片机CPU2有以下的外围电路和芯片1、交流电压信号输入电路，它由电阻分压器R1、R2和与其连接的A/D转换器AD636组成，A/D转换器的输入端连接在两电阻的接点上，输出端与一单片机CPU2相连接，该电路用来测量交流电压；2、存储器(EEPROM)存储电网发生谐振和接地的各项参数；3、时钟芯片(MC146818)提供发生谐振和接地的时间；4、按钮、液晶显示屏(MGLS12864)液晶显示屏可以显示四行汉字。正常运行时用来显示时间、谐振、接地累计次数。需要调出存储器内历次谐振(接地)记录时，通过按钮可以调出任何一次的谐振(接地)记录在液晶显示屏上显示；5、通讯接口(MAX487、MAX232)提供RS-485或RS-232串行通讯口，可以向电力调度报告发生故障的参数。
装置投入运行后，不断地对电压互感器开口三角形的电压和频率进行检测，当电压超过20V时，Ua＞Uf，电压比较器A1的输出由正电位变成方波，方波的下降沿触发CPU1和CPU2的中断端口，引起CPU中断，启动判据和消谐程序。
我们要求信号电压必须连续五个周波方为有效。当CPU发生中断后，程序开始对中断计数，一个周波中断一次，计数也加一。在五个周期内如DW1都能保持暂态，说明信号电压高于20V，频率高于5Hz，符合低分频判据标准，认定电网发生低分频谐振。如果五个周期内DW2都能保持暂态，说明信号电压高于30V，频率高于17Hz，符合分频判据标准。如果五个周期内DW3都能保持暂态，说明信号电压高于150V，频率高于50Hz，符合基频和高频判据标准。
CPU1对电压判据结束后，检查一下INT1端口测量的频率是否相符合，如果相符合，CPU1判据工作结束，等待CPU2的判据结论。
当CPU1进行判据的同时，CPU2也进行同样的工作，正常情况下会得出相同的判据结论。CPU2还要与AD转换(AD636)提供的电压值校对后，才做出‘发生谐振’的判断，并从3#联络线通知CPU1。CPU1接到CPU2 ‘发生谐振’的通知后，确认电网发生谐振，从out输出口发出闭合固体继电器J的指令，通过光电耦合(3081)使固体继电器(J)闭合。固体继电器(J)的触点闭合，将阻尼电阻Rz接入电压互感器开口三角形，引起很大的电阻电流，破坏了电网发生谐振的参数，使电网的谐振停止。固体继电器(J)的闭合时间是谐振频率的四个周期，四个周期后，固体继电器断开，恢复电网原来接线状态。
从以上的动作过程可知，本装置只在发生谐振后消谐的四个周期内改变电网的结线，所以对电网的正常运行不会造成影响。
CPU1进行消谐操作后，将驱动相应的指示灯LED发亮，并通过1#线通知CPU2‘已经进行消谐’CPU2接到‘已经进行消谐’通知后，将本次谐振参数记录到存储器中(谐振累计次数、开口三角形电压、频率、发生谐振时间)。
当CPU1判断电网发生接地时，CPU1驱动接地灯亮，并通过2#线通知CPU2‘电网接地’，CPU2接到‘电网接地’通知并进行核对后，在液晶屏幕上显示接地开始时间、接地时开口三角形电压。待接地结束时，将接地参数记入存储器(接地累计次数、开口三角形电压、接地开始时间、接地结束时间)。
本装置的通讯是按照电力行业标准IEC 60870-5-103规约设计程序。为主从制，当上位机问讯时，本装置将发生故障的参数向上位机报告。在通讯期间CPU2通过4#线通知CPU1‘正在通讯’。在通讯期间CPU1发现电网发生谐振，将不等接到CPU2‘发生谐振’的通知，即进行消谐操作。
权利要求1.一种电网消谐装置，包括采样电路、单片机、消谐执行电路，其特征在于电网消谐装置采用二个相互连接互通信息的单片机CPU1、CPU2，二个单片机的输入端与采样电路相连接，一个单片机的输出与消谐执行电路相连接，另一个单片机的输出与记录、显示电路相连接。
2.根据权利要求1所述的电网消谐装置，其特征在于所述的采样电路是由频率采样电路和电压采样电路两部分组成，电压采样电路的半波整流电路输出与电阻分压器相连接，三个电压比较器A1、A2、A3的一输入端与电阻分压器连接，电压比较器A1、A2、A3的输出端分别经单稳电路DW1、DW2、DW3与二个单片机的输入端相连接，由此构成具有三路输出的电压采样电路；频率采样电路是由电阻分压器和一输入端与电阻分压器相连接，输出端与二个单片机输入口相连接的电压比较器A4构成。
3.根据权利要求1所述的电网消谐装置，其特征在于还包括一条为单片机提供交流电压信号的输入电路，它由电阻分压器和与其连接的A/D转换器组成，A/D转换器的输出端与一单片机CPU2相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种电网消谐装置，包括采样电路、单片机、消谐执行电路，其特征在于电网消谐装置采用二个相互连接互通信息的单片机CPU1、CPU2，二个单片机的输入端与采样电路相连接，一个单片机的输出与消谐执行电路相连接，另一个单片机的输出与记录、显示电路相连接。本实用新型的特点是抗干扰能力强、动作可靠、消谐频带宽、记录完整、功能齐全。
文档编号H02H9/08GK2612138SQ03212289
公开日2004年4月14日 申请日期2003年3月29日 优先权日2003年3月29日
发明者王敦强, 王刚 申请人:王敦强