消谐装置的作用及工作原理Word下载.docx

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1．本产品选用微处理器为Intel公司的十六位单片机芯片80C196。

2．设置和调试等人机界面采用汉字菜单选项。

3．谐振波形和谐振有效值大小可直接显示，便于对发生的谐振进行分析。

4．设置了串行通讯接口RS-232C、RS-422和RS-485。

5．可循环记录16条谐振故障信息。

6．投运后，本机基本上不需要维护。

五、硬件结构

装置总体构成如图1所示。

主要由CPU主板、信号转换和消谐板：

显示键盘板、电源模块等组成，各板的功能如下：

5.1CPU主板：

为本机的核心部分，完成数据采集、数据处理、消谐控制及与其它设备的通信。

5.2信号转换和消谐板：

主要部件有电压互感器、可控硅及触发电路。

电压互感器用于完成母线零序电压到低电平小信号的转换，消谐部分是当系统发生谐振时，接受CPU命令，可控硅快速导通,将PT开口三角与消谐电阻连接，这时系统的铁磁谐振在这一强阻尼下快速消失，而后可控硅又恢复阻断状态。

5.3键盘显示板：

由液晶显示电路、键盘电路、CPU接口电路等组成，该板做为人机对话接口，完成各种信息的中文显示及键盘命令的输入。

六、技术指标

1、适用范围：

3kV―66kV系统

2、适用谐振频率：

高频、低频、工频谐振

3、消谐路数：

1~4路

4、消谐时间：

小于100ms

5、电压测量精度：

0.5%

6、频率测量精度：

±

1Hz

7、型号及功能配置表

型号

母线段数（最大）

消谐路数（最大）

跳闸功能

通信功能

报警功能

PWX-50A

1

无

有

PWX-50B

2

PWX-50C

3

PWX-50D

4

WXZ196系列微机消谐装置

1概述

WXZ196系列微机消谐装置是我公司针对电力部门和用户由于铁磁谐振而时常发生的电压互感器（PT）烧毁甚至爆炸的恶性事故，在广泛征求用户意见的基础上，新近研制生产的一种智能消谐装置。

它以美国Atmel公司的精简指令集（RISC）单片微控制器ATmega128为采样运算、逻辑判断和控制中心（CPU），经大功率、无触点消谐元件为出口，以点阵液晶显示器（LCD）、信号指示灯、触摸按键和微型打印机及RS485现场通讯总线为人机接口，配以智能化的软件，组成了技术和原理先进、使用简单方便的“傻瓜型”诊断、消谐、记录装置。

该装置实时显示系统时钟及PT开口三角电压17HZ、25HZ、50HZ、150HZ四种频率的电压分量，可以区分过电压、铁磁谐振及单相接地，并配置通信接口把各种故障信息传送至有关部门，适用于无人值守变电站。

2型号说明

WXZ196-□

设计序号

合创公司微机产品代码

装置

消谐

微机型

表2-1

设计

序号

配置

外型尺寸

宽×

高×

深（mm）

开孔尺寸

高（mm）

打印机

串行通讯

1

有

无

278×

185×

130

228×

179

2

3

162×

182×

160

128×

4

3使用条件

3.1户内使用，并且室内通风良好。

3.2海拔高度≤2Km。

3.3环境温度-10～50℃

3.4相对湿度≤90%

3.5大气压力80～110Kpa。

3.6周围介质无导电尘埃与导致金属或绝缘损坏的腐蚀性气体、霉菌等。

4技术参数

4.1工作电源DC/AC100-260V

4.2功耗

4.2.1电源回路DC220V≤30W或AC220V≤30VA

4.2.2交流电压回路≤1VA

4.3交流额定电压100V

4.4可以根据用户要求特制。

5装置特点

5.1CPU采用美国Atmel公司精简指令集（RISC）单片微控制器ATmega128，数据采集、运算、逻辑判断、控制输出等速度快，精度高，自带“看门狗”（Watchdog）电路，抗干扰、自检及自恢复等能力强。

5.2采用128×

64点阵液晶显示器（LCD），全中文化，显示信息丰富。

5.3智能化软件技术，原理先进，性能稳定，安全可靠。

5.4实时显示系统日历、时钟、PT开口三角电压4种频率：

3分频（17Hz）、2分频（25Hz）、工频（50Hz）、3倍频（150Hz）的电压分量。

5.5可以判别过电压、铁磁谐振及单相接地，并对铁磁谐振迅速消除。

5.6对各种故障均可给出告警信号并显示、打印和保存有关信息。

5.7微型打印机可以及时打印输出故障报告（故障类型、故障时间及PT开口三角电压4种频率的电压分量）。

5.8有记忆功能，可存储10次最近发生的故障信息，掉电后不丢失。

5.9消谐元件出口功率大、无触点。

5.10通过菜单提示和面板按键整定，调试和维护简单、方便。

5.11接线简单，安装方便。

5.12硬件、软件冗余设计，抗干扰能力强。

5.13适用于各种电压等级的PT。

5.14配置通信接口把各种故障信息传送至有关部门，适用于无人值守变电站。

5.15配置有压敏元件，可对铁磁谐振进行实时在线消除。

5.16使用了最优决策算法，寻找合理的消除点，使消谐操作更趋合理。

6工作原理

6.1PT产生铁磁谐振的原因

电力系统中有大量的储能元件，如电压互感器、变压器、电抗器等电感元件，电容器、线路对地电容、断路器的断口电容等电容元件。

这些元件组成了许多串联或并联振荡回路。

在正常的稳定状态下运行时，不可能产生严重的振荡。

但当系统发生故障或由于某种原因电网参数发生了变化，就很可能发生谐振。

譬如在中性点非有效接地系统中：

一相断线接地，受电变压器和相间电容；

电压互感器和线路对地电容；

空载变压器和空载长架空线电容所形成的振荡回路，都有可能发生谐振。

谐振常常引起持续时间很长的过电压。

电压互感器一类的电感元件在正常工作电压下，通常铁心磁通密度不高，铁心并不饱和，如在过电压下铁心饱和了，电感会迅速降低，从而与电容产生谐振，这时的谐振称作铁磁谐振。

铁磁谐振不仅可在基频下发生，也可在高频和低频下发生。

正常运行时，电压互感器开口三角的电压（3U0）理论上是0V，在实际中一般也不超过10V。

系统发生单相接地故障时，3U0将迅速升高到30V，有时更高，达到120V，形成过电压。

当系统上电时，由于三相不同期等原因（存在有如瞬时接地故障等的现象，）会在电压互感器中产生很大的谐波电流，导致互感器内部铁芯饱和，使二次侧的波形发生畸变，当畸变足够大时，就形成了铁磁谐振。

另外也有因磁滞损耗和涡流损耗而形成谐振的情况。

在形成的谐波含量中，16.667Hz，25Hz，150Hz三种成分比重较大，其他的分量相对很小，一般忽略。

6.2铁磁谐振产生的条件

6.2.1中性点非有效接地系统；

6.2.2非线性电感元件和电容元件组成的振荡回路。

回路线性状态时的自振频率小于某次低频谐振频率，当铁芯饱和而电感减小时，回路自振频率增加到恰好等于某次低频的谐振频率；

6.2.3振荡回路中的损耗足够小，所以谐振实际上发生在系统空载或轻载时；

6.2.4电感的非线性要相当大；

6.2.5有激发作用，即系统有某种电压、电流的冲击扰动，如跳、合闸，瞬间短路等。

6.3铁磁谐振消除原理

装置实时监测PT开口三角电压，运用DFT算法计算出零序电压四种频率的电压分量。

本装置较目前市场上同类设备增加了压敏元件，该元件的电抗随谐波电压而变化，从而破坏PT铁磁谐振的产生条件。

达到了实时在线消除运行过程中瞬态谐振的目的，极大地降低了谐振产生的可能性。

如压敏元件未能完全消除PT产生的铁磁谐振，则瞬间启动大功率消谐元件予以消除。

在消谐过程中，使用了最优决策算法，即寻找合理的消除点。

我们知道，谐波电压中16.667Hz（≈17Hz），25Hz，150Hz谐波分量叠加在50Hz的基波上，将使基波波形发生严重畸变，在消谐元件出口消谐时，如不区分具体的消除点，就很容易造成PT运行的不安全，并且出口在谐波的过零点时就没有意义。

所以根据最优决策理论，应该寻找那些基波过零点与谐波峰值之间的黄金分割点（0.618）进行消除，这样既可以消除谐振又能保证基波不受或少受影响（图6—1）。

当谐振发生时，每隔一微小时间段启动一次大功率消谐元件，启动3次算作一段，如果在第一段消谐过程中未能完全消除，隔一定时间启动第二段，若仍未能完全消除，则隔一定时间启动第三段。

之后如谐振故障依然存在，则为了PT安全的考虑，不再启动大功率消谐元件，只用压敏元件予以实时在线消除。

直到谐振完全消除。

6.4动作判据

6.4.1谐振判据：

17Hz谐波电压≥17V，25Hz谐波电压≥25V，150Hz谐波电压≥33V。

6.4.2接地判据：

基波电压≥30V。

6.4.3过压判据：

基波电压≥120V。

6.4.4返回系数：

93.75%。

7使用说明

装置加电自检后进入运行状态，绿色“运行”指示灯闪烁，液晶显示器（LCD）实时显示PT开口三角17Hz、25Hz、50Hz和150Hz四种频率的电压分量（图7—1）。

在运行状态下按或键可以切换显示界面为日历时钟状态（图7—2），或由显示日历时钟状态切换回显示谐波电压状态（图7—1）。

在运行状态下，若系统发生接地、过电压故障或PT产生铁磁谐振，装置判断出故障类型，点亮面板相应指示灯，通过装置端子发出相应的告警信号，同时在液晶上交替显示故障类型、时间（图7—3）和谐波数据（图7—4），并根据用户整定情况触发蜂鸣器或打印故障报告（图7—5）。

同时与后台监控装置实时通讯，上传当前运行状况，详细通讯规约见第10节“通讯规约”。

如故障类型为PT铁磁谐振，则瞬时启动消谐元件予以消除。

在运行状态下按键进入调试状态，此时显示调试主菜单（图7—5）。

如为WXZ196-3型装置，调试主菜单如7—6。

光条位于第一项，按或键可移动光条，按键进入光条所在项的子菜单。

7.1修改时钟（图7—7）

按或键可移动光标，按或键修改时间数值，修改完毕后按键确认，按

键取消修改，并返回主菜单。

修改数值时，按或键不放，可连续增减数值，以便快速整定。

7.2系统配置（图7—8）

按或键可移动光条，按键进入光条所在项的子菜单。

需注意的是，整定完毕后必须按键返回上级菜单。

7.2.1蜂鸣器开关（图7—8）

此时光标位于当前整定状态，可按或键移动光标修改整定值，修改完毕后按

键确认，按键取消修改，并返回上一级菜单。

7.2.2打印机开关（图7—9）

7.2.3装置通讯地址（图7—10）

此时显示当前装置通讯地址，按或键修改数值，修改完毕后按键确认，按

键取消修改，并返回上一级菜单。

地址范围为1～99。

7.2.4通讯波特率（图7—11）

键确认，按键取消修改，并返回上一级菜单。

波特率可在2400、4800、9600三种之中选择。

7.3系统自检（图7—12）

按或键可移动光条，按键执行光条所在项的功能。

7.3.1指示灯检查（图7—13）

此时面板接地、过压、谐振、异常红色指示灯闪烁。

按键返回上一级菜单。

7.3.2打印机检查

此时打印机打印测试信息（图7—14）

7.3.3继电器检查（图7—15）

按下键，光条所在项对应的继电器打开或闭合，同时液晶上显示其状态。

7.3.4查看采样值（图7—1）

液晶显示当前采样值，在此状态下，若有系统故障，装置不动作。

此功能仅用于对通道的增益和采样精度进行校准。

7.4故障报告

执行该项功能时显示如图7—16所示子菜单。

按或键可移动光条，按键执行光条所在项的功能。

7.4.1查看故障报告

首先显示最新的故障报告，按键翻看下一个故障信息。

如无故障记录，在主菜单按

键后无反应；

查看完毕后或按键返回主菜单。

查看故障报告时，若按下键，将询问用户是否打印（图7—17）该报告，此时可按

或键移动光标进行选择，选中“确认”项后按键进行打印（图7—19）并返回故障查看状态；

按下键或选中“取消”项并按下键，返回故障查看状态。

装置最多可存10重报告。

7.4.2清除故障报告（图7—18）

按或键移动光标进行选择，选中“确认”项后按键清除所有故障报告，并返回主菜单；

按下键或选中

“取消”项并按键，取消清除操作并返回主菜单。

注意：

①在调试状态如果1分钟未按键，则自动返回运行状态。

②在调试状态下按键返回运行状态。

③在调试状态下若发生系统故障，由于装置未投入运行，故不动作。

8打印机使用说明

8.1打印纸宽44.5±

0.5mm，厚0.07mm，纸卷外径50mm。

8.2兰色色带装于可拆卸色带盒中。

8.3前面板上有两个按键（SEL-联机/脱机，LF-走纸/停纸）、联机指示灯、出纸口。

8.4同时按下SEL和LF键，打印机进入自检状态，打印输出打印机自带的标准字符集。

8.5打印机联机时指示灯亮，脱机时指示灯灭。

按SEL键可切换联机/脱机状态。

8.6在脱机状态下，按LF键开始走纸，再按下LF键停止走纸。

8.7需更换打印纸时，打开装置面板，取下纸轴，更换纸卷后重新安好纸轴，将打印纸穿入出纸口，并加电走纸，待纸穿过出纸口后使之停止走纸。

8.8需更换色带时，取下打印机的面罩，出纸口下部的黑色塑料盒即为色带盒，将其沿垂直面板方向小心拔出。

更换后按拔出时的相反步骤将其安装。

8.9故障处理

如果打印机不打印，首先看打印机的联机指示灯亮否，打印机只能在联机状态（指示灯亮）时才能打印。

如联机指示灯不亮，按SEL键，若仍不亮，检查是否通电；

如果指示灯亮，但不打印或打印不正常，可进行打印机自检检查。

如果故障不能排除，请更换打印机或联系维修。

8.10打印机与主机相连的电源线和数据线若拨下，请记住插脚方向，以便恢复。

8.11严禁带电操作。

9通讯规约

9.1通讯接口

9.1.1接口标准为RS485。

9.1.2工作方式为串行，异步，半双工。

9.1.3数据格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，低位在前。

9.1.4通讯速率为2400或4800或9600波特。

9.2通讯方式

采用主从查询方式。

监控系统（主站）周期性依次查询各保护或监测装置（从站），被查询装置按所接收的命令产生相应的动作并按相应报文帧格式进行应答。

主站可随时插入各种类型报文，检索从站信息，或对从站进行控制操作。

主站周期性依次向各从站查询有无故障信息上传，从站应答主站查询命令。

若当前有故障，则上送当前故障报文（表9—5），若同一故障一直存在，则发送故障首次启动时的报文，只有当故障消失并重新启动或故障类型发生变化时，才发送新的故障报文；

若当前无故障，则上送无故障报文（表9—4）；

但自上次查询以来曾经产生过故障，则上送最新的故障报文。

之后若再次查询，则上送无故障报文。

10调试大纲和模拟试验

10.1装置校准

10.1.1液晶显示检查

给装置加电，详细检查液晶显示是否完好，有无缺字、缺划、乱码等，显示应清晰。

如显示颜色过淡或过重，则打开面板，调节面板上的电位器RW1。

10.1.2通道校准

给装置加电，使用继电保护测试仪或调压器（并入电压表）给装置零序电压端子加一定电压，当所加电压较大时，可切换到系统自检菜单中的查看采样值下，观察采样值的大小。

调节后板上的电位器RW1，使液晶显示与实际所加电压一致。

10.1.3通道精度检查

检查所加电压与显示电压之间的误差不超过2%，停顿一定的时间，以观察其稳定度。

10.2功能测试

10.2.1校时

给装置加电，进入修改时钟菜单，进行时间校准。

10.2.2系统配置

蜂鸣器开关和打印机开关均设为打开；

装置通讯地址设为01；

通讯波特率设为2400。

10.2.3系统自检

依次检查指示灯、打印机、继电器。

10.2.4清除故障报告

将现有故障报告清除。

10.3模拟试验

10.3.1接地

用继电保护测试仪或调压器（可并入电压表，以便准确地查看电压输出）给装置零序电压端子加电压，由低于30V缓慢升到30V，装置动作：

点亮接地指示灯，闭合接地告警继电器（用万用表测量其输出接点，应处于导通状态），蜂鸣器鸣叫，打印故障信息，通过串口上传故障信息。

将电压缓慢下降，在不低于28.125V时，由于返回系数的存在，该故障仍继续存在。

低于28.125V时，故障返回。

但此时指示灯、接地告警继电器仍保持，蜂鸣器停止鸣叫，打印机在打印完该故障后自动停止，串行通讯由上传故障报文变为上传无故障报文。

查看故障报告，应当显示记录故障动作时刻的信息。

此电压值可能低于门坎值30V但高于返回值28.125V，如29V。

10.3.2过压

用继电保护测试仪或调压器（可并入电压表，以便准确地查看电压输出）给装置零序电压端子加电压，由低于120V缓慢升高到120V，装置动作：

点亮过压指示灯，闭合过压告警继电器（用万用表测量其输出接点，应处于导通状态），蜂鸣器鸣叫，打印故障信息，通过串口上传故障信息。

将电压缓慢下降，在不低于112.5V时，由于返回系数的存在，该故障仍继续存在。

低于112.5V时，故障返回。

但此时指示灯、过压告警继电器仍保持，蜂鸣器停止鸣叫，打印机在打印完该故障后自动停止，串行通讯由上传故障报文变为上传无故障报文。

此电压值可能低于门坎值120V但高于返回值112.5V，如115V。

10.3.3谐振

用继电保护测试仪或频率发生器给装置零序电压端子加16.667Hz频率的电压，由低于17V缓慢升到17V，装置动作：

点亮谐振指示灯，闭合谐振告警继电器（用万用表测量其输出接点，应处于导通状态），蜂鸣器鸣叫，打印故障信息，通过串口上传故障信息。

将电压缓慢下降，在不低于15.9375V时，由于返回系数的存在，该故障仍继续存在。

低于15.9375V时，故障返回。

但此时指示灯、谐振告警继电器仍保持，蜂鸣器停止鸣叫，打印机在打印完该故障后自动停止，串行通讯由上传故障报文变为上传无故障报文。

此电压值可能低于门坎值17V但高于返回值15.9375V，如16V。

25Hz、150Hz试验方法同理。

谐振模拟实验的原理接线图如图10

—1。

当装置内部的大功率消谐元件启动时，会产生很大的暂态冲击电流，这会对实验仪器产生不利的影响甚至使其损坏。

为了避免此情况发生，应在试验回路中串接如图所示的灯泡或电阻，以便限制电流的大小。

灯泡或电阻的功率一般在30W～100W（阻值500～1500Ω）之间即可。

11维护事宜

11.1时间校准

定期查看设备的时钟，一般情况下不须调整，若发现日期及时钟不准时，可按7.1对时间进行校准。

如时钟停止走时，可能由于时钟晶振被人为干扰，断电后将主板上的电池取下，然后重新安装，加电后调整时间即可。

若仍未解决，可能是电池损坏或失效，请与厂家联系维修。

11.2通道校准

定期检测装置的采样值是否准确，若不准确可按10.1.2校准。

11.3复归键的功能

在装置因系统故障或模拟实验而动作时，复归键用来复归信号指示灯和告警继电器。

11.4复位键的功能

若装置偶然出现用户不能识别的状态，如液晶花屏等，复位键可使其恢复。

13附图

（注：

本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

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）