便携式氧化锌避雷器带电测试装置的研制

2017-05-30魏建威葛志杰郭兴帅

科技风 2017年25期

魏建威葛志杰郭兴帅

摘要：由于变电站的氧化锌避雷器数量众多，电压互感器二次端子箱和避雷器的距离相对较远，部分测试设备体积较大，接线繁琐，往往需要较多工作人员配合完成带电测试，导致测试工作效率低，工作强度大。我们拟研制一套针对避雷器带电测试的便携式测试仪表，既能准确测试避雷器的泄漏电流和阻性电流的数值，又体积轻小，便于携带，从而减轻劳动强度，节省人力，极大地提高氧化锌避雷器带电测试的工作效率。

关键词：便携式；氧化锌避雷器带电测试装置；阻性电流；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

金属氧化物避雷器（以下简称避雷器或MOA）是目前电力系统广泛使用的过电压保护设备。由于MOA 内部氧化锌电阻片要长期承受运行电压的作用，且各串联电阻片中不断有泄漏电流，如果MOA发生劣化，泄漏电流就会增大，最终导致MOA 热崩溃而发生设备事故。

避雷器传统的测量方法是使用直流高压发生器测量其直流参数，其劳动强度太大，测试周期长，无法获取短周期内（比如雨季前后受潮易发时期）其运行状态。一般带电测试仪器体积较大，取电压信号时，接PT二次端子所使用的测试线较长，测试工作不方便。

避雷器作为变电系统重要的设备之一，虽然其本身价值不高，但是如果老化受潮而不被发现，造成的影响和损失很大。所以避雷器测试在预防性试验规程里是常规试验。如果研制一种既不受停电限制，随时对避雷器进行状态检测，又便携的测量仪器，一定非常利于测试工作，也能提高工作效率。

1 国内外研究现状

避雷器阻性电流测试研究源于90年代，于2000年以后逐渐被重视，并于2005年形成电力行业标准。带电检测主要是检测泄漏电流及其阻性分量。由于总电流中容性分量比例很大，如何从总电流中分离出微小的阻性电流成为关键。通常采用的带电测试原理主要有总泄漏电流法、阻性电流基波法、三次谐波法、容性电流补偿法、零序电流法等。从信号处理类别可分为模拟信号和数字信号两大类。一般采样模拟信号的仪器都为有线传输电压信号（即采集了电压信号后通过同轴电缆传输到测试电流信号的主机），采样数字信号的仪器则多为无线传输电压信号（即采集了电压信号后通过天线发射传输到测试电流信号的主机）。采用这两种不同传输方式比较有代表性的仪器：①模拟信号有线传输：LCD-4 泄漏电流测试仪、MOA-RCD 阻性电流测试仪等； ②数字信号无线传输：如HD2891E-8 型、AI-6106、YHX-H、YBC-III 氧化锌避雷器带电测试仪等。

2 项目意义

根据国家标准GB50150-2016第21条规定，氧化锌避雷器（以下简称避雷器）最主要的三个测量项目是①绝缘电阻、②工频参考电压和持续电流、③1mA下直流参考电压和0.75直流参考电压下的泄漏电流，其中①③是停电后将避雷器拆下进行测量，由于其试验劳动强度太大，费时太长，又是停电测量，所以各地区要求的测量周期都很长（一般为3～6年/次）。而在带电的情况下进行工频泄漏电流是测量，相对比较方便，测量周期比较短（1～2次/年，雨季前后），能及时发现设备内部绝缘受潮及阀片老化等危险缺陷，避免因绝缘受潮及阀片老化等原因造成的设备过热甚至避雷器爆炸事故影响输电线路运行安全，并且实现了状态检修，所以被越来越多的高压试验人员所采用。

近年来，MOA的交流泄露电流带电测试取得迅猛发展，多数仪器采用比较准确的PT二次电压相位比较法。由于避雷器数量众多，二次PT和避雷器的距离相对较远，部分测试设备体积较大，接线繁琐，往往需要较多工作人员配合完成测试，导致测试工作效率低，工作强度大。我小组拟研制一套针对于避雷器带电测试的便携式测试仪表，目标体积为手持式万用表大小，两个操作人员分别手持仪器，接好测试短线，即可读出被测试品的泄露电流和阻性电流的数值。该项目的研究和实施，使避雷器的带电检测工作，在保证检测可靠性的前提下，能减轻劳动强度，节省人力，极大地提高了避雷器带电测试的工作效率。

3 主要技术难点

我小组分析该项目的技术难点主要有以下4个：

（1）DSP技术：采用数字信号处理技术，高速采样。运用高速模拟开关进行電压电流同时采样，保证相位角的准确测量。

（2）FFT傅里叶变换：在运行电压下，通过氧化锌避雷器的电流信号含有一定量的谐波分量，一般设备老化对基波影响较为明显，谐波对于受潮反应较为明显。所以需要测量电流中各个谐波的含量。应用傅里叶变换将信号由时域转换成频域分析，可得到频谱分析。

（3）微小电流精确采样技术。

（4）无线传输：两台结构相同的单元分别完成PT 参考电压及避雷器泄漏电流的测试，通过无线传输的方式进行数据通讯，显示测量结果。

4 技术关键

（1）信号的频谱分析和数学建模。

（2）FFT傅里叶转换及DSP技术。

（3）远距离无线数据传输技术的应用。

（4）微小電流精确采样术。

（5）传感器和测量装置高度集成设计。

（6）便携式工艺设计，使用方便。

5 研究方法

计算机仿真技术与现代电子器件的应用是我小组的主要研究手段，并结合实验室和现场的数据试验为依据。初期设计以实验室模拟试验为主。

6 技术路线

我小组拟选取控制单片计算机，进行总线配置；设计工作电源，兼容交流供电系统和直流供电系统；设计信号采样电路，包括衰减、放大、滤波、模数转换等。并安装液晶显示器与驱动，显示数值。结合工艺结构、算法研究，编制源程序，并进行整机功能性、准确性调试和稳定性试验，最后通过现场试验调试数据。

通过我小组不懈的努力，我小组终于研制出该仪器，并很好的应用在避雷器带电检测中，本项目的开展和实施，有效克服了现有仪器存在的缺陷，能够满足电力系统各种避雷器带电测试和实验室测量的需要。一方面保证了测量的准确度，克服了现场干扰，另一方面实现了便携式测量，降低了工作强度，极大地提高了工作效率。MOA带电测试可对其运行状况作出有效判断，为及早发现隐患赢得时间，以达到确保电网安全运行的目的。

该仪器氧化锌避雷器带电测试仪主机由发射机（见图1）和接收机（见图2）组成。

显示器：显示波形和测量结果。

电源开关：整机电源的开启和关断，忘记关断电源可能会损坏电池。

充电接口：内部锂聚合物电池充电接口，请使用专用充电器。（充电时充电器上的指示灯指示电池状态，红灯表示正在充电，绿灯表示已经充满。）

电流信号接口：电流信号接线端口，接电流测试线，接线时注意区分测试线的红黑颜色。

电压信号接口：PT电压信号接线端口，接电压测试线，接电压测试线，黑色接中性点，红色接PT二次A相电压。

外置天线接口：外接带延长线的小吸盘天线，可增加传输距离。

量程开关：切换电流测试范围，I×1起为1倍档，I×10为10倍档，读数乘以10为测量结果。

相别开关：保持发射机电压接A相PT电压信号不变，通过切换接收机相别开关即可完成ABC三相避雷器的电流测量。

7 结语

国内的避雷器的带电测试研究工作始于2000年左右，使用电压电流相位分析的方法最为准确，但是有些测试单位存在从二次侧PT取电压信号不方便的问题。但是，历经二十年，国内外均没有很好的解决不取电压信号情况下，测试的准确性问题。通过不取电压信号，也能保证测试准确是我小组今后努力攻克的方向。

参考文献：