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XZTC-4000型 消弧线圈自动调谐测控仪 技 术 说 明 书 长沙理工大学电力系统自动化研究所 二00七年 一．用途及性能 由于电力系统对各种电压等级运行指标的要求日益提高，中性点接地方式的正确选择及其在不同条件下的实施具有越来越重要的实际意义。目前我国6～60千伏配电网，当电容电流较小时，一般采用中性点不接地方式，当电容电流达到一定程度时常采用中性点经消弧线圈接地方式，随着配电网的不断扩大，电缆线路增多，配电网对地电容电流不断增加，而且运行方式经常变化，致使消弧线圈很难整定。如果脱谐度过大，发生单相接地故障时，接地电弧不能自行熄灭，可能会发展成相间短路，引起事故扩大。如果脱谐度过小，接近于全补偿方式，易发生谐振过电压，危及设备的安全。 针对上述问题，总结了消弧线圈几十年的运行经验，成功地研制出新型消弧线圈自动调谐测控仪，该装置既能自动跟踪电网电容电流的变化，自动调整消弧线圈档位，达到最佳补偿，确保单相接地故障时电弧熄灭，限制弧光过电压, 又能抑制电网的谐振过电压，保证电力系统安全可靠运行。该产品可广泛应用于电力、化工、石油、石化、煤矿、冶金等行业的供配电系统。 二．装置特点 本装置和国内其它厂家相比，具有如下特点： a.主CPU采用高性能单片机80196KC，配置大容量的ROM和E2PROM，数据运算、逻辑处理和信息处理能力强，可靠性高，运行速度快； b.采用多片14位多路A/D转换芯片，数据采样频率高、速率快、计算精度高，因此提高了装置各项数据的测量精度； c.装置采用带触摸功能的大屏幕液晶显示，全中文菜单，各项操作及动作、故障信息均有完整的中文显示，并且所有的定值输入都可以通过触摸屏完成，人机界面友好，操作方便； d.提供装置各项测量数据和各项定值的输出，并且还提供接地故障、调档出错和仪器状态的输出，同时提供可选RS232或RS485的串行通信接口，可与RTU或变电站自动化系统进行通信； e.装置可动态存储掉电保持的256次仪器测量数据的信息，方便操作人员查看记录； f.为改进消弧线圈测控仪的抗干扰能力及改善散热问题，仪器将分为主、从两个机箱。从机箱主要放置功率变压器、发信板和隔离变压器等，其余部分都放入主机箱。 三．装置功能概述 a.自动跟踪补偿 配电网的中性点处接一电感值很大的小电抗器，配电网正常运行时，测控仪实时测量配电网的脱谐度、电容电流和阻尼率，并根据测量的电容电流值调节消弧线圈的档位，当电网发生单相接地故障时消弧线圈迅速补偿电网的电容电流，熄灭弧光电压。 b.显示功能 以中文形式显示控制器测量的各项配电网参数：中性点位移电压、脱谐度、故障残流、电容电流和阻尼率，并且可以显示各项定值和调档信息。 c.设置功能 通过触摸屏提示用户进行以下参数的设置：故障电压限值，阻尼率，机号，并网运行，线电压，从机电流，运行方式、时间、日期、档位数量、动作时限、启动点电压、电压变比、休眠时间、档位电流 d.记录追忆功能 可追忆256次测量数据的记录，这些数据包括：中性点位移电压、脱谐度、电容电流、档位信息和系统运行状态。 e.具有故障报警和自调试功能，系统故障时及时报警并且显示故障类型。 四．装置硬件说明 该控制器通过对电网注入变频电流信号，寻找系统的谐振频率，计算电网的脱谐度和电容电流，再根据电容电流自动调节消弧线圈的档位，从而使电网运行在最佳状态。该系统主要由信号注入单元、滤波单元、FPGA单元、单片机控制单元以及人机界面等部分组成。系统框图如图1，各部分功能介绍如下： 图1 系统硬件框图 (1)信号注入单元：本单元在主控单元的控制下向电网注入频率变化的电流信号。 (2)滤波单元：本单元选用差分运算放大器构造了四个中心频率不同的切比雪夫带通滤波器，控制单元根据电网返回信号的频率控制滤波器选择元件,选通相应带通频率的带通滤波器，以达到最佳的滤波效果。 (3)FPGA单元：本单元选用Atera公司的EMP7128芯片,当需要发出频率信号时，FPGA单元从单片机控制单元读取相应的频率控制信号，控制发信单元发出相应频率的电流信号，并且测量出返回信号距发出信号的时间差，再根据这个时间差和发出信号的周期计算出发出信号和返回信号的相位差，最后FPGA单元又把计算出来的相位差送给单片机控制单元。此外，本单元还可实现单片机外部存储器和液晶屏地址的译码功能。 (4)信号采集单元：本单元主要选用MAXIM公司的高速采集芯片MAX125。采用MAX125的两通道模式：第一通道负责返回变频电压信号的采样，并把采样值传送给单片机；第二通道把中性点位移电压经滤波后的模拟信号采样，并把信号传送给单片机。 (5)单片机控制单元：本单元主要选用INTEL公司的高性能的16位单片机80C196KC，并且扩展了32K程序存储器和32K数据存储器。单片机根据从