变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，属于输变电设备中关于全封闭气体绝缘组合电器设计研发的【技术领域】，该装置包括开关断路器、电容器、垂直接地极、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置，本装置直接测量GIS母线电流值和频率值，并最终利用传感器、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块实现GIS系统环流的抑制作用，减小了GIS环流所带来的能量损耗，提高了变电站的安全性能，具有输入量提取简单、精确高、准确度好、抑制效果明显的特点。
【专利说明】变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于输变电设备中关于全封闭气体绝缘组合电器设计研发的【技术领域】，具体涉及一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置。
【背景技术】
[0002]全封闭气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中极其重要的组合开关设备，其运行好坏直接关乎整个系统的稳定性、可靠性；运行情况表明，接地网、外壳环流值与母线负荷电流值基本上为同一数量级，在产生环流损耗的同时也会发生损耗发热现象，加速绝缘部分老化，在故障状态下由壳体与地网环流产生的暂态地电位升(TGPR)会引发安全隐患。因此，有必在要准确计算GIS/HGIS壳体环流和地网环流基础上，采取有效的措施来限制GIS系统环流。
[0003]电力系统不断向高电压、远距离、大容量方向发展，在提高经济性的同时，安全可靠的问题也突出起来；定量评定电力设备经济损耗和改善电力系统的可靠性越来越受到人们的重视。以往的壳体环流主要是基于电路，没有考虑母线、壳体、接地网之间的电磁场作用，并不能全面准确确定壳体环流值及其损耗。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本实用新型一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，以达到降低能量损耗、提高安全性能、简化提取措施、提高精确度和增强抑制效果的目的。
[0005]一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，包括开关断路器、电容器、垂直接地极、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置，其中，开关断路器的一端接入全封闭气体绝缘组合电器的接地网，开关断路器的另一端连接电容器的一端，电容器的另一端连接垂直接地极的一端，垂直接地极的另一端接地；数据采集模块的输入端连接全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器的输出端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的一路输出端连接工控机的输入端，工控机的输出端连接开关断路器的输入端，中央处理器的另一路输出端连接无线通讯装置的输入端。
[0006]所述的开关断路器的个数、电容器的个数和垂直接地极的个数均为多个。
[0007]本实用新型优点:
[0008]本实用新型一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，直接测量GIS母线电流值和频率值作为输入量，并最终利用传感器、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯模块实现GIS系统环流的抑制作用，减小了 GIS环流所带来的能量损耗，提高了变电站的安全性能，以采集量生成的时间序列作为预测模型的输入，建立基于场路耦合的GIS系统数学模型来描述环流的产生和传播过程，具有输入量提取简单、精确高、准确度好、抑制效果明显的特点。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型一种实施例的整体装置结构框图；
[0010]图2是本实用新型一种实施例的装置的数据采集模块与中央处理器连接电路原理图；
[0011]图3是本实用新型一种实施例的一种GIS壳体等效电路化简原理图，其中，图(a)表示GIS单相壳体模拟电路，图(b)表示壳体单回路场路耦合等效电路，图(c)表示GIS单相壳体等效后的场路稱合电路；
[0012]图4是本实用新型一种实施例的变电站全封闭气体绝缘组合电器系统整体结构图；
[0013]图5是本实用新型一种实施例的GIS壳体与接地网连接示意图；
[0014]图6是本实用新型一种实施例的单相GIS回路示意图；
[0015]图7是本实用新型一种实施例的三相GIS回路示意图；
[0016]图8是本实用新型一种实施例的接地体等效电路。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0018]如图1所示，一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，包括开关断路器、电容器、垂直接地极、数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置；图中，I为套管；2为母线；3为壳体；4为电流互感器；5为开关断路器；6为电容器；7为垂直接地极；本实用新型实施例中，GIS (变电站全封闭气体绝缘组合电器)以IlOOkV特高压变电站为例；数据采集模块选用TI公司的TLC2543 12位串行A/D转换器，中央处理器采用51单片机，选用型号为STC89C51，单片机采集的数据通过串口(10、11脚)经MAX232转换成RS232电平与上位机(工控机)间实现传输；工控机采用UN0-3072系列Pentium M/Celeron M嵌入式工控机，无线通讯模块采用H7000系列无线通信系统。
[0019]如图2所示，本实用新型实施例中，全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器的六个输出端分别连接到数据采集模块TLC2543的输入端AINO~AIN6，数据采集模块TLC2543的输出端EOC，CLK, DIN, DOUT巧分别连接到51单片机的P10，Pll, P12，P13、P14引脚。单片机STC89C51的10引脚(RXD)Ul引脚(TXD)与变换电路MAX232的9引脚(R2out)和10引脚(T2in)连接，工控机信号输入接口和无线通讯模块的信号输入接口分别与单片机输出端DB9连接；断路器的电流信号和频率信号通过数据采集模块进行同步采样、保持、A/D转换成数字信号，送入单片机进行计算和数据处理，并将数据送到无线通讯模块，与远方调度进行通讯。本实用新型实施例中，开关断路器的个数、电容器的个数和垂直接地极的个数为5个，开关断路器的一端接入全封闭气体绝缘组合电器的接地网，开关断路器的另一端连接电容器的一端，电容器的另一端连接垂直接地极的一端，垂直接地极的另一端接地；
[0020]如图3所示，其中，Zml......Zm6为母线第一个阻抗至第六个阻抗、Zhl......Zh6为
母线与壳体间的第一个互阻抗至第六个互阻抗、Zkl……Zk6为壳体第一个阻抗到第六个阻抗、Zjl……Zj6为接地线第一个阻抗至第六个阻抗、Iml……Im6为母线第一个电流至第六个电流、Ikl……Ik6为壳体第一个电流至第六个电流、Idl……Id6为壳体入地第一个电流至第六个电流，Im为母线电流值为通过电流互感器采集。图4所示实施例的变电站全封闭气体绝缘组合电器系统整体结构图，其中，8为单相全封闭气体绝缘组合电器(GIS) ；9为接地网；如图5为壳体与母线间的场路耦合物理计算模型示意图，其中，10为接地线；11为子接地网；12为主接地网；13为短接线。
[0021]本实用新型实施例中，将单相GIS看作是“空心电流互感器”的模型，母线与壳体间的互感就是由母线和壳体与地构成回路相互铰链的磁通产生的，如图6所示，其中，14为接地线；15为母线；16为接地网；17为壳体；18为母线在壳外的磁感应强度BI ；19为母线在壳内的磁感应强度B0;从图中可以看出母线所产生的磁场一部分在壳体的内部(即为B0), 一部分在壳体的外部(即为BI)。其中和壳体与接地线回路相铰链的磁场为壳外磁场BI。当GIS客体为三相全连式时，三相壳体被短接排所连接，此时则不能只考虑单相母线上所产生的磁场对壳体、接地线和地网所构成回路的影响，应计算三相母线所产生的磁场对回路的影响，如图7所示，其中，20为A相母线(第一相母线);21为B相母线(第二相母线)；22为C相母线(第三相母线);23为接地线；24为短接线；25为接地网；图中Ba、Bb和Be分别为三相母线在回路内产生磁场的磁感应强度。
[0022]本实用新型实施例中，不仅考虑壳体间环流的作用，而且从GIS系统的角度考虑壳体与接地网间的环流和接地网内部环流。特别是特高压系统中，变电站往往为多层接地网，接地网中的环流值依然很大。图8是本实用新型中的接地体等效电路图。接地网是由多根接地体连接成网格状组成的，所以接地网的等效电路模型可由接地体的π型等效电路连接组成。在GIS/HGIS壳体的入地电流激励下，即确定接地网中环流。接地体的电气参数可用单位长度上的电阻R、电导G、电感L和电容C来表示。
【权利要求】
1.一种变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，包括数据采集模块、中央处理器、工控机和无线通讯装置，其特征在于:还包括开关断路器、电容器和垂直接地极，其中，开关断路器的一端接入全封闭气体绝缘组合电器的接地网，开关断路器的另一端连接电容器的一端，电容器的另一端连接垂直接地极的一端，垂直接地极的另一端接地；数据采集模块的输入端连接全封闭气体绝缘组合电器内部电流互感器的输出端，数据采集模块的输出端连接中央处理器的输入端，中央处理器的一路输出端连接工控机的输入端，工控机的输出端连接开关断路器的输入端，中央处理器的另一路输出端连接无线通讯装置的输入端。
2.根据权利要求1所述的变电站全封闭气体绝缘组合电器环流抑制装置，其特征在于:所述的开关断路器的个数、电容器的个数和垂直接地极的个数均为多个。
【文档编号】H02J13/00GK203674800SQ201320729016
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月16日 优先权日:2013年11月16日
【发明者】林莘, 王飞鸣, 吴冠男, 曹辰, 王亮 申请人:沈阳工业大学