新型自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的研究-软件部分

摘要配电网中性点采用消弧线圈的方式，对于改善电网供电质量、提高供电可靠性和保证整个系统安全运行都有十分重要的意义。

本文所做的工作就是在了解国内外配电网中性点接地方式发展及其现状的基础上，完成自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的设计。

该装置在系统正常运行情况下能够在线自动跟踪补偿电网对地电容电流的变化，而且在故障情况下能够对电网提供补偿电流，以减小故障电流，避免单相接地故障发展成为相间故障。

本文主要分析了消弧线圈国内外的发展现状、自动调谐原理和控制方法，并基于三相五柱式消弧线圈利用DSP设计出了控制器。

该控制器是以TMS320LF2407为核心，本文阐述了该控制器的工作原理，并在硬件的基础上对其软件进行了设计，它具有查看、设置和查询记录三个功能。

查看功能可以显示当前电网的零序电压、电流和脱谐度等参数；设置功能主要是对时间日期和故障电压限值等修改；查询记录则是用来调用以前的电网参数记录。

详细的画出了查看、设置、查询记录、键盘扫描、A/D转换、液晶显示和时钟等功能模块的流程图。

最后简单的介绍了软件的抗干扰措施。

关键词：消弧线圈；调谐原理；DSPABSTRACTThe arc suppression coil grounding manner of the distribution system is vital to the quality and reliability of the power supply,and it increases the security of the circulating network.By knowing the development and the present situation of the foreign and internal distribution nerwork’s grounding manners.This paper .presents a auto-track conpensating controlling device which not only can track but also compensate the changing capacitance current when the power system happens single-phase-to-earth fault .It decreases the fault current to avoid the single-phase-to-earth fault become phase-to-phase fault.This article mainly analyzes the development of arc-suppression coil of domestic development situation, principle of automatic tuning and control method, and based on arc-suppression coil with three phases and five columns using DSP controller was designed. The controller uses TMS320LF2407 as the core, this paper expounds the working principle of the controller, and the design of software is based on the hardware, it has three functions: check,setting and records. The check function can display the zero-sequence voltage, zero-sequence current out-of-resonance degree and so on, setting function is set to change date time and limit of fault voltage, Records is used to record the network parameters before calling. Detailed picture out of functional modules of the chart,they’re view, setting, record, the keyboard scan, A/D conversion, LCD display and clock. Finally the simple introduces anti-interference measures of the software. Keywords:arc suppression coil ;tuning principle ;DSP目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 国内外消弧线圈的发展概况 (1)1.3本论文主要完成的内容 (5)2 自动跟踪补偿消弧线圈自动调谐原理 (6)2.1消弧线圈的补偿原理 (6)2.2消弧线圈的调谐方法 (8)2.2.1相位法 (9)2.2.2极值法 (12)2.2.3模型法 (13)2.2.4注入信号法 (14)2.2.5两点法 (15)2.2.7三点法 (15)2.3消弧线圈的自动控制方法 (16)2.3.1调匝法 (16)2.3.2调气隙式 (17)2.3.3磁饱和电抗器法 (18)2.3.4并联电容器法 (18)2.3.5二次调感式 (20)2.4晶闸管二次调感原理 (20)3自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的软件设计 (24)3.1 DSP技术简介 (24)3.1.1 DSP芯片系统结构及其特点 (24)3.1.2 TMS320LF2407片内资源简介 (25)3.2自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的工作原理 (26)3.3自动跟踪补偿消弧线圈测控单元的软件设计 (27)3.3.1软件主程序 (27)3.3.2查看模块 (30)3.3.3设置模块 (31)3.3.4查询记录模块 (32)3.3.5 A/D转换模块 (34)3.3.6键盘扫描模块 (35)3.3.7液晶显示模块 (36)3.3.8时钟芯片模块 (39)4 系统抗干扰措施 (42)4.1三种软件抗干扰措施 (42)4.1.1循环指令技术 (42)4.1.2假中断向量 (42)4.1.3 WATCHDOG定时器 (43)4.2软件抗干扰的优点 (43)结论 (44)参考文献 (45)翻译部分 (48)英文原文 (48)中文译文 (59)致谢 (69)1 绪论1.1 概述电力系统中性点运行方式的确定涉及到供电可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护和自动装置的正确动作、通讯干扰、系统稳定等许多问题，因此，进几十年来，电力系统中性点运行方式的研究和应用，一直是国内外研究者的关注问题。

长期以来，我国6-66kV配电网的运行主要采用中性点不接地或消弧线圈接地两种方式。

随着配电网络的扩大以及电缆线路的增加，自然熄弧变得越来越困难。

对于中性点已经采用消弧线圈接地系统而言，许多配电网中的消弧线圈的容量已经远远不能满足配电网中电容电流的补偿要求。

运行经验表明10kV架空线路上，当接地电流超过10A时，自然熄弧就已经很困难。

在此种情况下，易产生间歇性电弧过电压或电磁式电压互感器的铁磁谐振过电压，或由单相接地发展为相间短路故障，直接威胁电网的安全运行。

新颁布的电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定3-10kV架空线路构成的系统和所有35kV、66kV电网，当单相接地故障电流大于10A时，中性点接地应采用消弧线圈接地；3-10kV 电缆构成的系统，当单相接地电流大于30A时，中性点应装设消弧线圈。

1.2 国内外消弧线圈的发展概况消弧线圈是由德国人Petersen在1916年提出的。

消弧线圈是一种铁心带有空气隙的可调电感线圈。

消弧线圈的补偿电流有分级（阶段）调节和无级（连续）调节之分，调节方式又有手动和自动之别，而自动调节的又有在发生接地故障前预先调节的预调式和出现接地故障后的迅速调节的随调式两种。

二十世纪九十年代初期，我国现场采用的消弧线圈调谐方法是根据己设的方案，对不同的运行方式人工调节消弧线圈的分接头，使电网的脱谐度、残流和中性点位移电压在规定的范围内。

这种方法需将消弧线圈从电网上脱离，手动操作调整消弧线圈的分接头，对于复杂的电网，确定调谐方案相当费时。

这种调节方式因不能自动跟踪系统参数的变化，调节和运行极为不便，由于无法保证合理的脱谐度，因而造成安装了消弧线圈后仍然发生过电压事故，致使使用单位就运行方式及消弧线圈调节补偿度编制了复杂的运行操作规程，增加了运行人员的负担。

另外规程要求每年对电网电容电流实测一次，重新设定补偿方案，工作量很大。

目前这种调匝式消弧线圈逐渐退出配电网。

自动跟踪补偿消弧装置是靠自动装置按电网电容电流的变化来改变消弧线圈的电感，使单相接地电容电流得到来自消弧线圈的电感电流的有效补偿。

自动装置的工作原理是根据在线实时测量的电网中性点的电压、电流信号，依据电网脱谐度和信号相位角之间的关系，利用微机或单片机计算电网的脱谐度并控制有载调压式消弧线圈的档位进行自动跟踪调谐，使系统始终运行在设定的脱谐度范围内。

国内对配电网采用消弧线圈接地方式进行了理论分析及应用技术研究，根据目前可控电抗器的发展，相应推出了几种自动跟踪补偿消弧限压成套装置。

有调节铁芯气隙式消弧线圈、有载调匝式消弧线圈、晶闸管投切电容式消弧线圈的、高短路阻抗变压器式消弧线圈、直流助磁式消弧线圈(或偏磁式消弧线圈)、磁阀式消弧线圈、三相五柱式消弧线圈等等。

（1）调气隙式属于随动式补偿系统其消弧线圈属于动芯式结构，通过移动铁芯改变磁路磁阻达到连续调节电感的目的。

然而其调整只能在低电压或无电压情况下进行，其电感调整范围上下限之比为2.5倍。

控制系统的电网正常运行情况下将消弧线圈调整至全补偿附近，将约100欧电阻串联在消弧线圈上。

用来限制串联谐振过电压，使稳态过电压数值在允许范围内（中性点电位升高小于15%的相电压）。

当发生单相接地后，必须在0.2s内将电阻短接实现最佳补偿，否则电阻有爆炸的危险。

该产品的主要缺点主要有四条：工作噪音大；可靠性差；调节精度差；过电压水平高；功率方向型单相接地选线装置不能继续使用。

（2）有载调匝式消弧线圈该装置属于随动式补偿系统，它同调气隙式的唯一区别是动芯式消弧线圈用有载调匝式消弧线圈取代，这种消弧线圈是用原先的人工调匝消弧线圈改造而成，即采用有载调节开关改变工作绕组的匝数，达到调节电感的目的。