換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置的制作方法

本發明涉及一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置。

背景技術：

目前在±800kv靈紹直流工程靈州換流站，交流側在國內首次采用750kv系統直接接入交流濾波器(或并聯電容器)，直流采用±800kv直流濾波器；電容器投運前及現場運行過程中故障跳閘檢修后，需要對電容器塔進行不平衡電流檢測，確保不平衡電流在極小的范圍內，即所謂的橋臂配平，電容器在設備出廠前配平，是在比較理想情況下(單只電容值測試精度高)，理論計算配平，較為準確。但實際運行過程中，由于故障損壞或運行老化，單只電容器測試存在較大誤差，單純采用理論計算進行橋臂配平不準確，往往存在較大誤差。通常在實際現場，采用理論計算與試驗相結合的方法進行不平衡電流測試調整，其中不平衡電流測試較簡單，關鍵是在實際現場進行單只合格電容器在橋臂之間的相互調整，使不平衡電流達到理想的最優，現場解決該問題的傳統方法完全采用人為根據情況進行估算的方法，費時、費力且無法達到最理想化的最小值。

特別是有些時候，檢修人員更換故障電容器投入運行后，發現不平衡電流值常常還是會很大(或者說不是一種最優的組合)，但實際每一只電容器可能均未超標，這時就需要檢修人員進行電容器塔橋臂配平工作。在實際工作中，電容器配平工作量很大，主要是依靠檢修人員工作經驗和不平衡電流變化趨勢來調整電容器位置，這種檢修方法，不僅工作繁瑣，而且具有不確定性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，能夠提高試驗效率，真正實現了電容器不平衡電流調整的高效化、自動化和智能化。

一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，其特別之處在于：包括微控制器，該微控制器通過不平衡電流測量電路與第一探頭連接，該微控制器還通過電容測量電路與第二探頭連接，該微控制器還與正弦信號發生電路連接，從而產生正弦波信號然后經功率放大后施加在電容器塔的橋臂兩端。

其中不平衡電流測量電路包括依次連接的差分放大電路、濾波器和有效值轉換電路。

其中電容測量電路采用產生方波的多諧振蕩器電路。

其中正弦信號發生電路由依次連接的波形發生器和后級放大電路組成。

其中微控制器還分別與無線通信模塊和人機界面連接。

采用本發明的裝置后，一次調整即可滿足要求，大大減少了檢修人員的工作量，提高試驗效率，真正實現了電容器不平衡電流調整的高效化、自動化和智能化。本發明裝置是一種融合了數據測試，記錄、試驗、給出最優的調整策略于一體的便攜式儀器，減少檢修工作量，提高試驗效率，保障直流輸電工程的運行安全。

附圖說明

附圖1為本發明的邏輯原理框圖；

附圖2為本發明中不平衡電流測量電路的邏輯原理框圖；

附圖3為本發明中電容測量電路的原理圖；

附圖4為本發明中正弦信號發生電路的原理圖；

附圖5為本發明的配平方法流程圖；

附圖6為本發明裝置與電容器塔接線原理圖。

具體實施方式

如圖1至6所示，本發明提供了一種換流站交直流電容器塔不平衡電流配平裝置，包括微控制器，該微控制器通過不平衡電流測量電路與第一探頭連接從而采集電容器塔橋臂中間節點的不平衡電流，該微控制器還通過電容測量電路與第二探頭連接從而得到振蕩電路產生的方波信號，該微控制器還與正弦信號發生電路連接從而產生1khz的正弦波信號，經功率放大至36v有效值電壓，通過輸出接口施加在電容器塔的橋臂兩端。該信號為外施電壓信號，加在電容器塔兩端，當電容器塔橋臂不平衡時，即可產生不平衡電流。如圖6所示，第一探頭接在1和2兩點，第二探頭接在5和6兩點，正弦信號發生電路的輸出接在3和4兩點。

其中不平衡電流測量電路包括依次連接的差分放大電路、濾波器和有效值轉換電路(將交流信號轉成直流信號)。其中電容測量電路采用產生方波的多諧振蕩器電路。其中正弦信號發生電路由依次連接的波形發生器和后級放大電路組成。另外微控制器還分別與無線通信模塊和人機界面連接。

本發明提出一種全新的交直流電容塔不平衡電流配平裝置，基本思路是將現場實測與理論計算相結合，以不平衡電流最小為目標函數，軟件采用優化算法自動計算出電容器調整方案，根據此方案手動調換電容器位置，一次調整即可滿足要求，大大減少了檢修人員的工作量。

測量裝置硬件系統框圖如附圖1所示，電容測量電路將測得電容容值數據送至單片機處理并通過wifi模塊發送至上位機軟件；單片機可通過讀寫命令，控制正弦信號發生電路產生1khz的正弦波信號，經功率放大至36v有效值電壓，通過輸出接口加載在電容器塔的橋臂兩端，電容橋臂產生的不平衡電流由bnc探頭引入到測量電路，經高通濾波器對工頻干擾信號進行衰減，將測量的不平衡電流進行有效值轉換，利用單片機內部自帶的12位ad轉換器將測量到的不平衡電流值進行轉換，數據的存儲、計算后將不平衡電流及不平衡電流用彩屏顯示出來。上位機將電容器塔每個橋臂的電容值與實測的不平衡電流相結合，采用智能尋優算法，以不平衡電流最小為目標函數，給出最佳的電容調整方案。

不平衡電流測量電路：在電容器塔兩端加高頻交流電壓時，電容器塔橋臂中間節點的不平衡電流一般在微安級，所以需要高精密的差分放大器獲取橋臂兩端的電壓，且差分放大器的共模抑制比高，輸入阻抗大，對橋臂兩端不會產生影響，實現較好的阻抗匹配。從差分放大器輸出的信號經濾波器濾除工頻干擾之后，再進行有效值轉換，原理框圖如附圖2所示。

電容測量電路：電容值測量的方案采用了如圖3中555定時器產生方波的多諧振蕩器電路，將被測電容接入該測量電路中，定時器3腳輸出高電平且電源同時通過r3和r4向被測電容充電，當電容上的電壓達到了定時器6腳的閥值電壓即2/3倍電源電壓時，定時器7腳將進行放電，3腳輸出低電平，當電容的電壓降至定時器6腳閥門電壓即電源電壓的1/3倍時，3腳又翻轉為高電平，同時電源又經r3和r4向電容充放電，周而復始進行振蕩。硬件實現電路圖如附圖3所示。

正弦信號發生電路：波形發生采用數字dds芯片ml2036s，內部集成了spi接口，單片機通過spi通信方式讀寫ml2036s寄存器，可以對其輸出信號進行波形、頻率、相位參數在線可編程。外部的12mhz晶振，為dds芯片產生固定12mhz的高頻基準信號。輸出信號經運放op07組成同向比例增益可調放大電路，圖中r7、r8及rp電位器構成電壓負反饋結構，電位器rp主要用于調節輸出電壓的幅度。硬件實現電路圖如附圖4所示。

本發明裝置可用于換流站電容器塔橋臂平衡調整，可以達到以下功能：具備對電容器塔單只電容器的容值測量功能，自動給出單只電容器電容值，并自動記錄；在進行不平衡電流測試時，可選用不同頻率的信號源進行試驗信號注入，減少現場干擾；對交直流電容器塔進行不平衡測試，自動輸出實測不平衡電流；自動給出調整方式(即最優的電容器調整方案)。將現場實測與理論計算相結合，自動給出電容器塔不平衡電流最小的調整方案，一次調整即可滿足要求，提高檢修效率，減少換流站停運時間。

本發明的使用方法和工作原理是：

如圖5所示，首先測量每一只電容器的電容值，整個電容器塔測完后生成一個數據文件，軟件根據優化算法調整電容器位置，利用不平衡電流計算公式，計算出不平衡電流的理論值，如果該值小于不平衡電流報警值，則輸出調整方案。檢修人員根據調整方案交換電容器位置，然后再實測不平衡電流值，如果實測值滿足要求，則調整結束。

傳統的測試方法采用調壓器加400v工頻電壓于電容器塔，本發明采用36v高頻電壓測試不平衡電流，既提高了測試安全性，而且大大減小了工頻磁場對測試結果的影響，大大提高測試精度。電容器塔不平衡電流配平的傳統方法完全采用人為估算的方法，配平過程需要反復進行，費時、費力且無法達到最理想化的最小值。本發明一次調整即可達到最小不平衡電流，大大減少了換流站停運時間。