专利名称：三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，可作为一种自动跟踪消弧线圈补偿系统接入配电网，用以补偿配电网发生单相接地时流经接地点的接地电容电流，起到降低接地点故障电流从而消除接地弧光，保护配网设备。属于电气设备技术领域，背景技术国内目前常见的自动跟踪消弧线圈补偿系统，通常包括接地变压器、可控消弧线圈、辅助调节部分和控制器部分。例如中国专利公报公开一种发明专利申请，其名称为“自动跟踪补偿消弧装置”、专利申请号为“申请号91107531.3”，其结构特点是由接地变压器、消弧电抗器和控制系统组成，控制系统由接地电阻、移相器、整流滤波电路、单稳态触发电路和执行回路等连接而成。该发明的工作原理是在人为产生的零序电压源作用下，消弧电抗器与串接的电阻，以及三相对地电容产生串联谐振，控制系统根据对串联谐振回路零序电压和零序电流相位比较，调整电抗器的电感值，从而实现补偿效果。该发明具有如下缺点(1)由于接地变压器和可控消弧线圈为高压电气设备，且为两个独立制作部分，因此导致成套补偿系统占地大、成本高。(2)由于控制系统由分立电路构成，因此，电气原件多、电路结构复杂，性能不可靠。
发明内容
本发明需要解决的技术问题，即本发明的目的，是为了克服现有自动跟踪消弧线圈补偿系统体积大、电路结构复杂的缺点，提供一种三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统。
本发明的技术问题可以采用如下技术方案解决三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其结构特点是包括三芯五柱变压器、可控感性电流发生器、电流检测单元和控制器；三芯五柱变压器的三相绕组分别绕在三个铁芯柱上，每相绕组包括一个一次绕组和若干个二次绕组，一次绕组接入电网主回路的A、B、C三相，二次绕组连接成开口三角形接法后与感性电流发生器连接或连接成曲折形接法后提供站用交流电源；感性电流发生器的控制输入端连接控制器的输出端；电流检测单元设置在变压器的一次绕组接地端，其信号输出端连接控制器的检测信号输入端。
由变压器原理可知，三芯五柱变压器的三相绕组分别绕在三个铁芯柱上，另两个铁芯柱用于提供系统发生单相接地时流经变压器的零序磁通回路。当配网三相电压完全对称时，三芯五柱变压器每个低压二次绕组开口三角端(Lm，Nm)电压接近于0V，亦即施加在每个感性电流发生器上的电压很小，因此三芯五柱变压器一次绕组A、B、C相电流很小。当配电网发生单相接地后，由于三相对地电压的不平衡，导致每个二次绕组端(Lm，Nm)产生零序电压，其端电压的高低随接地阻抗的不同而不同，因此感性电流发生器3上得到电压，通过控制部分5的控制可使每个感性电流发生器产生感性电流I1，I2，....In，且各二次感性电流相位基本相同，按照变压器磁通补偿原理，因此三芯五柱变压器2一次各相绕组电流为IA＝IB＝IC＝(I1*W1+I2*W2+....+In*Wn)/W0，电流的大小和相位相同，因此流经接地故障点的感性电流为IL＝IA+IB+IC＝3*(I1*W1+I2*W2+....+In*Wn)/W0。由于各感性电流发生器的感性电流可在0A至In安培之间任意调节，因此通过控制部分5对感性电流发生器组3进行调节，可使得IL数值接近配网发生单相接地前线路对地电容电流数值的大小，则可使由三芯五柱变压器产生的可控零序感性电流与线路对地电容电流相抵消，从而显著降低接地残流，达到消除接地弧光从而保护配网设备的目的。
通过CPU控制系统对感性电流发生器的控制可调节变压器一次零序感性电流的大小，一次零序感性电流的大小可通过电流检测单元和控制部分进行检测和精确调节。
本发明的技术问题还可通过采取如下措施解决所述三芯五柱变压器每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，n＝1～100，每个低压绕组的a、b、c三相按照匝数相同的绕组首尾相接形成开口三角接法，开口三角端Lm、Nm连接对应的可控感性电流发生器m，其中n＝1～100，m＝1～n。
所述三芯五柱变压器每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，n＝1～100，其中一个低压绕组的a、b、c三相由曲折形接法构成提供站用交流配电电源。
所述可控感性电流发生器由N组可控电感负载支路组成，n＝1～100，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控开关Km(m＝1，2，....N)构成，可控开关Km由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关构成。
各支路电抗器Xm(m＝1，2，....N)的数值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。
所述电流检测单元为常规高压电流检测器，它帮助控制部分检测可调感性电流输出Io，为控制部分精确控制输出感性电流提供依据。
所述控制器由单片机及电力电子开关导通控制回路构成，所述单片机的输入端连接电流检测单元的信号输出端、信号输出端连接电力电子开关导通控制回路的输入端，电力电子开关导通控制回路的输出端连接可控感性电流发生器的控制端；或是采用常用的脉冲变压器耦合型式进行电气隔离，脉冲变压器输出与电力电子开关控制极相连进行开关控制。
还包括谐波滤波器，所述谐波滤波器由电感、电容串联而成。
本发明的有益效果是1、调节范围宽，最小起调电流可达0A，并可连续调至额定感性电流，调节时无级差，可均匀线性调节。
2、由于采用电力电子开关功率器件，开通与关断时间均为微秒级，因此调节速度极快。
3、由于摒弃了传统自动跟踪消弧线圈采用接地变压器引出系统中性点和消弧线圈调节感性电流的两种高压设备互联的方式，而代之以三芯五柱式变压器形成零序电压再辅以低压感性电流控制设备，可显著减小占地面积(达30％)和降低成套系统成本。
4、三芯五柱式变压器为常规设计，无任何特殊工艺过程，当采用电力电子开关时成套系统不存在任何机械操作与控制部分，因此可靠性高，运行维护简单。
图1是本发明的电路结构框图。
图2是本发明实施例1的电气原理图。
图3是本发明其中一个实施例的感性电流发生器电气原理图。
图4是本发明实施例的滤波电路的电气原理图。
图5是本发明实施例的控制器的电气原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
图1、图2和图5构成本发明的实施例1。
从图1可看出，本实施例包括三芯五柱变压器2、n组可控感性电流发生器3(n取值范围1～100，下同)、电流检测单元4、控制部分5及谐波滤波电路6，三芯五柱变压器2通过三相断路器1接入配电网系统母线A、B、C三相。三芯五柱变压器2每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，每个低压绕组的a、b、c三相按照匝数相同的绕组首尾相接形成开口三角接法，开口三角端Lm及Nm联结对应的可控感性电流发生器，其中n＝1～100，m＝1～n。
从图2可知，本发明中感性电流发生器3各单元的具体实现原理如下由N组可控电感负载支路组成(N取值范围1～100，下同)。每一组可控电感负载支路由电抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控开关Km(m＝1，2，....N)构成，各支路电抗器Xm(m＝1，2，....N)的数值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。可控开关Km可由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关等构成。对每一支路而言，当改变电抗器所串接的开关的导通状态，便可改变该支路的电流输出，如采用可控电力电子开关，则该支路电流可在0至Uk/Xm(m＝1，2，....n)之间任意快速调节，由于每支路电流均可连续快速调节，因此总电流I1＝(I’1+I’2+...+I’n)便可根据所需的变压器一次感性电流通过适当控制各开关的导通状态来实现。一般的控制方式可以是根据所需一次电流完全导通部分开关，而保持其中的一个处于导通角度可调节状态，这样可减少一次回路的谐波含量。
以电压等级为10kV、额定输出感性电流为80A为例，说明本发明当所需一次零序总电流范围为0～26.7A时，可只调节其中一个电力电子开关如K1的导通角度，当所需一次零序总电流范围为26.7A～53.4A时，可完全导通其中一个开关如K1而仅调节一个开关如K2的导通角度，当所需一次零序总电流范围为53.4A～80A时可完全导通其中两个开关如K1、K2，而仅保持开关K3的导通角度可调。在这种情况下即使不采取任何滤波措施，3次谐波也会非常小。
本实施例中，电力电子开关导通控制回路，其输出通过采用光电耦合与电力电子开关控制极相连并进行控制。
本发明所提供的自动跟踪消弧线圈补偿系统，只需要一个三芯五柱式消弧变压器，配以适当的低压控制部分，便可构成一套电流调节范围极宽、调节速度快的可控消弧系统。
图1、图3、图4和图5可构成本发明的实施例2。
如图3可知当支路数较少或对谐波要求较高时，可在某一支路如图示位置接入谐波滤波器6。如图4可知，谐波滤波器6由常见电感、电容元件串连构成。如图5可知，所述控制器5由单片机及电力电子开关导通控制回路构成，所述单片机的输入端连接电流检测单元4的信号输出端、信号输出端连接电力电子开关导通控制回路的输入端，电力电子开关导通控制回路的输出端连接可控感性电流发生器3的控制端；或是采用常用的脉冲变压器耦合型式进行电气隔离，脉冲变压器输出与电力电子开关控制极相连进行开关控制。
本发明其他实施例的特点是所述三芯五柱变压器2每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，所述三芯五柱变压器2每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，n＝1～100，其中一个低压绕组的a、b、c三相由曲折形接法构成提供站用交流配电电源。可控开关Km由可控硅或可控硅和真空开关构成，其中m＝1～n。其余同实施例1或实施例2。
权利要求
1.三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是包括三芯五柱变压器(2)、可控感性电流发生器(3)、电流检测单元(4)和控制器(5)；三芯五柱变压器(2)的三相绕组分别绕在三个铁芯柱上，每相绕组包括一个一次绕组和若干个二次绕组，一次绕组接入电网主回路的A、B、C三相，二次绕组连接成开口三角形接法后与感性电流发生器(3)连接或接成曲折形接法提供站用交流电源；感性电流发生器(3)的控制输入端连接控制器(5)的输出端；电流检测单元(4)设置在变压器(2)的一次绕组接地端，其信号输出端连接控制器(5)的检测信号输入端。
2.根据权利要求1所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是三芯五柱变压器(2)每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，每个低压绕组的a、b、c三相按照匝数相同的绕组首尾相接形成开口三角接法，开口三角端Lm、Nm连接对应的可控感性电流发生器m，其中n＝1～100，m＝1～n。
3.根据权利要求1所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是三芯五柱变压器(2)每相由一个高压绕组和n个低压绕组构成，每个低压绕组的a、b、c三相相接形成曲折形接法提供站用交流低压电源(n＝1～100)。
4.根据权利要求1所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是所述可控感性电流发生器(3)由N组可控电感负载支路组成，n＝1～100，每一组可控电感负载支路由电抗器Xm(m＝1，2，....N)及可控开关Km(m＝1，2，....N)构成，可控开关Km由可控硅SCR、IGBT、GTO、IGCT或真空开关构成。
5.根据权利要求4所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是各支路电抗器Xm(m＝1，2，....N)的数值可按等比、等值分配或采取其他分配型式。
6.根据权利要求1所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是所述电流检测单元(4)为常规电流检测器，它帮助控制部分(5)检测可调感性电流输出Io，为控制部分精确控制输出感性电流提供依据。
7.根据权利要求1所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是所述控制器(5)由单片机及电力电子开关导通控制回路构成，所述单片机的输入端连接电流检测单元(4)的信号输出端、信号输出端连接电力电子开关导通控制回路的输入端，电力电子开关导通控制回路的输出端连接可控感性电流发生器(3)的控制端；或是采用常用的脉冲变压器耦合型式进行电气隔离，脉冲变压器输出与电力电子开关控制极相连进行开关控制。
8.根据权利要求1至7所述三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其特征是还包括谐波滤波器(6)，所述谐波滤波器(6)由电感、电容串联而成。
全文摘要
本发明涉及一种三芯五柱式接地电流自动跟踪补偿系统，其结构特点是包括三芯五柱变压器2、可控感性电流发生器3、电流检测单元4和控制器5；三芯五柱变压器2的三相绕组分别绕在三个铁芯柱上，每相绕组包括一个一次绕组和若干个二次绕组，一次绕组接入电网主回路的A、B、C三相，二次绕组连接成开口三角形接法后与感性电流发生器3连接或接成曲折形接法后提供站用交流低压电源；感性电流发生器3的控制输入端连接控制器5的输出端；电流检测单元4设置在变压器2的一次绕组接地端。本发明可作为一种自动跟踪消弧线圈补偿系统接入配电网，用以补偿配电网发生单相接地时流经接地点的接地电容电流，起到降低接地点故障电流从而消除接地弧光，保护配网设备。
文档编号H02H9/00GK1705180SQ20041002733
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者姜新宇, 陆国庆, 师冬霞 申请人:广州智光电气有限公司