全自動(dòng)非線性電阻型消諧器測(cè)試系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司 張 攀 張 茜 徐 康 郭 蕾 盧正中

在6～35kVPT 中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，變電站母線上裝有一次接線為YO 的電磁式電壓互感器（以下簡(jiǎn)稱PT），由于PT 一次線圈的X 端接地且鐵芯易飽和，裝有這種PT 的配電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生兩種不利情況：在一定條件下會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，諧振過(guò)電壓嚴(yán)重時(shí)可使弱絕緣設(shè)備損壞造成事故；電網(wǎng)間隙性接地或接地消失時(shí)產(chǎn)生的低頻自由分量，使對(duì)地有通道的YO 接線PT 深度飽和，一次線圈通過(guò)安培級(jí)的涌流，使PT 熔絲熔斷或PT炸損。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，在PT 中性點(diǎn)與地之間串接非線性電阻型消諧器可有效防止PT 鐵磁諧振，它具有消除PT 飽和諧振和限制涌流兩種功能，同時(shí)又不影響PT 的正常運(yùn)行，從而非線性電阻型消諧器的正常工作與否對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全至關(guān)重要[1]。

1 全自動(dòng)非線性電阻型消諧器測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

多年以來(lái)電力部門主要依靠搖絕緣或目測(cè)等手段測(cè)量電壓互感器中性點(diǎn)用非線性電阻型消諧器的好壞，間接了解消諧器的狀態(tài)，而非線性電阻型消諧器長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)逐步老化影響正常動(dòng)作。搖絕緣或目測(cè)既不能準(zhǔn)確獲取消諧器在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)，也不能確切反映消諧器的故障。該儀器完成后，將設(shè)備的各類健康信息及運(yùn)行數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等有效的結(jié)合起來(lái)，全面地對(duì)設(shè)備的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，為設(shè)備狀態(tài)檢修和潛在故障分析提供有力依據(jù)和合理分析的依據(jù)，在對(duì)電壓互感器中性點(diǎn)用非線性電阻型消諧器無(wú)論是定檢或預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，避免了目前無(wú)專業(yè)儀器進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試測(cè)試手段的自動(dòng)化和專業(yè)化，提高了生產(chǎn)管理水平，確保電網(wǎng)安全生產(chǎn)運(yùn)行。

2 全自動(dòng)非線性電阻型消諧器測(cè)試系統(tǒng)工作中研究分析

2.1 實(shí)踐依據(jù)

2.1.1 項(xiàng)目理論依據(jù)

通過(guò)使用高壓取樣信號(hào)隔離變換技術(shù)，提供了一種能檢測(cè)非線性電阻型消諧器相關(guān)參數(shù)的測(cè)試裝置，可用于檢測(cè)非線性電阻型消諧器的正常工作與否。本儀器提供一種對(duì)消諧器進(jìn)行工頻電流電壓參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)的方法，儀器能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)非線性電阻型消諧器在0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA 各點(diǎn)時(shí)的伏安特性，這種方法既能對(duì)運(yùn)行中的非線性電阻型消諧器潛在事故進(jìn)行事先預(yù)測(cè)，也可對(duì)非線性電阻型消諧器安裝前的設(shè)備檢驗(yàn)提供手段和裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。使用該儀器后為非線性電阻型消諧器狀態(tài)檢修提供了最直接有效的數(shù)據(jù)，從而提高了設(shè)備的安全運(yùn)行水平。

2.1.2 項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)

由于消諧器是非線性器件，該項(xiàng)目的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了六個(gè)測(cè)試點(diǎn)0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、10mA 來(lái)表示它的伏安特性，在每一個(gè)點(diǎn)的測(cè)試點(diǎn)通過(guò)逐次逼近的方式達(dá)到精確測(cè)量。本測(cè)試裝置的工作原理根據(jù)歐姆定律來(lái)測(cè)量的，只要測(cè)出元件兩端電壓和通過(guò)的電流，即可由歐姆定律計(jì)算出該元件的阻值。

信號(hào)的取樣和變換。測(cè)量電路模塊主要是完成電流、電壓的取樣，然后送入信號(hào)隔離變換模塊轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平后送入測(cè)控單元的A/D 變換。測(cè)量電路模塊是由半波整流二極管和取樣電阻組成的取樣電路，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，依據(jù)取樣電阻5.6k 可得知電壓的輸入范圍為0～60V 輸入，輸出則為TTL 電平的0～5V，這也就是信號(hào)隔離變換模塊的功能，TTL 電平就直接和A/D 輸入端口連接進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換；測(cè)控單元也是測(cè)量和控制部分的簡(jiǎn)稱，功能包括繼電器的控制、PWM 電壓的輸出、TTl 輸入信號(hào)的ADC 采集和顯示部分間的通信。

信號(hào)隔離變換模塊的功能是實(shí)現(xiàn)寬范圍電壓的輸入、小范圍的電壓輸出，也可說(shuō)是信號(hào)的線性縮小。取樣電路輸出的電壓信號(hào)根據(jù)測(cè)量負(fù)載決定其范圍為0～60V，這么高的電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)沒(méi)法直接采集、需對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮小，為保證信號(hào)一致性所以要求線性縮小，輸出電壓為0～5V 的TTL 電平就可直接和單片機(jī)直接連接進(jìn)行信號(hào)采集；連續(xù)電壓的輸出。由于消諧器的非線性，其輸出測(cè)量電壓必須是一個(gè)連續(xù)可變高壓電源，如0～3300V，這部分由電子調(diào)壓器和升壓變壓器組成；測(cè)量過(guò)程中，取樣信號(hào)的傳輸、抗干擾、隔離等對(duì)測(cè)量精度也很重要。

該項(xiàng)目采用信號(hào)隔離等技術(shù)，把高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平信號(hào)送給單片機(jī)的A/D 采集端，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換判斷進(jìn)一步調(diào)節(jié)PWM 的控制輸出電壓，形成一個(gè)閉環(huán)的控制方式以達(dá)到需要測(cè)量的要求。如一個(gè)樣品的測(cè)量過(guò)程：PWM 輸出一個(gè)很小的電壓，經(jīng)電子調(diào)壓器和變壓器把電壓加在樣品的兩端，測(cè)控單元的ADC 采集端采集一個(gè)電壓和電流的信號(hào)，比較采集回來(lái)的電流和要求測(cè)量電流的大?。ū热缫?.3mA），若采集回來(lái)的電流比0.3mA 小則再增大PWM 的輸出電壓再采集，直到采集回來(lái)電流和0.3mA 很接近了，采集此時(shí)的樣品兩端電壓也就是要得到的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的測(cè)量。

2.2 項(xiàng)目研發(fā)方案

根據(jù)研發(fā)的預(yù)期目標(biāo)，結(jié)合工作的實(shí)際情況，改變非線性電阻型消諧器傳統(tǒng)的試驗(yàn)等手段，實(shí)現(xiàn)變電站非線性電阻型消諧器安全狀態(tài)檢測(cè)和故障分析功能，達(dá)到設(shè)備管理規(guī)范化、信息化、科學(xué)性的目的。

2.3 設(shè)計(jì)原則

技術(shù)的先進(jìn)性和成熟性。整臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)立足于采用先進(jìn)的、成熟可靠的、代表未來(lái)發(fā)展方向的主流技術(shù)，既能減小儀器設(shè)計(jì)過(guò)程中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，又能延長(zhǎng)儀器的生命周期，使得項(xiàng)目投資得到最大的效益回報(bào)；系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮到與市面上所有非線性電阻型消諧器的兼容性和可擴(kuò)展性，既要保證與所有非線性電阻型消諧器兼容，又要保證為儀器以后的發(fā)展留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展空間，能以最小的代價(jià)來(lái)最大限度地滿足技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展變化的需要；系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。主要體現(xiàn)在：硬件、軟件選型本身的可靠性，系統(tǒng)測(cè)量的可靠性，系統(tǒng)需很強(qiáng)的抗干擾性能。

系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。實(shí)用性是系統(tǒng)的生命，在設(shè)計(jì)時(shí)要求采用各種技術(shù)方法和措施來(lái)保證其實(shí)用性。它體現(xiàn)在規(guī)劃的合理性、使用的可靠性、功能的完善性、使用的方便性、人機(jī)界面的友好性等，總之，其要能夠全方位深層次地滿足試驗(yàn)的使用要求，以簡(jiǎn)單、方便、快捷、實(shí)用為原則。在重點(diǎn)考慮實(shí)用性地同時(shí)，也要考慮裝置的經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在：系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用適量余度；既要考慮裝置成本，又要考慮以后的維護(hù)成本；延長(zhǎng)系統(tǒng)的生命周期。

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

近年來(lái)電網(wǎng)污閃事故時(shí)有發(fā)生，使變電站供電線路部分或全部停電，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。運(yùn)行實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)復(fù)合絕緣子在線檢測(cè)可及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)故障隱患絕緣子，及時(shí)退出運(yùn)行，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供可靠的在線檢測(cè)手段，提高電網(wǎng)企業(yè)社會(huì)聲譽(yù)，同時(shí)也給電網(wǎng)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2-3]。

該項(xiàng)目完成后，將設(shè)備的各類健康信息及運(yùn)行數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等有效地結(jié)合起來(lái)，全面對(duì)設(shè)備的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，為設(shè)備狀態(tài)檢修和潛在故障分析提供有力依據(jù)和合理分析的依據(jù)，在對(duì)電壓互感器中性點(diǎn)用非線性電阻型消諧器無(wú)論是定檢或預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，避免了目前無(wú)專業(yè)儀器進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試手段的自動(dòng)化和專業(yè)化，提高了生產(chǎn)管理水平，確保電網(wǎng)安全生產(chǎn)運(yùn)行。

提高設(shè)備的安全運(yùn)行水平。使用該儀器后，為非線性電阻型消諧器狀態(tài)檢修提供了最直接有效的數(shù)據(jù)，從而提高了設(shè)備的安全運(yùn)行水平；提高了生產(chǎn)管理水平。在儀器研發(fā)的過(guò)程中，公司相關(guān)業(yè)務(wù)人員及檢修人員參與到了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)梳理環(huán)節(jié)，將項(xiàng)目的原理和工作過(guò)程進(jìn)行了整理，形成了企業(yè)自身的知識(shí)成果，提高了生產(chǎn)管理水平。

提高了企業(yè)的社會(huì)形象。儀器投入使用后，在非線性電阻型消諧器投運(yùn)前的設(shè)備把關(guān)和狀態(tài)檢修領(lǐng)域及故障預(yù)防方面發(fā)揮了重要作用，提高了設(shè)備檢修水平，為電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行提供了依據(jù)，給社會(huì)帶來(lái)了巨大的收益。

綜上，本研究在電磁式電壓互感器用非線性電阻型消諧器的定檢或預(yù)防性試驗(yàn)方面，解決了目前無(wú)專業(yè)儀器進(jìn)行試驗(yàn)的難題，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試手段的自動(dòng)化和專業(yè)化，提高了生產(chǎn)管理水平。在非線性電阻型消諧器投運(yùn)前的設(shè)備把關(guān)、狀態(tài)檢修領(lǐng)域及故障預(yù)防方面都能發(fā)揮重要作用，為電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行提供了依據(jù)，可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)收益。