配網(wǎng)氧化鋅避雷器故障定位裝置的研制

張 飛，王天蒼，2

1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010 2.包頭供電局，內(nèi)蒙古包頭 014030

配網(wǎng)氧化鋅避雷器故障定位裝置的研制

張 飛1，王天蒼1，2

1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010 2.包頭供電局，內(nèi)蒙古包頭 014030

研制開發(fā)基于北斗定位系統(tǒng)的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測裝置，解決氧化鋅避雷器外觀良好內(nèi)部存在導(dǎo)通性缺陷無法判斷的問題。利用北斗定位系統(tǒng)進(jìn)行避雷器故障定位及故障數(shù)據(jù)上傳。通過上位機(jī)處理，將故障發(fā)生地點(diǎn)的具體位置通過北斗定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給檢修人員，縮短檢修時(shí)間降低工作量。

氧化鋅避雷器；在線監(jiān)測；定位

氧化鋅因?yàn)榫哂袃?yōu)異的非線性特性以及良好的通流能力等保護(hù)性能，由它構(gòu)成的金屬氧化物避雷器，己經(jīng)基本取代了傳統(tǒng)的碳化硅避雷器，成為電力系統(tǒng)中保護(hù)電力設(shè)備免受過電壓侵害的重要電氣設(shè)備。由于工作中存在泄漏電流，劣化、污穢、受潮和過壓等因素都將損害氧化鋅閥片的性能。直接危及到電氣設(shè)備乃至電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因而，為了保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)予以處理，對其進(jìn)行在線監(jiān)測和診斷是非常必要的。

由于曾經(jīng)發(fā)生過配網(wǎng)線路避雷器內(nèi)部導(dǎo)通性故障引起的線路單相短路故障。檢修過程中，發(fā)現(xiàn)故障絕緣子外表及外觀都很正常，內(nèi)部導(dǎo)通。給檢修工作到來極大的難度。檢修期間為及時(shí)解決解決此問題，曾將所有避雷器全部拆下恢復(fù)供電。為降低檢修工作量及時(shí)間，加入故障定位裝置非常有必要。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電力系統(tǒng)電壓等級在110kV 以上的國產(chǎn)氧化鋅避雷器發(fā)生事故率為0.68%，雷擊跳閘率為1.3%。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器的缺陷，避免因事故造成的巨大損失，因此需要對避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測。本系統(tǒng)監(jiān)測避雷器的方法是通過定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測氧化鋅避雷器的狀態(tài)，準(zhǔn)確定位并及時(shí)排除故障。目前避雷器在線監(jiān)測已成為重要的一種方法。

1 傳感器研制

本系統(tǒng)由傳感器、電子硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三部分組成。其中傳感器采用了零磁通小電流傳感器。傳感器的結(jié)構(gòu)圖如1所示。從MOA末端接地線檢測到的電流信號非常小，故首先要解決的問題是放大所檢測到的電流信號。其次就是如何提高所提取電流的精確性，使其不受周圍環(huán)境的影響太大。零磁通小電流傳感器的接線如圖1所示，該傳感器可大大提高測量的阻性電流的精確性，且具有優(yōu)良的磁能力，穩(wěn)定性也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。電流傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電流傳感器結(jié)構(gòu)

從圖1可看出，環(huán)形鐵芯已經(jīng)和積分電阻構(gòu)成通路。芯部導(dǎo)線即MOA末端接地線流過電流為i1（t），中心位置的單匝線圈與鐵芯二次側(cè)線圈的互感見式（1）；鐵芯周圍二次側(cè)線圈的自感見式（2）。

零磁通小電流傳感器的等效電路方程如下：

拉氏變換后得到下式：

其傳遞函數(shù)G（s）為：

本文設(shè)計(jì)的零磁通小電流傳感器具體參數(shù)為：鐵芯采用環(huán)形鐵氧體磁芯（μ=2000）和超微晶合金（μ=60000），鐵芯截面為長方形，鐵芯周圍具有的二次側(cè)線圈為500匝，骨架內(nèi)徑為18mm，骨架外徑為58mm，厚度為25mm。繞線線徑為0.6mm。通過上述公式計(jì)算參數(shù)如下：Rs=0.8?，Ls=38mH，Ms=0.423mH，Cs=1.05pF。積分電阻R=0.1?。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路主要包括阻性全電流、電壓信號的采集、調(diào)理、數(shù)據(jù)處理與PC機(jī)的遠(yuǎn)程通信等。調(diào)理電路主要是放大電壓、電流信號、濾波、電平極性的轉(zhuǎn)換，滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入電壓的要求。A/D采樣轉(zhuǎn)換是將模擬信號數(shù)字化。設(shè)計(jì)采用的DSP的片上外設(shè)A/D模塊。對采集到的電壓電流信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先得到電壓電流型號的基波及諧波阻性電流等監(jiān)測特征量。最終接口連接GPRS遠(yuǎn)程通信模塊，實(shí)現(xiàn)將監(jiān)測特征量的上位機(jī)傳輸。

圖2 硬件電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要使用了TI公司的CCS3.3.它是C2000全系列的高性能DSP芯片。程序設(shè)計(jì)主要采用C語言進(jìn)行了模塊化的設(shè)計(jì)。主要模塊包括：A/D采樣、提取阻性電流的算法、FFT、及通信子程序。主程序利用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想，便于程序的調(diào)試與修改。

本項(xiàng)目整體軟件模塊主要包含以下幾部分：初始化、中斷處理程序、系統(tǒng)信號檢測、FFT運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集程序、應(yīng)急處理程序等。整體在線監(jiān)測由數(shù)據(jù)采集和處理的下位機(jī)、數(shù)據(jù)分析和人機(jī)接口的上位機(jī)組成。由于氧化鋅避雷器的劣化是一個(gè)緩慢漸變的過程，所以不需要系統(tǒng)具有高速實(shí)時(shí)性，以及不間斷的實(shí)時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)。采集到1024個(gè)采樣值后.系統(tǒng)將觸發(fā)中斷程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，中斷程序執(zhí)行完畢后再恢復(fù)A/D轉(zhuǎn)換器的排序器。并清除中斷標(biāo)志位進(jìn)行下一個(gè)周期的程序處理。為了減小系統(tǒng)的通信量，系統(tǒng)將累計(jì)得到30組特征參量后進(jìn)行融合處理程序，將處理后的后的特征參量數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，這樣將大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。DSP主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

4 結(jié)論

本文在氧化物避雷器在線監(jiān)測的研究方面主要完成的內(nèi)容有：1）根據(jù)氧化物避雷器在實(shí)際應(yīng)用中的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特性，將其等效為線性電容和非線性電阻并聯(lián)的等效模型。分析了氧化物避雷器在線監(jiān)測的國內(nèi)外的各種在線監(jiān)測的方法。2）研究了一種新方法，即當(dāng)加在避雷器兩端的電壓為零時(shí)，它的全電流中阻性電流成分為0，只有自身閥片的容性電流和相間耦合電容上產(chǎn)生的容性電流。當(dāng)把這兩種容性電流都補(bǔ)償?shù)艉?。就可達(dá)到消除兩大主要干擾因素的目的。從而得到測量精度高的阻性電流值。3）在搭建DSP的硬件電路中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、分析、傳輸?shù)裙δ堋?）軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊功能，A/D轉(zhuǎn)換、FFT變換、通訊的程序設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]張柯.氧化鋅避雷器阻性電流在線監(jiān)測技術(shù)的研究[D].西安：華北電力大學(xué)，2003.

[2]謝效偉.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2006.

[3]潘翔.金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

[4]減殿紅.基于DSP的氧化鋅避雷器在線監(jiān)測裝置的研究[D].青島：中國石油大學(xué)，2009.

[5]宋潘.避雷器在線監(jiān)測儀的研究與設(shè)計(jì)[D].湖南：湖南大學(xué)，2010.

[6]范梅榮.基于GPRS的氧化鋅避雷器遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].河海大學(xué)，2006.

[7]王又佳.基于GPS同步的MOA阻性電流帶電檢測系統(tǒng)[D].上海交通大學(xué)，2010.

[8]李思南，劉黎，劉巖.基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的避雷器在線監(jiān)測傳感器設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011.

[9]徐瑞亞，劉豫東，陳錦俊，等.金屬氧化物避雷器漏電流傳感器的設(shè)計(jì)[J].電磁避雷器，2013.

[10]孟令國.氧化鋅避雷器在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)研究[D].山東大學(xué)，2012.

TM7

A

1674-6708（2015）149-0166-02