便攜式氧化鋅避雷器帶電測(cè)試裝置的研制

魏建威 葛志杰 郭興帥

摘 要：由于變電站的氧化鋅避雷器數(shù)量眾多，電壓互感器二次端子箱和避雷器的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，部分測(cè)試設(shè)備體積較大，接線繁瑣，往往需要較多工作人員配合完成帶電測(cè)試，導(dǎo)致測(cè)試工作效率低，工作強(qiáng)度大。我們擬研制一套針對(duì)避雷器帶電測(cè)試的便攜式測(cè)試儀表，既能準(zhǔn)確測(cè)試避雷器的泄漏電流和阻性電流的數(shù)值，又體積輕小，便于攜帶，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，極大地提高氧化鋅避雷器帶電測(cè)試的工作效率。

關(guān)鍵詞：便攜式；氧化鋅避雷器帶電測(cè)試裝置；阻性電流；提高；工作效率

Abstract：Due to a large number of zinc oxide arrester（MOA）in the substation，the long distance between Voltage transformer secondary terminal box and MOA，the huge volume of some testing equipment and the complex wiring，the live testing needs many personnel.In this case，the efficiency of testing work will become low and the work intensity becomes larger.We plan to develop a set of portable testing device.With this device，we can get the leakage current and resistive current of MOA accurately.Besides，the equipment is smaller and lighter.Finally，we achieve the goals of reducing labor intensity and improving the work efficiency.

Key words：portable； MOA live test； resistive current； improving the work efficiency

金屬氧化物避雷器（以下簡(jiǎn)稱避雷器或MOA）是目前電力系統(tǒng)廣泛使用的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備。由于MOA 內(nèi)部氧化鋅電阻片要長(zhǎng)期承受運(yùn)行電壓的作用，且各串聯(lián)電阻片中不斷有泄漏電流，如果MOA發(fā)生劣化，泄漏電流就會(huì)增大，最終導(dǎo)致MOA 熱崩潰而發(fā)生設(shè)備事故。

避雷器傳統(tǒng)的測(cè)量方法是使用直流高壓發(fā)生器測(cè)量其直流參數(shù)，其勞動(dòng)強(qiáng)度太大，測(cè)試周期長(zhǎng)，無(wú)法獲取短周期內(nèi)（比如雨季前后受潮易發(fā)時(shí)期）其運(yùn)行狀態(tài)。一般帶電測(cè)試儀器體積較大，取電壓信號(hào)時(shí)，接PT二次端子所使用的測(cè)試線較長(zhǎng)，測(cè)試工作不方便。

避雷器作為變電系統(tǒng)重要的設(shè)備之一，雖然其本身價(jià)值不高，但是如果老化受潮而不被發(fā)現(xiàn)，造成的影響和損失很大。所以避雷器測(cè)試在預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程里是常規(guī)試驗(yàn)。如果研制一種既不受停電限制，隨時(shí)對(duì)避雷器進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，又便攜的測(cè)量?jī)x器，一定非常利于測(cè)試工作，也能提高工作效率。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

避雷器阻性電流測(cè)試研究源于90年代，于2000年以后逐漸被重視，并于2005年形成電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。帶電檢測(cè)主要是檢測(cè)泄漏電流及其阻性分量。由于總電流中容性分量比例很大，如何從總電流中分離出微小的阻性電流成為關(guān)鍵。通常采用的帶電測(cè)試原理主要有總泄漏電流法、阻性電流基波法、三次諧波法、容性電流補(bǔ)償法、零序電流法等。從信號(hào)處理類別可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類。一般采樣模擬信號(hào)的儀器都為有線傳輸電壓信號(hào)（即采集了電壓信號(hào)后通過(guò)同軸電纜傳輸?shù)綔y(cè)試電流信號(hào)的主機(jī)），采樣數(shù)字信號(hào)的儀器則多為無(wú)線傳輸電壓信號(hào)（即采集了電壓信號(hào)后通過(guò)天線發(fā)射傳輸?shù)綔y(cè)試電流信號(hào)的主機(jī)）。采用這兩種不同傳輸方式比較有代表性的儀器：①模擬信號(hào)有線傳輸：LCD-4 泄漏電流測(cè)試儀、MOA-RCD 阻性電流測(cè)試儀等； ②數(shù)字信號(hào)無(wú)線傳輸：如HD2891E-8 型、AI-6106、YHX-H、YBC-III 氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀等。

2 項(xiàng)目意義

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50150-2016第21條規(guī)定，氧化鋅避雷器（以下簡(jiǎn)稱避雷器）最主要的三個(gè)測(cè)量項(xiàng)目是①絕緣電阻、②工頻參考電壓和持續(xù)電流、③1mA下直流參考電壓和0.75直流參考電壓下的泄漏電流，其中①③是停電后將避雷器拆下進(jìn)行測(cè)量，由于其試驗(yàn)勞動(dòng)強(qiáng)度太大，費(fèi)時(shí)太長(zhǎng)，又是停電測(cè)量，所以各地區(qū)要求的測(cè)量周期都很長(zhǎng)（一般為3～6年/次）。而在帶電的情況下進(jìn)行工頻泄漏電流是測(cè)量，相對(duì)比較方便，測(cè)量周期比較短（1～2次/年，雨季前后），能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部絕緣受潮及閥片老化等危險(xiǎn)缺陷，避免因絕緣受潮及閥片老化等原因造成的設(shè)備過(guò)熱甚至避雷器爆炸事故影響輸電線路運(yùn)行安全，并且實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)檢修，所以被越來(lái)越多的高壓試驗(yàn)人員所采用。

近年來(lái)，MOA的交流泄露電流帶電測(cè)試取得迅猛發(fā)展，多數(shù)儀器采用比較準(zhǔn)確的PT二次電壓相位比較法。由于避雷器數(shù)量眾多，二次PT和避雷器的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，部分測(cè)試設(shè)備體積較大，接線繁瑣，往往需要較多工作人員配合完成測(cè)試，導(dǎo)致測(cè)試工作效率低，工作強(qiáng)度大。我小組擬研制一套針對(duì)于避雷器帶電測(cè)試的便攜式測(cè)試儀表，目標(biāo)體積為手持式萬(wàn)用表大小，兩個(gè)操作人員分別手持儀器，接好測(cè)試短線，即可讀出被測(cè)試品的泄露電流和阻性電流的數(shù)值。該項(xiàng)目的研究和實(shí)施，使避雷器的帶電檢測(cè)工作，在保證檢測(cè)可靠性的前提下，能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，極大地提高了避雷器帶電測(cè)試的工作效率。

3 主要技術(shù)難點(diǎn)

我小組分析該項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下4個(gè)：

（1）DSP技術(shù)：采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，高速采樣。運(yùn)用高速模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行電壓電流同時(shí)采樣，保證相位角的準(zhǔn)確測(cè)量。

（2）FFT傅里葉變換：在運(yùn)行電壓下，通過(guò)氧化鋅避雷器的電流信號(hào)含有一定量的諧波分量，一般設(shè)備老化對(duì)基波影響較為明顯，諧波對(duì)于受潮反應(yīng)較為明顯。所以需要測(cè)量電流中各個(gè)諧波的含量。應(yīng)用傅里葉變換將信號(hào)由時(shí)域轉(zhuǎn)換成頻域分析，可得到頻譜分析。

（3）微小電流精確采樣技術(shù)。

（4）無(wú)線傳輸：兩臺(tái)結(jié)構(gòu)相同的單元分別完成PT 參考電壓及避雷器泄漏電流的測(cè)試，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，顯示測(cè)量結(jié)果。

4 技術(shù)關(guān)鍵

（1）信號(hào)的頻譜分析和數(shù)學(xué)建模。

（2）FFT傅里葉轉(zhuǎn)換及DSP技術(shù)。

（3）遠(yuǎn)距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用。

（4）微小電流精確采樣術(shù)。

（5）傳感器和測(cè)量裝置高度集成設(shè)計(jì)。

（6）便攜式工藝設(shè)計(jì)，使用方便。

5 研究方法

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與現(xiàn)代電子器件的應(yīng)用是我小組的主要研究手段，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)試驗(yàn)為依據(jù)。初期設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)為主。

6 技術(shù)路線

我小組擬選取控制單片計(jì)算機(jī)，進(jìn)行總線配置；設(shè)計(jì)工作電源，兼容交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)信號(hào)采樣電路，包括衰減、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。并安裝液晶顯示器與驅(qū)動(dòng)，顯示數(shù)值。結(jié)合工藝結(jié)構(gòu)、算法研究，編制源程序，并進(jìn)行整機(jī)功能性、準(zhǔn)確性調(diào)試和穩(wěn)定性試驗(yàn)，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)試數(shù)據(jù)。

通過(guò)我小組不懈的努力，我小組終于研制出該儀器，并很好的應(yīng)用在避雷器帶電檢測(cè)中，本項(xiàng)目的開(kāi)展和實(shí)施，有效克服了現(xiàn)有儀器存在的缺陷，能夠滿足電力系統(tǒng)各種避雷器帶電測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的需要。一方面保證了測(cè)量的準(zhǔn)確度，克服了現(xiàn)場(chǎng)干擾，另一方面實(shí)現(xiàn)了便攜式測(cè)量，降低了工作強(qiáng)度，極大地提高了工作效率。MOA帶電測(cè)試可對(duì)其運(yùn)行狀況作出有效判斷，為及早發(fā)現(xiàn)隱患贏得時(shí)間，以達(dá)到確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的目的。

該儀器氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀主機(jī)由發(fā)射機(jī)（見(jiàn)圖1）和接收機(jī)（見(jiàn)圖2）組成。

顯示器：顯示波形和測(cè)量結(jié)果。

電源開(kāi)關(guān)：整機(jī)電源的開(kāi)啟和關(guān)斷，忘記關(guān)斷電源可能會(huì)損壞電池。

充電接口：內(nèi)部鋰聚合物電池充電接口，請(qǐng)使用專用充電器。（充電時(shí)充電器上的指示燈指示電池狀態(tài)，紅燈表示正在充電，綠燈表示已經(jīng)充滿。）

電流信號(hào)接口：電流信號(hào)接線端口，接電流測(cè)試線，接線時(shí)注意區(qū)分測(cè)試線的紅黑顏色。

電壓信號(hào)接口：PT電壓信號(hào)接線端口，接電壓測(cè)試線，接電壓測(cè)試線，黑色接中性點(diǎn)，紅色接PT二次A相電壓。

外置天線接口：外接帶延長(zhǎng)線的小吸盤天線，可增加傳輸距離。

量程開(kāi)關(guān)：切換電流測(cè)試范圍，I×1起為1倍檔，I×10為10倍檔，讀數(shù)乘以10為測(cè)量結(jié)果。

相別開(kāi)關(guān)：保持發(fā)射機(jī)電壓接A相PT電壓信號(hào)不變，通過(guò)切換接收機(jī)相別開(kāi)關(guān)即可完成ABC三相避雷器的電流測(cè)量。

7 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)的避雷器的帶電測(cè)試研究工作始于2000年左右，使用電壓電流相位分析的方法最為準(zhǔn)確，但是有些測(cè)試單位存在從二次側(cè)PT取電壓信號(hào)不方便的問(wèn)題。但是，歷經(jīng)二十年，國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有很好的解決不取電壓信號(hào)情況下，測(cè)試的準(zhǔn)確性問(wèn)題。通過(guò)不取電壓信號(hào)，也能保證測(cè)試準(zhǔn)確是我小組今后努力攻克的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱琦，陳自年，王劉芳，章述漢.BC-1氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)高電壓專委會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)，2007.

[2]丁品南，鐘雅風(fēng)，顏文.氧化鋅避雷器阻性電流測(cè)量?jī)x的研制及其應(yīng)用.中國(guó)電力，2000（2）：48-50.

[3]李德.基于嵌入式系統(tǒng)的氧化鋅避雷器帶電測(cè)試儀設(shè)計(jì).太原理工大學(xué)，2010.

[4]趙玲艷.氧化鋅避雷器帶電測(cè)試分析.華電技術(shù)，2009.