专利名称：串补火花间隙分压器回路的在线监测电路和方法
技术领域：
本发明涉及电子或电カ技术领域，具体涉及ー种串补火花间隙分压器回路在线监测电路和方法。
背景技术：
在现有线路上加装串联电容器补偿(简称串补)装置，能有效缩短线路的电气距离，同时对土地资源的占用极小，它还是提高输电线路输送能力的经济而且有效的技术手段。串联电容器补偿装置由串联电容器、金属氧化物限压器MOV、火花间隙等主要设备构成，其中火花间隙是MOV的主保护和串联电容器的后备保护，因此对其工作可靠性有 很高的要求，其中火花间隙分压器是火花间隙的重要附属设备，火花间隙分压器的工作状态直接关系到在线路故障时火花间隙能否正常触发，是保证火花间隙可靠安全工作关键之
O在装设有串补装置的线路中，当线路发生故障或是相邻线路发生故障，线路电流流过串联电容器，在串联电容器两端产生较高的电压。为了防止在故障电流情况下，串联电容器两端的过电压造成电容器的损坏，这时就需要触发火花间隙，快速旁路串补串联电容器，此时，串补控制保护装置将向火花间隙触发控制电路发出触发命令，而火花间隙控制电路在接收到串补保护系统发来的触发命令后，判断间隙所承受的电压是否达到了预设的电压值，即门槛电压，只有在判断达到或超过门槛电压值后，才会发出点火脉冲，火花间隙触发控制电路就是通过分压器回路取得间隙两端的实时电压。一旦火花间隙分压器回路器出现故障，导致火花间隙触发控制电路无法获得准确的电压值，从而可能引起误动作。
发明内容
本发明提供一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路和方法，使运行人员能及时掌握分压器回路的工作情况，避免不必要的担心，确保线路故障时火花间隙的可靠触发点火，大大提高了火花间隙工作可靠性。本发明提供一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路，串联电容器、火花间隙与串补火花间隙分压器回路相互并联，所述串补火花间隙分压器回路包括均压环节和电压取样环节；所述电压取样环节包括与所述均压环节串联的电容C ;所述在线监测电路包括取样电压输入模块、串补电流输入模块和比较模块；所述取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号Uiffi ;所述串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uct ;所述比较模块通过比较所述和所述Uct来在线监测所述串补火花间隙分压器回路的运行状态。本发明提供的第一种优选实施例中所述在线监测电路的串补电流输入模块通过在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号。本发明提供的第二种优选实施例中所述均压环节包括串联的电容Cl、C2、C3和C4 ;所述取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换芯片A ；
所述UlB和U2B将所述电容C两端电压进行放大调理，所述有效值转换芯片A将所述放大调理后的信号转换成本发明提供的第三种优选实施例中所述串补电流输入模块包括一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B ;所述U2A将所述串联电容器的电流信号放大调理成电压信号，所述有效值转换芯片B将所述放大调理后的信号转换成Uci。本发明提供的第四种优选实施例中所述比较模块包括两个运算放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B ； 所述U3A将所述U 和所述Uct做差分；所述U3B将所述U分压做反相；所述U4A将所述U_和所述U3B的输出做比较并输出； 所述U4B将所述U瓶和所述U3A的输出做比较并输出。本发明提供的第五种优选实施例中所述U4A和所述U4B为OC门结构，输出端相连接；满足a *UCT く U分压く b *UCT时,所述分压器回路运行正常,所述U4A和所述U4B相连的输出端输出高电平；满足U分压< a · Uct或U分压> b · Uct时，所述分压器回路运行异常，所述U4A和所述U4B相连的输出端输出低电平报警；其中，所述a和b为预设的误差系数，a彡b。本发明提供的第六种优选实施例中所述误差系数a和b的大小可以通过调节所述比较器U4A和U4B的电阻值来实现。本发明提供的第七种优选实施例提供一种串补火花间隙分压器回路的在线监测方法，包括上述任一项所述的在线监测电路，其特征在于，所述方法包括步骤SI，均压环节串联电容C，在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号；步骤S2，取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U 串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uct ；步骤S3，所述比较模块通过比较所述和所述Uct来在线监测所述串补火花间隙分压器回路的运行状态。本发明提供的第八种优选实施例中所述取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换芯片A ；所述步骤2中取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号具体为所述UlB和U2B将所述电容C两端电压进行放大调理，所述有效值转换芯片A将所述放大调理后的信号转换成U分压。本发明提供的第九种优选实施例中所述串补电流输入模块包括一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B ；所述步骤2中串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uct具体为所述U2A将所述串联电容器的电流信号放大调理成电压信号，所述有效值转换芯片B将所述放大调理后的信号转换成Uci。本发明提供的第十种优选实施例中所述比较模块包括两个运算放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B ；所述步骤S3中比较模块通过比较所述和所述Uct来在线监测所述串补火花间隙分压器回路的运行状态具体包括步骤S301，所述U3A将所述U纟和所述Uct做差分，所述U3B将所述U纟做反相；步骤S302，所述U4A将所述和所述U3B的输出做比较并输出，所述U4B将所述和所述U3A的输出做比较并输出，所述U4A和U4B的输出端相连接；步骤S303，满足a · Uct彡U分压く b · Uct时，所述分压器回路运行正常，所述U4A和所述U4B相连的输出端输出高电平；满足U分压く a · Uct或U分压〉b · Uct时，所述分压器回路运行异常，所述U4A和所述U4B相连的输出端输出低电平报警； 其中，所述a和b为预设的误差系数，a彡b。本发明提供的第十一种优选实施例中所述U4A和所述U4B为OC门结构，所述误差系数a和b的大小可以通过调节所述比较器U4A和U4B的电阻值来实现。本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路和方法的有益效果有I、本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路和方法，设置电压取样环节，提出针对串补火花间隙分压器回路在线监测的思想，可广泛应用在超高压或特高压串补装置中，使运行人员能及时掌握分压器回路的工作情况，避免不必要的担心，确保线路故障时火花间隙的可靠触发点火，大大提高了火花间隙工作可靠性；2、通过在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号，在不增加任何设备的情况下实现对串联电容器电流的測量；3、比较器U4A和U4B为OC (Open Collector，集电极开路)门结构，二者输出相连后可以实现“与门”功能，简化了电路；4、设定U分压和Uct的关系式为a · UCT彡U分压彡b · UCT，其中a和b为预设的误差系数，这两个系数保证当电容分压器某一只电容器损坏时U分压不能满足上面的关系式，并且a和b的大小可以通过调节比较器各电阻值来实现，满足电和Uct可以存在一定的误差的范围内。
图I为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路的结构原理框图；图2为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路的工作原理图；图3为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路的电路图；图4为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测的方法流程图；图5为本发明提供的比较模块实现在线监测串补火花间隙分压器回路的方法流程图。
具体实施例方式串补装置包括并联的串联电容器、火花间隙和串补火花间隙分压器回路，本发明提供一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路，该分压器回路设置均压环节和电压取样环节，其中，均压环节为串联的电容Cl、C2、C3和C4，电压取样环节为电容C，电容C与均压环节串联，即Cl、C2、C3、C4和C串联。本发明提供的监测电路的具体结构原理框图如图I所示，由图I可知，该监测电路包括取样电压输入模块、串补电流输入模块和比较模块，取样电压输入模块输入电容C两端电压并将其放大后转换成直流电压信号UiJi输出，同时串补电流输入模块输入串联电容器的电流信号并将其放大后转换成直流电压信号UCT。比较模块通过比较输入的Uiffi和UCT，对该分压器回路的运行状态进行在线监測。图2为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路的工作原理图，由图2可知，其中，监测电路的串补电流输入模块是通过在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号。 图3为本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测电路的电路图，由图3可知，取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换芯片A，U1B和U2B将电容C两端电压进行放大调理，有效值转换芯片A将放大调理后的信号转换成直流电压信号U分压。串补电流输入模块包括一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B，U2A将串联电容器的电流信号放大调理成电压信号，有效值转换芯片B将放大调理后的信号转换成直流电压信号Uct。比较模块包括两个运算放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B。U3A将直流电压信号U瓶和Uct做差分，U3B将直流电压信号U_做反相。U4A将Um和U3B的输出做比较并输出，同时U4B将Um和U3A的输出做比较并输出，U4A和U4B的输出端相连接，其中，U4A和U4B为OC门结构，所以U4A和U4B输出相连后可以实现“与门”功能。满足a · Uct彡U分压く b · Uct吋，分压器回路运行正常，U4A和U4B相连的输出端输出高电平；满足U分压く a · Uct或U分压〉b · Uct吋，分压器回路运行异常，U4A和U4B相连的输出端输出低电平报警；其中，a和b为预设的误差系数，a < b，并且该误差系数a和b的大小可以通过调节比较器U4A和U4B的电阻值来实现。本发明提供的一种串补火花间隙分压器回路在线监测方法，如图4所示为该方法的流程图，由图4可知，该方法包括如下步骤步骤SI，均压环节串联电容C，在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号。步骤S2，取样电压输入模块将电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U分压，串补电流输入模块将串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uci。其中，取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换芯片A，串补电流输入模块包括一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B。具体的，取样电压输入模块将电容C两端电压放大后转换成直流电压信号具体为U1B和U2B将电容C两端电压进行放大调理，有效值转换芯片A将放大调理后的信号
转换成U分压。
串补电流输入模块将串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uct具体为U2A将串联电容器的电流信号放大调理成电压信号，有效值转换芯片B将放大调理后的信号转换成Ucr。步骤S3，比较模块通过比较U—和Uct来在线监测串补火花间隙分压器回路的运行状态。其中，比较模块包括两个运算放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B。具体的，比较模块通过比较&^；和Uct来在线监测串补火花间隙分压器回路的运行状态的方法流程如图5所示，由图5可知，该方法包括
步骤S301，U3A将U分压和Uct做差分，U3B将U分压做反相；步骤S302，U4A将U分压和U3B的输出做比较并输出，U4B将U分压和U3A的输出做比较并输出，U4A和U4B的输出端相连接；步骤S303，满足a · Uct≤U分压く b · Uct时，分压器回路运行正常，U4A和U4B相连的输出端输出高电平；满足Umく a · Uct或b · Uct吋，分压器回路运行异常，U4A和U4B相连的输出端输出低电平报警。其中，a和b为预设的误差系数，a≤b，误差系数a和b的大小可以通过调节比较器U4A和U4B的电阻值来实现。U4A和U4B为OC门结构，U4A和U4B输出相连后可以实现“与门”功能。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管參照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种串补火花间隙分压器回路的在线监测电路，其特征在于，所述串补火花间隙分 压器回路包括均压环节和电压取样环节；所述电压取样环节包括与所述均压环节串联的电 容C;所述在线监测电路包括取样电压输入模块、串补电流输入模块和比较模块；所述取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U分压；所述串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号II UCT ,所述比较模块通过比较所述和所述UCT来在线监测所述串补火花间隙分压器回路 的运行状态。
2.如权利要求1所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述在线监测电路的串补电 流输入模块通过在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得串联电容器的电流信号。
3.如权利要求1所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述均压环节包括串联的电 容Cl、C2、C3和C4 ;所述取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换 芯片A ；所述U1B和U2B将所述电容C两端电压进行放大调理，所述有效值转换芯片A将所述 放大调理后的信号转换成Ujjj。
4.如权利要求1所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述串补电流输入模块包括 一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B ;所述U2A将所述串联电容器的电流信号放大 调理成电压信号，所述有效值转换芯片B将所述放大调理后的信号转换成UCT。
5.如权利要求1所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述比较模块包括两个运算 放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B ；所述U3A将所述和所述UCT做差分；所述U3B将所述做反相；所述U4A将所述U3B的输出和所述做比较并输出；所述U4B将所述U3A的输出和所述做比较并输出。
6.如权利要求5所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述U4A和所述U4B为0C门 结构，输出端相连接；满足a *UCT ( U分压< b *UCT时，所述分压器回路运行正常，所述U4A和所述U4B相连的 输出端输出高电平；满足U分压< a *UCT或U分压> b *UCT时，所述分压器回路运行异常，所述U4A和所述U4B 相连的输出端输出低电平报警；其中，所述a和b为预设的误差系数，a < b。
7.如权利要求6所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述误差系数a和b的大小可 以通过调节所述比较器U4A和U4B的电阻值来实现。
8.—种串补火花间隙分压器回路的在线监测方法，包括如权利要求1-7任一项所述的 在线监测电路，其特征在于，所述方法包括步骤S1，均压环节串联电容C，在取能用电流互感器二次回路中串入一个测量CT获得 串联电容器的电流信号；步骤S2，取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U分压’ 串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号Uct ；步骤S3，所述比较模块通过比较所述U—和所述Uct来在线监测所述串补火花间隙分 压器回路的运行状态。
9.如权利要求8所述的一种在线监测方法，其特征在于，所述取样电压输入模块包括两级运算放大电路U1B、U2B和有效值转换芯片A ；所述步骤2中取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U 分压具体为所述UlB和U2B将所述电容C两端电压进行放大调理，所述有效值转换芯片A将 所述放大调理后的信号转换成U分压。
10.如权利要求8所述的一种在线监测方法，其特征在于，所述串补电流输入模块包括一级运算放大电路U2A和有效值转换芯片B ；所述步骤2中串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电 压信号Uct具体为所述U2A将所述串联电容器的电流信号放大调理成电压信号，所述有效 值转换芯片B将所述放大调理后的信号转换成Uci。
11.如权利要求8所述的一种在线监测方法，其特征在于，所述比较模块包括两个运算放大器U3A、U3B和两个比较器U4A、U4B ；所述步骤S3中比较模块通过比较所述U_和所述Uct来在线监测所述串补火花间隙分 压器回路的运行状态具体包括步骤S301，所述U3A将所述U纟和所述Uct做差分，所述U3B将所述U纟做反相；步骤S302，所述U4A将所述Ujffi和所述U3B的输出做比较并输出，所述U4B将所述U分 和所述U3A的输出做比较并输出，所述U4A和U4B的输出端相连接；步骤S303，满足a ·υετ ( U分压< b · Uct时,所述分压器回路运行正常,所述U4A和所述 U4B相连的输出端输出高电平；满足U分压< a · Uct或U分压> b *UCT时，所述分压器回路运行异常，所述U4A和所述U4B 相连的输出端输出低电平报警；其中，所述a和b为预设的误差系数，a^b0
12.如权利要求11所述的一种在线监测电路，其特征在于，所述U4A和所述U4B为OC 门结构，所述误差系数a和b的大小可以通过调节所述比较器U4A和U4B的电阻值来实现。
全文摘要
本发明提供一种串补火花间隙分压器回路的在线监测电路和方法，所述串补火花间隙分压器回路包括均压环节和电压取样环节；所述电压取样环节包括与所述均压环节串联的电容C；所述在线监测电路包括取样电压输入模块、串补电流输入模块和比较模块；所述取样电压输入模块将所述电容C两端电压放大后转换成直流电压信号U分压；所述串补电流输入模块将所述串联电容器的电流信号放大后转换成直流电压信号UCT；所述比较模块通过比较所述U分压和所述UCT来在线监测所述串补火花间隙分压器回路的运行状态。使运行人员能及时掌握分压器回路的工作情况，避免不必要的担心，确保线路故障时火花间隙的可靠触发点火，大大提高了火花间隙工作可靠性。
文档编号G01R19/165GK102662115SQ201210138918
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者余辉, 李国富, 李志远, 李永亮 申请人:中国电力科学研究院