专利名称：中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，更具体的 说，尤其涉及一种通过零序电流互感器检测电流和通过母线电压互感器检测电压的中性点 经消弧线圈接地配电网的电容测量装置。
背景技术：
随着供电网络的发展，系统单相接地电容电流不断增加，中性点经消弧线圈谐振 接地方式日益普遍，为了确定消弧线圈的容量和感抗，首先需要测量电网的电容及电流情 况。现有配电网的对地电容及电容电流测量方法有直接法和间接法两种。直接法主要包括 单相金属接地法，该方法操作接线复杂，对测量人员和配电系统存在一定的安全隐患。间接 法包括中性点外加电容法、外加电压法、调谐法、变频法和电容增量法。间接测量方法比较 简单，能较准确地测量电容电流值。但测量时仍然需要对一次设备进行操作，操作复杂、准 备时间长，且对测量人员和配电系统仍存在一定的安全隐患。近年来电容检测方法取得一 些进步，但仅适用于中性点不接地的配电网系统，且电容较大时测量误差很大，对于经消弧 线圈谐振接地的配电系统进行测量时必须将消弧线圈与中性点分离，若在此期间出现间歇 性弧光接地故障，没有了消弧线圈对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，进而损坏设 备，破坏系统安全运行。这也违背了不操作一次设备的初衷，存在安全隐患。所以，配电部门 急需一种在不对一次设备进行操作的情况下，可以测量中性点经消弧线圈谐振接地配电网 的电容装置的出现。申请号CN99125328. 0名称为“电网对地电容电流测量仪”实用新型专 利申请公开了一种在电压互感器的三角侧注入变频信号，且与并联在电压互感器三角侧的 电感寻找谐振频率来最终求取电容的测量方法，但存在捕捉谐振频率困难的问题，工业现 场实现困难，同时从开口三角提取注入电压和注入电流，两通道信号存在相互影响的问题， 仅适用于中性点不接地系统。申请号CN95112504.4名称为“电网对地电容及其电容电流测 量方法”发明专利申请公开了一种向消弧线圈副圈注入变频信号，利用在电网对地电容与 消弧线圈电感L组成的并联电路中产生电流谐振，通过测一系列电压U及I，U的相位角与 谐振角频率的关系，以此测出对地电容及其电容电流。此种测量方法在测量电容之前，首先 要将消弧线圈投入的电感量计算并记录下来，并反馈给测量设备，使电容测量受消弧线圈 的档位影响，使测量过程十分繁琐。而且注入的是变频信号致对谐振频率的捕捉带来困难。 同时测量需要利用消弧线圈的两个副圈，这就无法实现对只有一个消弧线圈副圈的配电网 电容的测量。现有的电容测量装置，或提出的电容测量方法中，注入的恒频或变频信号几乎都 是通过TV向电网注入。其对于注入信号的等值电路图如附图2所示，由于消弧线圈档位的 不确定性，消弧线圈投入电网的电感量就确定不下来，从而导致流经电网分布电容的注入 电流值无法确定，所以现有的电容测试仪都要断开消弧线圈与中性点的连接，若在此期间 出现间歇性弧光接地故障，没有了消弧线圈对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，进 而损坏设备，破坏系统安全运行；而且在电容测试中操作人员仍要对一次电网进行操作，对
3人身安全带来隐患。 发明内容本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种通过零序电流互感器检测 电流和通过母线电压互感器检测电压的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置。本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，包括起运算和处理 作用的CPU模块、进行信息显示的数据显示模块和与CPU模块的数据输出端相连接的打印 输出模块，其特别之处在于还包括与CPU模块电气连接的用于给配电网注入信号源的信 号注入模块、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理 模块包括与零序电流互感器的输出端电气连接的信号处理模块，该信号处理模块的信号输 出端与CPU模块的数据输入端电气连接。CPU模块用于控制整个装置的运行，数据显示模 块对计算的数据结果进行显示；打印输出模块用于驱动打印机，可把计算得到的容抗值打 印输出，以供测试人员记录。信号注入模块用于产生激励信号，CPU可以控制信号注入模块 所产生的信号的频率；零序电流采集处理模块和母线电压处理模块用于对所采集的信号进 行交流信号到直流信号的转换以及模拟信号到数字信号的转换，转化为可通过CPU模块或 DSP处理模块进行处理的数字信号，在对数字信号的处理过程中，可以仅通过CPU直接对输 入的信号进行处理，也可通过数据运算功能强大的DSP处理模块对数据进行计算。在母线 电压采集处理模块与数据处理模块通信的过程中，可采用有线通信方式，也可采用无线通 信方式。本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的母线电压采 集处理模块包括与母线电压互感器的输出端相连接的信号处理模块、与信号处理模块电气 连接的中央处理单元以及与中央处理单元电气连接的第一无线收发模块；所述的CPU模块 还连接有与第一无线收发模块相配合的第二无线收发模块。上述母线电压采集处理模块采 用无线通讯方式，采用无线通讯更加的方便数据的采集，可也有效避免操作人员与变压器 的输出端直接接触，方便了测量，也保证了人员的安全。本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述信号处理模块 与CPU模块之间设置有用于数据处理的DSP处理模块，该DSP处理模块的输入和输出端分 别与信号处理模块的输出端和CPU模块的输入端电气连接；所述信号处理模块包括用于把 交流信号转化为0 2. 5V直流信号的转化模块和A/D转换模块。设置DSP处理模块可加 快数据的处理速度，配合CPU模块的运行，实现数据的快速运算、读取和输出。所述的转化 模块用于把交流信号转化为0 2. 5V的直流信号，以便通过A/D转换模块进行模数转换； 通过A/D转换模块的数据可以直接输入到DSP处理模块的数据输入端口。本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的信号注入模 块包括与CPU模块的输出端电气连接的频率发生器电路、SPWM信号发生电路、与SPWM信号 发生电路电连接的IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路的输出端相连接的IGBT电路。频率发 生器电路用于产生特定频率的信号波，SPWM信号发生电路产生与频率发生器电路的信号相 对应的脉冲，IGBT驱动电路受SPWM信号发生电路的控制，IGBT驱动电路可对IGBT电路的 输出进行直接控制。本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，所述的频率发生器
4电路中包括芯片ICL8038，所述的SPWM信号发生电路中的PWM控制芯片为SG3525，IGBT驱 动电路中的驱动器型号为M57962L，IGBT电路为芯片SGW25m20。芯片ICL8038为INTERSIL 公司的精密压控函数发生器芯片，芯片SG3525为美国硅通用半导体公司的PWM控制芯片， 芯片M57962L为三菱公司的IGBT驱动器，SGW25m20为西门子公司生产的IGBT电路芯片。本实用新型的有益效果是本实用新型的测量装置中，通过零序电流互感器和母 线电压互感器分别对配电网中的电流量和电压量进行测量，且设置了向配电网中注入信号 的信号注入模块，方便、准确的实现了配电网对地容抗的测量；零序电流互感器和母线电压 互感器可分别实现对电路中电流和电压的测量，使得测量更加的方便；母线电压互感器在 与CPU模块通讯的过程中，可采用无线通讯方式，使得数据的采集更加方便。

图1为本实用新型的工作原理图；图2为现有从电压互感器(TV)开口三角注入信号的等值电路图；图3为本实用新型的待测配电网的等值电路图；图4为本实用新型的测量装置的第一种实施例的原理图；图5为测量装置的第一种实施例中DSP处理模块的工作流程图；图6为测量装置的第一种实施例中CPU模块的工作流程图；图7为本实用新型的测量装置的第二种实施例的原理图；图8为测量装置第二种实施例的工作流程图；图9为本实用新型的测量装置的第三种实施例的测试主机的原理图；图10为本实用新型的测量装置的第三种实施例的收发器的原理图；图11为测量装置的第三种实施例中DSP处理模块的工作流程图；图12为测量装置的第三种实施例中收发器的工作流程图；图13为测量装置的第三种实施例中CPU模块的工作流程图；图14为本实用新型的测量装置的第四种实施例的测试主机的原理图；图15为本实用新型的测量装置的第四种实施例的收发器的原理图；图16为测量装置的第四种实施例中收发器的工作流程图；图17为测量装置的第四种实施例中CPU模块的工作流程图；图18为信号注入模块原理框图；图中1消弧线圈的副圈，2零序电流互感器，3母线电压互感器，4CPU模块，5母线 电压互感器，6信号处理模块，7DSP处理模块，8零序电流互感器，9打印输出模块，10显示模 块，11键盘输入模块，12信号注入模块，13消弧线圈的副圈，14第二无线收发模块，15第一 无线收发模块，16中央处理单元，17信号处理模块。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。 结合图1、图2和图3对本实用新型中的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量 装置所采用的测量方法进行详细的阐述。 现有配电网对地电容的测量方法的缺点在背景技术中已经有了较为详尽的叙述；图2所示的等值电路图为从电压互感器(TV)开口三角注入信号时的电路图，由于消弧线圈 接入电路中的档位不确定，因此无法确定消弧线圈接入电路中的电感值。在实际的测量过 程中，会把消弧线圈与中性点断开，若在此期间出现间歇性弧光接地故障，没有了消弧线圈 对电网的补偿，有可能会引起全系统过电压，破坏系统安全运行；而且在电容测试中操作人 员仍要对一次电网进行操作，对人身安全带来隐患。图1为本实用新型的原理图，所示的三相配电网经消弧线圈与中性点相连接，消 弧线圈设置有消弧线圈的副圈2，消弧线圈的副圈2即消弧线圈上的电压互感器的一侧绕 组。所示的消弧线圈上设置有用于测量流经消弧线圈电流的零序电流互感器2，零序电流互 感器2的测量精度要求较高，以便精确的测量出流经消弧线圈的电流量。所示的母线电压 互感器3为设置在配电网上的电压互感器，在测量的过程中采集的是电压互感器开口三角 二次侧的电压。假设配电网的工频为fo，配电网的对地容抗按照如下方法进行测量(1)首先，通过消弧线圈的副圈1向电网中注入频率介于&与2&之间的激励信 号，设激励信号的频率为f。；(2)在施加激励信号的同时通过零序电流互感器2和母线电压互感器3分别测量 出流经消弧线圈的电流和加在配电网中的电压，对测得的信号进行数字带通滤波和傅里叶 变换计算，得出在激励信号的作用下流经消弧线圈的电流和加在配电网的电压，设测出的 流经消弧线圈的电流为i，测出的配电网两端的电压为 ；(3)然后，通过下面的公式计算出配电网在工频状态下的对地容抗
权利要求一种中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，包括起运算和处理作用的CPU模块(4)、进行信息显示的数据显示模块(10)和与CPU模块的数据输出端相连接的打印输出模块(9)，其特征在于还包括与CPU模块电气连接的用于给配电网注入信号源的信号注入模块(12)、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理模块包括与零序电流互感器(8)的输出端电气连接的信号处理模块(6)，该信号处理模块(6)的信号输出端与CPU模块的数据输入端电气连接。
2.根据权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，其特征在 于所述的母线电压采集处理模块包括与母线电压互感器(5)的输出端相连接的信号处理 模块(17)、与信号处理模块(17)电气连接的中央处理单元(16)以及与中央处理单元电气 连接的第一无线收发模块(15)；所述的CPU模块(4)还连接有与第一无线收发模块(15)相 配合的第二无线收发模块(16)。
3.根据权利要求1或2所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，其特 征在于所述信号处理模块(6)与CPU模块(4)之间设置有用于数据处理的DSP处理模块(7)，该DSP处理模块的输入和输出端分别与信号处理模块的输出端和CPU模块的输入端电 气连接；所述信号处理模块(6)包括用于把交流信号转化为0 2. 5V直流信号的转化模块 和A/D转换模块。
4.根据权利要求1或2所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，其特征 在于所述的信号注入模块包括与CPU模块(4)的输出端电气连接的频率发生器电路、SPWM 信号发生电路、与SPWM信号发生电路电连接的IGBT驱动电路、与IGBT驱动电路的输出端 相连接的IGBT电路。
5.根据权利要求4所述的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，其特征 在于所述的频率发生器电路中包括芯片ICL8038，所述的SPWM信号发生电路中的PWM 控制芯片为SG3525，IGBT驱动电路中的驱动器型号为M57962L，IGBT电路中包括芯片 SGW25N120。
专利摘要本实用新型的中性点经消弧线圈接地配电网的电容测量装置，包括起运算和处理作用的CPU模块、进行信息显示的数据显示模块和与CPU模块的数据输出端相连接的打印输出模块，其特别之处在于还包括与CPU模块电气连接的用于给配电网注入信号源的信号注入模块、母线电压采集处理模块和零序电流采集处理模块；所述的零序电流采集处理模块包括与零序电流互感器的输出端电气连接的信号处理模块，该信号处理模块的信号输出端与CPU模块的数据输入端电气连接。本实用新型的测量装置中，通过零序电流互感器和母线电压互感器分别对配电网中的电流量和电压量进行测量，且设置了向配电网中注入信号的信号注入模块，方便、准确的实现了配电网对地容抗的测量。
文档编号G01R15/18GK201749154SQ20102028073
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者丛伟, 刘鸿, 张豪杰, 陈娟 申请人:济南奥诺数控设备有限公司