电流发生器论文

电流发生器论文（精选6篇）

电流发生器论文 第1篇

寻北仪在军事和民用领域都有着广泛应用, 它可测出载体纵轴与真北的夹角, 用于为车辆、船舶等载体提供方位基准[1,2,3]。力矩电流发生器作为寻北仪的重要组成部分, 地位极其重要, 其作用是将计算机输出的以数字量形式表示的方位和水平电流值转换成模拟电流, 分别输入陀螺仪方位力矩器和水平力矩器, 以产生找北力矩和阻尼力矩, 使陀螺仪主轴跟踪地理子午面的运动。

1寻北仪微机控制系统

图1给出了寻北仪微机控制系统的示意图。控制计算机完成对主体仪器的检测和控制, 同时负责显示、键盘等人机交互内容。控制计算机通过串口获取倾角传感器姿态、航向发送器航向、计程仪/GPS航速等信息, 利用ADT800模块的A/D部分采集2路加速度计Ax、Ay以及水平信号器Ey、方位信号器Ez等信息, 定时解算控制电流并通过串口向其他设备发送航向信息。计算机解算得到的控制电流为数字形式, 通过ADT800模块的D/A部分输出代表电流大小的电压信号, 通过压控恒流源转换为电流输出, 输入到主体仪器的陀螺力矩器中, 使陀螺跟踪地理坐标系[4]。

2力矩电流发生器硬件电路

2.1 总体结构

根据寻北仪总体要求, 控制电流有两路, 其中一路控制方位、一路控制水平, 输出控制电流的最大值为80 mA, 最小值为0.5 μA, 电流精度要求优于0.5 μA。如果不分档, 要满足这样大的范围和高精度的要求, D/A转换的分辨率应为1 LSB=0.510-3/80=1/160 000 (小于1/217而大于1/218) , 故需要18位的D/A转换芯片, 并要求有关电路具有百万分之六的精度。为了降低对元器件的要求, 将输出电流分为2档:取精电流的范围为0～1.25 mA;而粗电流的范围取为1.25～80 mA。分档后对精电流精度的误差要求为δ=0.510-3/1.25=0.000 4。若选取12位的D/A转换芯片, 其分辨率为1LSB=1/212=0.000 244, 可见能满足精度要求。为了进一步提高转换精度, 采用电压控制的恒流源向负载 (陀螺力矩器线圈) 提供电流[5]。由于电流是恒流源, 故它不会受负载变化以及电源波动等因素影响, 保证了转换精度。D/A输出的电压信号由计算机根据修正回路控制模型补偿各种寻北仪误差后解算控制输出。设计的力矩电流发生器原理框图如图2所示。

2.2 压控恒流源

压控恒流源由运算放大器、场效应管和晶体管等组成如图3所示。恒流源输出电流IL≈Io=UDAC0/R0, 与负载 (陀螺力矩器线圈) 电阻RL及电源电压变化无关, 而只受输入电压控制, 起到压控恒流作用。恒流源电路难点在于其精度的提高及实现, 取决于元器件的选择、印制板的设计编排、抗干扰措施的设计等因素。为此, 运放采用低漂移、高精度的OP27, Ro采用恒温性好的精密电阻。因为是分两档进行转换, 故当进行精粗转换时, 只要改变基准电阻Ro的数值即可, 即在基准电阻Ro上并联电阻小电阻Ro1将精电流转换为粗电流输出。

2.3 开关电路

开关电路是力矩电流发生器电路的重要组成部分。恒流源只能输出单方向的电流, 用开关电路可以实现流入陀螺力矩器线圈的电流方向的改变;同时, 恒流源的输出电流分粗、精2档, 也要对其基准电阻进行切换[5]。开关电路的理想程度将对系统性能产生较大的影响, 特别是其不对称性将造成系统零偏电流, 为此要求开关电路有极高的响应速度, 一般至少在μs量级[6]。为了提高电流输出精度采用高速继电器JRC-10M控制输出电流的粗、精档和正、负极性的转换, 由计算机通过控制ADT800的数字I/O口实现。由于修正回路修正电流的变化周期长, 继电器的寿命可以满足系统要求。开关电路部分原理图如图4所示。R2为限流电阻, 起保护作用。Ro, Ro1分别为粗、精电流控制电阻。PB3 (PB5) 控制继电器J1 (J3) 实现水平 (方位) 力矩器电流的极性控制, PB4 (PB6) 控制继电器J2 (J4) 实现水平 (方位) 力矩器电流的精粗控制。

2.4 ADT800模块应用

寻北仪中A/D、D/A、数字I/O功能的实现采用盛博公司的高速、高性能嵌入式数据采集和控制系统模块ADT800, 它具有24路TTL/CMOS兼容的数字I/O口、4通道12位D/A输出[7,8], 完全可以满足力矩电流发生器对D/A、数字I/O通道的要求, 而且剩余通道还有利于系统的改进与升级。

系统中, ADT800数字I/O地址为ADT800_BA+9, 与力矩电流发生器有关的各位定义如图5所示。

利用ADT800模块D/A通道中的DAC0 (DAC1) 通道输出的电压信号控制方位 (水平) 压控恒流源电路, 实现对方位轴 (水平轴) 的控制。

3力矩电流发生器软件设计

考虑到寻北仪的应用背景等因素, 选择DOS 6.22作为操作系统, 并选用UCDOS 6.0作为汉字平台。选用C++语言和Borland C++3.1集成开发环境为程序开发语言和开发环境, 采用面向数据流的分析和设计方法对软件进行开发。采用多中断和TSR技术增加软件的实时性和多任务处理能力[9]。

根据系统需求和模块化的基本原则, 将寻北仪软件划分为初始化模块、管理模块、定时中断模块和通讯模块四大组成部分, 如图6所示。

与力矩电流发生器有关的软件部分体现在初始化模块和定时中断模块部分, 包括ADT800的初始化、D/A控制和I/O控制。init_adt800 () 函数主要用于对ADT800模块的初始化, 包括A/D和D/A设置, 初始化数字I/O口等。

定时中断模块根据处理得到的加速度计信号、计程仪/GPS航速信息、倾角传感器姿态信息、键盘装订的参数、误差补偿量及系统所处的工作状态等实时解算出陀螺控制电流, 并向陀螺力矩器控制发送。

为了电流解算的方便, 程序中定义了几个数组:Kj[5], Ky[5], Kz[5], C1[5], C2[5], K2[5], K3[5], 分别用于存放状态转换积分系数、方位控制回路的状态转换系数、水平控制回路的状态转换系数、C1系数、C2系数、方位控制放大器放大系数、水平控制放大器放大系数。由于最终力矩电流是通过压控恒流源来实现的, 因此电流的解算就是得出相应的控制电压, 解算程序如下 (以罗经状态为例) :

系统软件除了完成上述的电流解算外, 还要对工作状态进行切换。根据加表采样值和dacy、dacz的大小及正负, 通过对ADT800_BA+9地址的置位/复位操作, 实现力矩电流精粗和极性的控制, 例如:

outportb (ADT800_BA+9, inportb (ADT800_BA+9) |0x01) ; //Iz精电流, 极性负, 即大电流输出并改变电流输出的方向

最后电流解算得到的对应控制电压通过ADT800的D/A通道输出给压控恒流源, 经V/I转换后输出至陀螺力矩器。实现D/A转换的函数为:

例如, 执行语句adt800_da_out (ADT800_BA, 0, Ddacy) , 即可实现向方位控制回路发送控制电压, 电压值大小为Ddacy。

4实验

为了检查力矩电流发生器所产生电流是否满足精度性能要求, 用Agilent E3620A直流稳压电源输入表1中所示的电压, 在压控恒流源输出电路的负载端接上7.8 Ω的精密电阻作为负载模拟电机绕组, 同时通过控制极性控制继电器和精粗控制继电器, 改变输出电流的极性和精粗, 用Agilent 34401A数字万用表测试流经模拟负载的电流, 所测结果如表1所示。

从表1所示的测试结果可以看出, 针对寻北仪微机控制需要而设计的力矩电流发生器, 其动态范围较大, 转换精度优于0.5 μA, 可广泛应用于寻北仪、电控罗经等惯性导航系统中。

参考文献

[1]刘强, 许江宁, 朱涛.寻北仪系统中旋转变压器/数字转换电路设计[J].国外电子元器件, 2006 (10) :48-51.

[2]许江宁, 卞鸿巍, 刘强, 等.陀螺原理及应用[M].北京:国防工业出版社, 2009.

[3]郑文成, 颜俐, 任勤勇, 等.基于DSP的动调陀螺寻北导航系统的设计及实现[J].中国舰船研究, 2010, 5 (1) :76-80.

[4]李安, 胡柏青.平台罗经[M].武汉:海军工程大学出版社, 2004.

[5]秦玲, 赖青贵, 张良.基于运算放大器的压控恒流源[J].强激光与粒子束, 2010, 22 (3) :553-556.

[6]李正喜.寻北仪用高精度动力调谐陀螺仪再平衡电路的设计[J].战术导弹控制技术, 2005 (2) :67-71.

[7]盛博科技.ADT 800产品说明书[EB/OL].2008-03-04.http://www.senboec.com/Uploads/bj-senbo/2008030416-32275902.pdf/.

[8]刘强.寻北仪的数据采集及处理技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2007.

[9]徐金华, 许江宁, 朱涛, 等.真航向测量系统接口箱实时任务调度[J].计算机测量与控制, 2004 (10) :35-36.

电流发生器论文 第2篇

【关键词】电力系统；电弧过电压；谐振

0.引言

在35KV及以下中性点不接地系统中，当发生单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2h不至于引起用户断电。但随着中低压电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，当发生单相接地时，接地电弧不能自动熄灭而产生电弧过电压，一般为3～5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，最终发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。最近从本地区电网发生的电压不平衡来看，电压异常波动基本发生在因天气刮风或设备原因造成的某处单相间歇或直接接地或断线时，为了使调度员在系统发生电压波动时能够明确区分故障类型，及时处理故障，保障电网安全运行，下面分别就接地、线路断线、PT熔丝熔断、谐振过电压等故障情况的不同表征详细进行归类分析，以供交流。

1.接地故障

一相金属接地时，相电压特征是一相电压为零，其他两相电压升高至线电压。结果判断为：一相金属性接地后正常的电压变化，电压为零相是接地相。一相非金属（经过渡电阻）接地时，相电压特征是一相（或两相）电压低，但不为零；另两相（或一相）电压高，近似线电压，随着过渡电阻的变化，各相电压发生较大幅度的波动，有时超过线电压。非接地的两相电压一般不相等。结果判断为：随着电阻变化，产生电压波动时带有接地过电压，这种情况往往是最高电压相的下一相（按正相序排列）为接地故障相。由断路器送电发出接地信号，相电压特征是三相电压瞬间波动，瞬间发接地信号。电压瞬间变化情况和一相断相或两相断相的电压情况相同。结果判断为：由于断路器三相接触不同期而造成的三相线路不能同时带电，使中性点产生位移。

2.线路断线

一相断相时，如一相线路断线或线路跌落断路器掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。断线相电压和中性点电压升高，非断线两相电压相等且降低，供电功率减少。结果判断为：三相对地电容电流不对称，通过非断相的两相电压相等和供电功率明显减少这两个特点，来区别接地故障和线路断相故障。两相断相，如两相线路断线或线路跌落熔断器两相掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。非断线相电压降低，断线两相电压升高，当两相断线较长时，中性点电压也会使交流监视装置发出接地信号。供电功率明显减少。结果判断为：由于三相对地电容电流不对称造成。这种两相断相的电压情况与金属性接地的电压情况相同。

3.单相接地与断线的区别

单相接地虽引起三相电压不平衡，但线电压值不改变。单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地接地相电压为零，其他两相电压升高1.732倍；非金属性接地接地相电压不为零，而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。断线不但引起三相电压不平衡，也引起线电压值改变。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但接近；本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。

4.母线PT熔丝熔断

PT一相一次熔丝熔断时，电压特征为一相电压大幅度降低，其他两相电压有不同程度的降低。PT一相二次熔丝熔断时，现象为中央信号警铃响，打出“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。

5.谐振过电压

谐振引起的二相电压不平衡有两种：一种是基频谐振，特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高；另一种是分频谐振或高频谐振，特征是三相电压同时升高。当相电压特征是一相电压低，但不为零，两相电压升高，超过线电压，表针打到头；或两相电压低但不为零，一相电压高，表针打到表头。结果判断为：有基波谐振，产生谐振过电压，电压最低相为接地相。当相电压特征是三相电压依次轮流升高，并超过线电压（不超过两倍相电压），表针打到头，三相电压表指针在相同范围内低频摆动。结果判断为：有分频谐振，产生谐振过电压。

6.结语

电流发生器论文 第3篇

1 硬件设计

下位机分为数字电路和模拟电路2个部分。数字电路部分将上位机发送的波形数据存储到存储器中,配合LCD和按键将数据转换为模拟量输出;模拟电路将数字电路DAC输出的阶梯形波形通过低通滤波进行平滑处理,接入功率放大电路线性放大。

1.1 数字电路部分

数字电路部分以TI公司的MSP430F149为控制芯片,负责数据的接收、存储、DAC输出以及各种外围器件的控制。DAC电路采用1片性能优异的8路串行D/A转换器MAX5307,配合1片电压基准芯片,由上位机通信下传的离散数据通过DAC的SPI串行口传入D/A转换器,可实现三相电压、电流以及零序电压、电流8路同时输出。SRAM采用IDT(Integrated Device Technology)公司生产的IDT71V256SA,其容量为32 KByte,存储8个通道12个周期的数据。读取数据时采用软件校验,根据波形数据的特点看,数值范围在0x0000~0x1000之间,如果出现个别数据读取错误,可以根据相邻2点的值进行校正。数字电路原理图如图1所示。

1.2 模拟电路部分

模拟电路包括有源二阶低通滤波器和功率放大模块。功率放大模块设计4块电压放大电路、4块电流放大电路,将DAC的8路输出线性放大。D/A转换产生的模拟量是一种阶梯形的离散数字点,本文采用二阶有源低通滤波器可以有效地滤除波形中的高频分量,使波形平滑。滤波电容采用高精度的独石电容,其具有多项优点:电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定、绝缘性好且耐高温,可以有效防止由于功放电路发热而引起的电容漏电现象。如图2(a)所示,电压放大电路采用三级乙类推挽放大,大功率精密电阻负反馈控制,第三级推挽电路加入限流电阻,对电路进行短路保护。经实验验证,电路可实现0~100 V线性输出,误差1%。如图2(b)所示,电流放大电路采用MOSFET对管推挽放大,大功率精密无感小电阻采样,差分比较电路作为负反馈。对管与电路板分离,防止功率管发热影响电路工作,4路电流功放电源采用分离式开关电源,隔离性好。经实验验证,电路可实现0~6 A线性输出,误差1%。

2 下位机软件设计

微机继电保护电压电流发生装置下位机软件设计采用IAR公司的集成开发环境IAR Embedded Workbench嵌入式工作台以及调试器C-SPY,采用C语言编写,基于模块化思想,分为主程序、液晶显示程序、存储器读写程序、串口中断程序、按键处理程序、定时中断程序。主函数开始关看门狗,初始化时钟,初始化液晶程序,调用液晶显示程序,在画面上出现“欢迎使用电压电流发生器”字样,等待5 s后,出现选择工作方式提示,若按下按键S1,则进入测试模式,目的是输出下位机自行计算的正弦波,验证装置的正确性。此时程序直接进入定时中断程序,输出工频为50 Hz的电压信号,每周期输出32点数据,这样定时器定时0.625 ms,每0.625 ms向DAC串行输出1点数据,8路同时输出,即同时向DAC 8路寄存器各串行输出1点数据。若在菜单下选择按键S2,程序则转到等待串口通信程序,此时通过上位机发送波形数据,下位机检测到串口中断,进入串口中断子程序,将上位机发来的24包,每包128点的数据直接存储到外部SRAM中,24包数据接收完毕,向上位机发出结束信号,程序关闭串口中断,进入定时中断程序,此时将输出上位机发送过来的正常波形数据,代表线路模型或者元件模型正常运行。按下按键S3,模拟线路模型或者元件模型发生故障,程序将输出上位机发送过来的故障波形数据。软件流程如图3所示。

3 上位机软件设计

3.1 PSCAD/EMTDC介绍

EMTDC是目前世界上应用最广泛的电磁暂态仿真程序之一,既可以研究交直流电力系统问题,又可以完成电力电子及非线性控制的仿真。PSCAD是EMTDC的前端图形化操作界面,利用软件提供的完整而精确的元件模型库,用户通过简单的操作即可建立适用于不同系统的精确模型。利用PSCAD的友好界面,用户能更方便地使用EMTDC进行电力系统分析,使电力系统中复杂部分的可视化成为可能。使用PSCAD时,用户在schematic中构建电路、运行计算、分析结果,并在完全集成的图形环境中管理数据,同时也具有在线绘图、控制、测量等功能。在仿真运行时,用户也可以任意改变系统参数,并直接观察结果。

3.2 接口软件原理介绍

除以上功能外,PSCAD/EMTDC还可以将仿真结果以文本格式输出,用户通过对这些数据进行分析,得到仿真系统的动态性能指标。PSCAD/EMTDC输出的波形数据是以.out为后缀的文件格式保存在以.emt为后缀的文件夹中,这些文件的所有数据都以列形式保存,每个文件里有11个通道,第1列通道是EMTDC的仿真时间,其余通道的标号保存在同名字下的.inf文件里,例如,对于abc.out文件中通道3,在abc.inf里有:PGB(2)Output Desc=“V2a”,Group=“Main”,Max=2.0,Min=-2.0,Units=“k V”,这代表通道3的数据是断路器2处的A相电压,显示范围为-2~2,单位为k V。信息文件中的输出通道数和仿真模型中的输出通道数相匹配,换言之,如果仿真模型中有30个输出通道,在数据文件中也相应有30个输出通道,但一个单一的输出文件只有11个输出通道,剩下的则按照顺序存储在多个输出文件中。

利用PSCAD提供的这些功能,开发了微机保护电压电流发生器的上位机接口软件。该软件可以将实验管理员事先在PSCAD界面组建好的电力系统模型以列表的形式显示出来,对于以掌握继电保护原理为目的的学习者不需要去掌握PSCAD的操作原理,直接点击自己想要的模型,然后运行它生成输出文件。在接口软件界面中可以直接观察到数据波形,查看模拟系统的参数,这样就相当于通过接口软件看到了一个真实的电力系统,也看到了一次侧观察点的电压、电流动态变化特性。以RS-232为通信接口,将波形数据传给下位机,下位机的硬件模拟电力系统二次设备,输出标准电压、电流,接入继电保护实验装置。

上位机软件采用VC++6.0为开发工具,其最大优点就是提供了功能强大的MFC类库,利用MFC的文档类和控件类开发了模型管理界面,利用文件类实现对PSCAD输出文件的读取和数据转换,利用串口类进行数据通信。实验员操作时,首先要在PSCAD软件中利用已有的模型搭建系统,设置步长,选择文件输出模式。接口软件运行以后,实验员要将搭建好的模型加载到“管理模型界面”,构成模型库。用户使用接口软件时,先运行已选择的模型,在接口软件中加载生成的数据。此时就可以通过接口软件观察到波形、系统参数等,也可以通过串口程序和下位机通信进行实验。系统框图如图4所示。

4 数据转换

由PSCAD/EMTDC仿真模型得到的数据必须经过处理,才能提供给下位机使用。

4.1 数据类型变换

首先,由仿真得到的原始数据是以字符的形式存在.out文件中,利用MFC的CFile类将字符读到事先定义的Buffer中,空格为结束符号,这样就得到了一个采样点的数据,编写子函数CSTring To Double()将字符串转换成双精度型。所有需要的数据都通过此子函数转换为双精度型,存储在事先定义的数组中。

4.2 采样率转换

PSCAD/EMTDC在计算仿真模型时,是由后台软件EMTDC进行计算,计算步长默认值为50μs。对于大多数模型,这是最有利于EMTDC计算的步长。界面软件PSCAD的采样步长是PSCAD对EMTDC计算的数据点的采样间隔时间,总是取EMTDC计算步长的倍数,即N50μs。这些点用来绘制波形图和向输出文件写入数据。PSCAD高速率的采样可以保证输出波形与EMTDC计算保持一致,但是下位机DAC输出为每周期32点,即采样周期为625μs。假设PSCAD采样率为2 000 Hz(每周期50点),根据采样定理,fs≥fm,为保证信号不重叠,信号最高频率为1000 Hz,而DAC采样率为1600 Hz,信号最高频率为800 Hz,所以要先对信号进行低通数字滤波处理。PSCAD的采样率(400fm/N)和DAC的采样率(32 fm)不是整数倍关系,不能通过抽点方式进行采样率转换,需要通过插值方式进行信号抽取。本文采用线性Lagrange插值方法,通过对相邻2个采样点(n,n+1)进行线性插值得到点y(i),公式如下:

4.3 DAC数据输出格式转换

经过以上处理,得到了可以用作模拟一次侧电压、电流的数据。为了符合下位机DAC芯片转换格式的要求,需要将数据进行二进制变换。下位机采用的模数转换芯片是单极性12位高精度的MAX5307,输入数字量范围0~4095,对应输出模拟量电压范围0~2 V。经数字滤波后得到的是带有符号的双精度型数据,利用下面公式进行数据变换:

U=(unsigned int)4096.0(U′+MAX_U)/(2MAX_U)I=(unsigned int)4096.0(I′+MAX_I)/(2MAX_I)其中,U′为原始电压数据;MAX_U为原始电压峰值;U为转换后的电压数据;I′为原始电流数据;MAX_I为原始电流峰值;I为转换后的电流数据。

经过以上处理的数据,满足下位机硬件的要求,通过串口通信传给下位机控制器。

5 实验结果分析

本文以PSCAD建立的单电源线路模型为例:220 k V等级下,负载容量100 MVA,工频50 Hz,输送线路100 km,在线路末端三相短路。运行接口软件,显示信号波形如图5所示。

接口软件与PSCAD软件波形显示一致,数据读取正确,运行硬件装置,配合微机继电保护实验仪进行试验,试验结果如表1所示。

经过实验验证,装置的软件算法选择正确,下位机硬件精度达到设计要求,满足配合微机继电保护实验仪的要求。

注:U1、U2为一、二次侧电压;I1、I2为一、二次侧电流。

6 结语

电流发生器论文 第4篇

2012 年6 月20 日钱营变电所钱03 开关更换工作结束后, 用钱04开关对钱03开关充电时, 钱110k V I段母线发生铁磁谐振过电压, 导致钱110k V I段母线电压显示不正常。

1.1 异常前钱营变运行方式

钱110KV II段母线由主系统供电供钱#2主变带钱营站全站负荷, 钱03开关冷备用, 钱04开关送电带钱110k V I段空母线及互01PT, 钱#1 主变热备用。其中钱04 开关为少油 (SW6 型) 断路器, 钱互01PT (钱110k V I段母线PT) 为电磁式PT (JCC6-110 型) 。异常前钱营变的运行方式如下图图1所示。

1.2 异常经过

由于进行钱110k V母线分段开关钱03开关更换的工作, 钱03 开关更换完毕后, 钱06 开关送电供钱110k V II段母线负荷, 钱04开关送电供钱110k V I段空母线, 现在用钱04 开关对钱03 开关充电。在断开钱04 开关后, 在电网数据采集与监控系统中发现钱110k V I段母线电压异常 (A相为98.5k V、B相为26.6k V、C相为98.9k V, 3U0为95.2V, 母线电压107.9k V) 。当时没有意识到是谐振问题, 派运行人员去检查钱04开关的实际位置及钱110k V I段母线PT (互01PT) 。当确认钱04 开关确已断开, 互01PT检查无异常后, 才意识到可能是谐振问题。随即断开电源线路钱04 开关的对侧开关, 钱110k V I段母线电压恢复正常, 由此判定这是一次比较典型的断路器断口均压电容和电磁式电压互感器串联引起的谐振。

2 谐振现象分析

谐振发生后了解到钱04开关型号为SW6型断路器, 钱110k V I段母线PT为JCC6-110 型电压互感器。正好存在用少油断路器 (钱04 开关) 断开带电磁式PT空母线的情况, 这是发生谐振的激发条件。变电所出现通过钱04 开关的断口均压电容与钱110k V I段母线电压互感器串联的运行方式, 这为发生铁磁谐振创造了一个良好的谐振电路条件。开始时钱04开关在合位, 当断开钱04开关时, 使母线电压波动, 回路出现扰动, 激发出铁磁谐振, 出现了较高幅值的过电压, 即110k V I段母线相电压A相为98.5k V、B相为26.6k V、C相为98.9k V。

少油断路器每相设置两个断口, 各断口均装设一只均压电容器。当断路器在分闸位置时, 两个断口的均压电容相当于串联接线。由于大电流接地系统三相电路的对称性, 为了研究方便, 我们将三相谐振电路图等效为如下图图2 的单相串联谐振电路, 设母线上接有电磁式电压互感器, 其电感为L1, 与其并联的相导体及母线对地电容为C0, 断路器断口并联的等效电容为C。当母线停电切除或恢复设备运行或其他运行方式中, 只要出现断路器断口电容与电压互感器形成串联回路, 同时母线对地电容C0 (数值较小) 与电压互感器并联后其伏安特性呈感性 (假设其等值电感为L) , 当电源电压出现的电压扰动 (如断开钱04 开关) 使互感器铁芯出现饱和以及动态等值电感的急剧下降到WL=1/WC时, 就产生铁磁谐振。以上钱营站母线电压异常现象的出现就是由于电磁式电压互感器在断路器分闸时与断路器并联均压电容及各种杂散电容形成串联谐振电路, 并在断开钱04开关时激发出铁磁谐振过电压。

3 预防类似铁磁谐振过电压的措施

由于大电流接地系统中电源系统和互感器中性点均接地, 各相的谐振回路基本上是独立的, 谐振可能在一相发生, 也可能在两相或三相发生, 一般应采用的方法如下:

①禁止出现空母线带电压互感器的热备用运行方式, 且在运行操作时应避免出现断口均压电容与母线电压互感器串联情况。在进行向空母线充电的类似操作前, 为避免发生铁磁谐振, 可采用以下两种方案:

方案一:可改变操作顺序, 即应先拉开电压互感器刀闸, 待母线充电良好后, 再合上电压互感器刀闸;母线停电时, 应先拉开电压互感器刀闸, 再进行母线停电操作。

方案二:可以采取由对侧开关带上线路进行充电, 以打破谐振的平衡, 避免发生谐振。可采用用顺24开关带顺泥线线路、泥110k V II段母线及其PT对泥01开关进行充电, 打破发生谐振的条件, 避免谐振的发生。其接线示意图如下图3:

②采用电容式电压互感器或增加母线电容量, 根本上消除此种谐振的可能性。增加母线电容量可以提高发生铁磁谐振的激发电压, 而实际运行中的变电站母线长度 (电容) 已经固定, 不能单纯为防止铁磁谐振过电压而增加其长度。增加母线电容量的另外一种方法是在母线上接一组耦合电容器来提高母线电容量。该方法只作为一种理论探讨, 实际中不如更换电压互感器经济、可行, 而且现在电网中电磁式电压互感器已逐步被更换为电容式电压互感器。

③在谐振初期, 当发现母线电压突然升高时, 迅速拉开电压互感器刀闸, 或迅速切断电源回路的开关及一切可以打破谐振的便捷方法来消除谐振过电压, 避免设备受损。

4 结语

本文针对钱营变发生的谐振现象, 利用谐振原理与知识, 分析了此次谐振发生的原因, 并对出现类似谐振过电压给出了快速有效地处理方法及预制措施, 以便工作中借鉴和运用, 提高系统运行稳定性、安全性和可靠性。

参考文献

电流发生器论文 第5篇

电力系统的中性点接地方式主要有直接接地、电抗接地、低阻接地、高阻接地、消弧线圈接地和不接地等, 也统称为大电流接地系统和小电流接地系统。我国3~66 k V电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式, 即小电流接地系统。该系统发生单相接地故障时, 不会破坏系统电压的对称性, 并且故障电流值较小, 不影响对用户的连续供电, 系统可连续运行1~2 h, 但伴随中低压电网的不断扩大, 架空导线及电缆出线增多、线路增长, 对地电容电流也大幅度增加, 当发生单相接地时, 接地电弧不能自动熄灭而产生电弧过电压, 一般为3~5倍相电压甚至更高, 致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿, 最终发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。

2 系统出现电压异常原因及判断处理

2.1 电网运行参数异常

运行参数异常主要有两种情况:一种是合空母线时产生的谐振, 此类谐振严重的情况甚至会导致压变因过电压而爆炸, 为避免这类情况的发生, 一般可在合空载母线前先将母线压变转为冷备用, 或者带馈线给母线送电。另一种是消弧线圈的脱谐度过低, 系统的不平衡电压过大产生了虚拟接地现象, 此时只要任意将一条馈线拉闸, 电压异常即可消失。

2.2 系统设备故障

2.2.1 接地故障

小电流接地系统单相接地是配电系统最常见的故障, 多发生在潮湿、多雨天气。按照接地类型, 又通常将小电流接地系统单相接地故障分为金属性接地和非金属性接地两类。

当系统发生金属性接地时, 系统中性点与故障相电压重合, 电压一般显示为接地相电压为零, 非故障相电压则上升或接近为线电压, 发"母线接地"信号。线路断线接地、瓷瓶击穿、线路避雷器击穿、电缆击穿、线路柱上断路器击穿等原因都会导致金属性接地的发生。

当系统发生非金属性接地时, 由于接地电阻的不确定性, 二次电压异常具有一定的隐蔽性, 电压一般显示为一相升高、两相降低;或者一相降低、两相升高, 不一定发"母线接地"信号, 容易与电压互感器熔丝熔断或二次回路接线错误等故障混淆, 仔细分析可发现, 这种情况下至少有一相电压超过了相电压, 这是熔丝熔断时不会出现的。

当判断为发生单相接地故障后, 当值调度员应通知值班人员详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象。如果不能找出故障点, 再通过将母线分段运行、拉线路转变运方等方法查找故障点。

35 k V系统馈线接地的判断和处理, 可以根据其对应负荷侧变电站的电压直接确定出故障线路。对10 k V系统而言, 可先拉开母联开关, 判断出接地故障出现在哪一段母线。然后采用"试拉法"查接地。对于馈线接地故障点的查找, 一般采用逐渐逼近法, 由负荷侧向电源侧逐一试拉, 确定故障线段, 也可以结合环网柜, 通过故障电流指示灯来帮助查找故障点。

2.2.2 断线故障

线路断线可分为单相断线和两相断线。一相断相时, 相电压一般显示为一相升高、两相降低, 或一相降低、两相升高, 三相电压不平衡, 有时发出接地信号, 电压的变化幅度与断线的长度成正比。

两相断相时, 非断线相电压降低, 断线两相电压升高, 三相电压不平衡, 有时发出接地信号, 当两相断线较长时, 中性点电压也会使交流监视装置发出接地信号。供电功率明显减少。三相电压的不对称与断线长度成正比, 还可通过馈线电流是否减少来辅助判断。

2.3 测量回路故障

2.3.1 当电压互感器高压熔丝熔断时, 受负载影响, 熔断相电压降低, 但不为零。

此时, 其他两相电压应保持正常相电压或稍低, 熔断相二次电压显著降低, 其他两相电压应保持为正常相电压或稍低, 由于断相出现在互感器高压侧, 互感器低压侧会出现零序电压, 发出"母线接地"信号。

2.3.2 当电压互感器低压熔丝熔断时, 电

压表现形式与高压熔丝熔断类似, 但由于熔丝熔断发生在低压侧, 影响的将只是某一个绕组的电压, 不会出现零序电压, 因此不会发"母线接地"信号。

此类异常可通过接地信号、母线电压、负荷侧电压来判断。如两条并列运行的母线, 只有一条发出接地信号, 电压异常, 而另一条电压正常, 则可判断为发接地信号的母线压变熔丝熔断。对于35k V系统母线电压异常, 还可根据其负荷侧的变电站或用户电压是否正常进行判断。

2.4 谐振过电压

谐振引起的三相电压不平衡有两种:一种是基频谐振, 特征类似于单相接地;另一种是分频谐振或高频谐振。

当相电压出现一相电压低, 但不为零, 两相电压升高, 超过线电压, ;或两相电压低但不为零, 一相电压高, 可判断为有基波谐振, 产生谐振过电压, 电压最低相为接地相。当是只带电压互感器的空载母线产生电压互感器基波谐振时, 需要立即投入一个备用设备, 改变网络参数, 消除谐振。而当相电压出现三相电压依次轮流升高, 并超过线电压 (不超过两倍相电压) , 三相电压表指针在相同范围内低频摆动可判断为有分频谐振, 产生谐振过电压。由于分频谐振多是由于发生单相接地激发, 所以在排除基波谐振的可能后, 调度员应按照常规原则进行线路的接地选拉, 找出接地或断线的故障相, 断开故障线路。另外当相电压特征是三相电压同时升高, 有的相超过线电压, 可判断为高频过电压, 但很少发生。

2.5 综合故障和特殊故障

对于综合故障, 如同相不同馈线同时接地、异相不同馈线同时不完全接地等, 处理方法会相对特殊。如同杆架设的双回线路, 上层一相断线并接地, 有可能碰下层线路。若是同相的, 引起两回路均接地, 必须两回路停电来消除。当同相接地的2条线路不是同杆架设时, 容易误判为母线接地, 特别是零序过流不动作时更是如此。若馈线能形成拉手, 则将线路转由其他母线供, 看是否引起母线接地, 以此来判断该线路是否接地。若没有拉手接线, 则将母线上所有馈线拉开, 进而判断是否母线故障。若不是母线故障, 再逐一试送以确定故障线路。另外当有一相高压熔丝熔断及一相接地同时出现, 当熔断相与接地相是同一相时, 接地熔断相升高或降低都有可能, 其余两相升高。当接地相与熔断相是异相时, 接地相为零, 熔断相可能升高, 也可能降低。

此外对于一些特殊的情况也需要特别判断, 如电压互感器三相或两相熔丝熔断和线路单相接地同时出现, 由于三相电压为零, 无法判断是否有接地, 可先按熔丝熔断进行检查处理, 若在开关室后听到母线有电晕放电声, 则说明有接地故障, 需先处理接地故障, 再处理电压互感器熔丝熔断。对由于互感器接线错误、三相负载不对称等原因造成的二次回路电压异常, 在变电站送电之前应做好电压互感比角相差试验及伏安特性试验来防止此类情况发生。

结语

电压异常是小电流接地系统经常遇到的问题, 当电网电压发生波动时, 运行人员应根据电压波动的规律综合判断故障类型。结合上述的情况分析, 概括了日常工作中常用的判断方法, 通过归纳汇总, 能够更好的帮助调度、值班人员尽快确定故障性质, 提高工作效率, 确保电网更加平稳运行。

摘要：电压不平衡是电力系统常见的一种现象, 针对经常遇到的小电流接地系统电压异常的问题, 笔者结合现场工作经验, 分析电压异常的原因, 包括电压互感器高压熔丝熔断、低压熔丝熔断、一次系统直接接地故障、一次系统线路断线故障、谐振过电压等, 按不同特征进行归类分析, 供调度、值班人员交流应用。

关键词：电力系统,小电流接地系统,电压异常

参考文献

[1]李润先.中压电网系统接地实用技术.中国电力出版社, 2002.

电流发生器论文 第6篇

在仪器设计开发或维修过程中,常常用到模拟传感器的输出信号,多数为电流信号,有时是频率信号。一般的开发公司大都使用购置的电流发生器或函数发生器,这些仪器价格高,体积大,不便于在现场使用。因此多数用户在维护仪表时只能利用传感器进行试验,或自制一些简陋的试验电路进行试验,造成现场仪表维护工作难度增加,同时又达不到相应的调校精度,从而使仪表的测量精度和准确度大大降低,严重的可能引起重大事故。为解决这一难题,利用AD694及单片机开发了一种简单的电流频率信号发生器。该发生器可输出0～20.000m A的电流,可输出100.0～10KHz的方波频率。此发生器体积小,便于携带,可手动设置,还可与PC机相连设置。

2 电流频率信号发生器硬件电路设计

2.1 硬件框图

电流频率信号发生器硬件电路由CPU、电流输出电路、频率输出电路、显示电路、键盘电路、通信电路等组成,硬件框图1所示。电流输出或频率输出根据键盘或PC机设置输出一定的信号,显示部分显示设置信息,E2PROM可存储标定值或设置值。

C P U选择具有P C A功能的5 1系列单片机,本装置选用P89C51RA2单片机。P89C51RA2单片机除具有51内核功能外,还具有PCA功能和系统可编程功能,具有8KB的Flash Memory[1]。

2.2 电流输出电路

电流输出电路由D/A及V/I转换电路组成,其中V/I转换芯片采用Analog Devices公司生产的AD694。AD694是一种高性能V/I转换器,具有多种输入、输出方式,可方便地调零和调量程。由于AD694具有多种输入、输出方式,本方案的输出电流为0-20.000mA,考虑到电流输出侧能驱动更大的电阻值,若将AD694设置成输入电压为2.5V,供电电压为15V,则应将AD694的9脚接到大于3V电压,4脚接到5脚,使用10V参考电压[2]。

D/A转换芯片采用Texas公司生产的DAC8571。DAC8571是16位D/A转换芯片,工作电压为2.7-5.5V,转换时间为10μS,上电后具有自动调零功能,与CPU接口为I2C总线[3]。利用REF02为DAC8571提供5.000V的参考电压。电路如图2所示。

2.3 频率输出电路

频率输出电路利用CPU的PCA的高速输出模式,在P1.3(CEX0)上产生100-10KHz的方波频率,由于频率信号其幅值不是主要参数,利用D/A输出改变幅值,输出幅值在0-13V之间可调。电路如图3所示。

2.4 显示电路

显示采用JM12864LCD显示器。JM12864是内带中文字库的显示器,将LCD的PSB端接高电平,采用并行数据方式,LCD的8位数据接口接到CPU的P0口,RS与P2.0相连,P2.1与R/W相连,P2.3与E相连,P2.4为LCD的复位控制端[4]。电路如图4所示。

2.5 通信电路

通信电路利用一片MAX232完成电平转换,电路如图5所示。通过通信电路,可用PC机的软件进行设置输出电流或输出频率。

3 软件设计

软件部分由显示程序、键盘程序、D/A输出程序、频率输出程序、通信程序、标定程序等组成,代码采用C51编写,经KEIL编译生成HEX文件,由编程器或经CPU的ISP功能写到CPU的程序存储器中。下面介绍几个主要功能模块。

3.1 电流输出程序

电流输出程序由D/A值运算程序和D/A输出程序两个函数完成。在D/A值运算程序中,根据电流输出设置值及标定值算出当前输出电流的D/A值,将此值送到DAC8571中即可完成设置的电流输出。程序流程如图6所示。

由于DAC8571与CPU接口为I2C总线,其读写时序可与任何I2C总线相同,将单片机的P2.6与P2.7分别与DAC8571的SDA及SCL相连,利用软件模拟I2C总线时序,对DAC8571写数据,只要将待转换的数据写入到DAC8571中,DAC8571就开始转换[5]。DAC8571转换函数如下:

3.2 频率输出程序

频率输出程序是利用CPU的PCA高速输出功能完成,在使用PCA高速输出模式时,要根据输出频率算出时间常数,并将时间常数送到CCAP0H和CCAP0L中,同时对PCA进行初始化,使之工作在高速输出方式[1]。在PCA中断服务程序中要不断修改CCAP0H和CCAP0L值,使用内部时钟,四分之一晶振频率的情况下,时间常数的算法为:

其中:CCAPHL为16位初值,应将其分高8位和低8位分别送到CCAP0H和CCAP0L,fosc为晶振频率,Fo为输出频率。以下是频率输出的3个函数:

(1)设置P1.3为高速输出模式的频率输出函数

void PCA0_init()//设置PCA_0为频率高速输出模式函数

(2)PCA中断服务程序

在此程序中只要将时间常数加到CCAP0H和CCAP0L中即可。

(3)计算频率常数函数

此函数中的形参为输出频率,根据输出频率可算出PCA的时间常数。本程序应在PCA初始化前使用。

标定程序是在电流发生器初次使用或输出电流不准时使用,标定值为电流输出为20.000mA时的D/A输出值,标定值保存在E2PROM中。在标定时使用五位半的数字电流表接在电流的输出端,观察电流输出值,利用键盘调节输出值的大小,直到电流输出为20.000mA时,按确认键即可将标定数据保存到E2PROM中,在以后电流输出时只要使用此值算出相应的D/A输出值送到DAC8571中就可输出相应的电流值。程序流程如图7所示。

4 试验结果

4.1 电流输出试验

在电流输出端接400负载,用UT805型5位半数字万用表,200.0mA电流档,从0-21mA按1mA间隔给定电流输出值,实测值与误差见表1所示。

由于在电流输出为0mA时,测量仪表的示值为0.002mA,在计算误差时要从实测值中减去0.002,再计算实际误差。从实测值看,只有在小电流输出时误差偏大,但也在要求范围内,因而电流的输出精度完全满足要求。

4.2 频率输出试验

在频率输出端接一个1K负载,利用TDS1021示波器,测量频率输出。由于本仪器主要是为瓦斯测控分站使用,而瓦斯测控分站的输入频率为200-1000Hz,故本测试只从100-2000Hz测试,每间隔100Hz测量一次,试验结果如表2所示。

由于所使用的测量仪器精度有限,在超过1000Hz时,所测得值只精确到1Hz,小数点后一位无法读出。

利用PCA高速输出模式时,如果想输出更低频率时,在初始化PCA时,其计数时基可用T0计数溢出方式,如果想输出更高的频率可将CPU的外部晶振频率提高。

5 结束语

利用AD694及CPU的PCA的高速输出模式,结合单片机控制设计的电流频率发生器,经实验室和现场使用,具有输出精度高,输出信号稳定,使用方便等优点,是现场仪表维护不可缺少的仪器。本仪器已在煤矿维护瓦斯监控分站中使用近一年,各项指标达到设计要求,为现场提供了完善的测试手段,同时也降低了维护时间和成本。

摘要：针对现场维护仪器的需要,提出了一种基于AD694和P89C51RA2单片机的电流、频率信号发生器的设计方案,详细地介绍了AD694的使用及P89C51RA2的PCA高速输出模式的设置方法,并给出了主要的程序流程图及程序片段。该信号发生器可实现输出0～20.000mA的电流和100.0～10KHz的方波频率,输出信号精度高、稳定。

关键词：AD694,电流,频率,PCA

参考文献

[1]Philips Semiconductors.P89C51RA2xx/RB2xx/RC2xx/RD2xx 80C51 8-bit Flash microcontroller family 8KB/16KB/32KB/64KB ISP/IAP Flash with 512B/512B/512B/1KB RAM[EB/OL].http://www.nxp.com,2002.

[2]Analog Devices.AD694 4-20 mA Transmitter[EB/OL].http://www.analog.com,2002.

[3]Texas Instruments.DAC8571 16-BIT,LOW POWER,VOLTAGE OUTPUT,I2C INTERFACE DIGITAL-TO-ANA-LOG CONVERTER[EB/OL].http://focus.ti.com.cn,2003.

[4]范立南,谢子殿.单片机原理及应用教程[M].北京:北京大学出版社,2006.