变电站避雷器在线监测装置的研究与实践

徐贞华

(江西铜业集团公司德兴铜矿,江西德兴 334224)

变电站避雷器在线监测装置的研究与实践

徐贞华

(江西铜业集团公司德兴铜矿,江西德兴 334224)

介绍一种使用8031单片微机控制的高压避雷器在线监测装置。该系统能及时分析避雷器有功泄漏电流的变化情况,以判断高压避雷器是否老化或劣化,若检测到劣化避雷器时自动报警,自动显示劣化避雷器部位,便于及时更换。

避雷器;单片机;在线监测

1 前言

变电站及输电线路的防雷系统是整个电力系统非常重要的组成部分,在电系统中,大量使用高压避雷器,以防止雷击大气过电压,同时也可限制电力系统的操作过电压,对变压器、开关设备、母线等电气设备起到保护作用。德兴铜矿电力网地处山区,地理环境复杂,又是多雷区,在6～35kV中性点非有效接地系统中,每年有多次因避雷器被击穿炸裂引起单相接地故障。在110～220kV中性点直接接地系统中,如果避雷器失效,将引起单相或相间短路故障,造成严重的设备损坏与大面积停电,影响生产。

目前在现场试验中,只靠年检进行一次避雷器检验,即使是在年检中合格的避雷器,运行中也有可能发生击穿损坏。德兴铜矿电网在雷雨季节中,每年都有多次6kV、35kV避雷器击穿炸裂,造成停电电停产。如1997年7月28日雷击中,由于35kV避雷器失效,致使大山220kV变电站2#主变压器(90000kVA/220kV)35kV侧线圈对地击穿,造成了巨大损失。特别是目前对矿山110kV、220kV系统的避雷器现场试验手段有限,甚至是无法进行试验(如对220kV),其运行状态无法预测。所以,如果能在运行中对较为重要的避雷器(如主变、母线避雷器和110kV、220kV避雷器)进行动态监视,尽早发现劣化的避雷器,将对本矿的电网运行的稳定性、安全性有极其重要的意义。

2 监测机理及算法

2.1 监测仪用电流变换器的特殊结构

采集避雷器泄漏电流的电流变换器结构如图1,其中L1、L2为避雷器接地端的一次绕组,W1为工作侧绕组,在其引出端并接2只反向的稳压管,用来起限幅作用。但如果单独采用并接稳压管的方法,还不能满足避雷器放电时互感器二次侧的输出电压在监测仪安全工作电压范围的要求。为此在导磁回路上绕制了2组短路绕组W2、W3。两绕组的一端是直接连接,另一端由2只反向串联的稳压管连接在一起。这样在泄漏电流很小时,W2、W3的感应电压很低,Z1、Z2不被击穿,短路绕组不起作用,仅有工作绕组W1感应电压。当避雷器放电时,Z1、Z2被击穿,短路绕组投入使用,由于感应电流产生的磁通是与L1、L2绕组相反的,因此合理的选择W2、W3的绕组匝数能使两者的磁通接近抵消,所以W1感应的电压就会变得近似为零。

图1 电流变换器结构图

2.2 监测仪程序的算法

监测仪的数据采样频率定为5ms采集1次,1次采集6个数据,3个电压,3个电流数据。这样做的目的是因为每次采样的相角差为工频周期的1/ 4,即为2次采样的相角差为π/2,便于以后计算电流、电压的有效值及功率因数。电流、电压数值与相角的计算方法采用两点乘积法。

经电流为例,设I1、I2分别为相隔π/2的采样时刻t1、t2的采样值,则有:

I为电流的有效值;α为n=0时的电流相角,由(1)式的平方加上(2)式的平方可得:

由(3)、(4)式可知:如知道2个相隔90°的电流瞬时值,就可计算出该电流的有效值与相位,同样计算出电压的相角与有效值,这样就可计算了泄漏电流的有功分量。

3 系统设计

3.1 硬件设计

监测仪以8031作为主处理器,配置一片AD574作为数模转换。因为1组避雷器有3只,因此在AD转换前必须有一路转换开关,配置4位LED显示器轮显每路泄漏电流,另配置一继电器作为远程信呈给主控室,硬件构成方框图如图2。

图2 硬件构成方框图

由于泄漏电流的测量是连续的,平时避雷器泄漏电流很小,在电流变换器的二次端感应的电压也很低,但是测量时可能发生避雷器放电的情况,这时避雷器的放电电流可达几十千安,若不采取措施,电流变换器的二次端将感应出很高的电压,立刻就能造成监测仪的损坏,因此必须设计出一仅在小电流情况有较高测量精度,在避雷器大电流放电的情况下限制二次感应电压,保证监测仪安全工作的电流变换器。

3.2 软件设计

本系统监控程序主要由主程序、中断服务程序组成,系统程序采用了结构化模块程序设计,部分程序框图如图3所示。

图3 程序框图

4 应用情况与效果

本监测仪已在德兴铜矿电力系统中得到了广泛应用,效果良好。运行情况表明,该仪器能有效地反映高压避雷器的运行状况,及时发现避雷器的一些缺陷。该仪器的运行对系统无任何副作用,对提高电力系统运行的安全水平具有很高的经济价值。

5 结束语

(1)目前必须对高压避雷器特别是氧化锌避雷器进行在线监测,以减少事故的发生。

(2)从测量的角度和氧化锌避雷器事故原因看,监测避雷器运行的泄漏电流能有效地反映其运行状况。

(3)该在线监测仪可以实时监测高压避雷器运行的泄漏电流,记录避雷器动作次数,留有串行通讯口,可与变电站中计算机监控网络相连,实行全自动监测。

REFERENCES

[1] 何立民.单片机系统配置与设计[M].北京航空航天大学出版社,1992.

[2] 陈粤初,等.单片机应用系统设计与实践[M].北京航空航天大学出版社,1992.

[3] 徐爱钧,彭秀华.C51 W indows环境编程与应用[M].北京电子工业出版社2001,7.

Development of OnlineM on itering Device in L ighten ing Arrester of Sub-station and its Application

XU Zhen-hua
(Jiangxi Copper Corporation Dexing CopperMine,Dexing 334224,Jiangxi,China)

A high voltage lightning arrester on-line monitoring devices that controlled by 8031 single-chip computer is introduced in this article.This systyem can analyse the changes of leakage active current of lightning arrester in time to judge whether the lightning arrester is ageing.If a lightning arrester is ageing,the system will alarm automatically then show the position of ageing arrester,so the ageing arresterwill be replaced in time.

Lightning arrester;Sigle-chip computer;On-line monitoring

T M08

:B

:1009-3842(2010)01-0091-02

2009-12-28