變電站避雷器在線監測裝置的研究與實踐

徐貞華

(江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

變電站避雷器在線監測裝置的研究與實踐

徐貞華

(江西銅業集團公司德興銅礦,江西德興 334224)

介紹一種使用8031單片微機控制的高壓避雷器在線監測裝置。該系統能及時分析避雷器有功泄漏電流的變化情況,以判斷高壓避雷器是否老化或劣化,若檢測到劣化避雷器時自動報警,自動顯示劣化避雷器部位,便于及時更換。

避雷器;單片機;在線監測

1 前言

變電站及輸電線路的防雷系統是整個電力系統非常重要的組成部分,在電系統中,大量使用高壓避雷器,以防止雷擊大氣過電壓,同時也可限制電力系統的操作過電壓,對變壓器、開關設備、母線等電氣設備起到保護作用。德興銅礦電力網地處山區,地理環境復雜,又是多雷區,在6～35kV中性點非有效接地系統中,每年有多次因避雷器被擊穿炸裂引起單相接地故障。在110～220kV中性點直接接地系統中,如果避雷器失效,將引起單相或相間短路故障,造成嚴重的設備損壞與大面積停電,影響生產。

目前在現場試驗中,只靠年檢進行一次避雷器檢驗,即使是在年檢中合格的避雷器,運行中也有可能發生擊穿損壞。德興銅礦電網在雷雨季節中,每年都有多次6kV、35kV避雷器擊穿炸裂,造成停電電停產。如1997年7月28日雷擊中,由于35kV避雷器失效,致使大山220kV變電站2#主變壓器(90000kVA/220kV)35kV側線圈對地擊穿,造成了巨大損失。特別是目前對礦山110kV、220kV系統的避雷器現場試驗手段有限,甚至是無法進行試驗(如對220kV),其運行狀態無法預測。所以,如果能在運行中對較為重要的避雷器(如主變、母線避雷器和110kV、220kV避雷器)進行動態監視,盡早發現劣化的避雷器,將對本礦的電網運行的穩定性、安全性有極其重要的意義。

2 監測機理及算法

2.1 監測儀用電流變換器的特殊結構

采集避雷器泄漏電流的電流變換器結構如圖1,其中L1、L2為避雷器接地端的一次繞組,W1為工作側繞組,在其引出端并接2只反向的穩壓管,用來起限幅作用。但如果單獨采用并接穩壓管的方法,還不能滿足避雷器放電時互感器二次側的輸出電壓在監測儀安全工作電壓范圍的要求。為此在導磁回路上繞制了2組短路繞組W2、W3。兩繞組的一端是直接連接,另一端由2只反向串聯的穩壓管連接在一起。這樣在泄漏電流很小時,W2、W3的感應電壓很低,Z1、Z2不被擊穿,短路繞組不起作用,僅有工作繞組W1感應電壓。當避雷器放電時,Z1、Z2被擊穿,短路繞組投入使用,由于感應電流產生的磁通是與L1、L2繞組相反的,因此合理的選擇W2、W3的繞組匝數能使兩者的磁通接近抵消,所以W1感應的電壓就會變得近似為零。

圖1 電流變換器結構圖

2.2 監測儀程序的算法

監測儀的數據采樣頻率定為5ms采集1次,1次采集6個數據,3個電壓,3個電流數據。這樣做的目的是因為每次采樣的相角差為工頻周期的1/ 4,即為2次采樣的相角差為π/2,便于以后計算電流、電壓的有效值及功率因數。電流、電壓數值與相角的計算方法采用兩點乘積法。

經電流為例,設I1、I2分別為相隔π/2的采樣時刻t1、t2的采樣值,則有:

I為電流的有效值;α為n=0時的電流相角,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個相隔90°的電流瞬時值,就可計算出該電流的有效值與相位,同樣計算出電壓的相角與有效值,這樣就可計算了泄漏電流的有功分量。

3 系統設計

3.1 硬件設計

監測儀以8031作為主處理器,配置一片AD574作為數模轉換。因為1組避雷器有3只,因此在AD轉換前必須有一路轉換開關,配置4位LED顯示器輪顯每路泄漏電流,另配置一繼電器作為遠程信呈給主控室,硬件構成方框圖如圖2。

圖2 硬件構成方框圖

由于泄漏電流的測量是連續的,平時避雷器泄漏電流很小,在電流變換器的二次端感應的電壓也很低,但是測量時可能發生避雷器放電的情況,這時避雷器的放電電流可達幾十千安,若不采取措施,電流變換器的二次端將感應出很高的電壓,立刻就能造成監測儀的損壞,因此必須設計出一僅在小電流情況有較高測量精度,在避雷器大電流放電的情況下限制二次感應電壓,保證監測儀安全工作的電流變換器。

3.2 軟件設計

本系統監控程序主要由主程序、中斷服務程序組成,系統程序采用了結構化模塊程序設計,部分程序框圖如圖3所示。

圖3 程序框圖

4 應用情況與效果

本監測儀已在德興銅礦電力系統中得到了廣泛應用,效果良好。運行情況表明,該儀器能有效地反映高壓避雷器的運行狀況,及時發現避雷器的一些缺陷。該儀器的運行對系統無任何副作用,對提高電力系統運行的安全水平具有很高的經濟價值。

5 結束語

(1)目前必須對高壓避雷器特別是氧化鋅避雷器進行在線監測,以減少事故的發生。

(2)從測量的角度和氧化鋅避雷器事故原因看,監測避雷器運行的泄漏電流能有效地反映其運行狀況。

(3)該在線監測儀可以實時監測高壓避雷器運行的泄漏電流,記錄避雷器動作次數,留有串行通訊口,可與變電站中計算機監控網絡相連,實行全自動監測。

REFERENCES

[1] 何立民.單片機系統配置與設計[M].北京航空航天大學出版社,1992.

[2] 陳粵初,等.單片機應用系統設計與實踐[M].北京航空航天大學出版社,1992.

[3] 徐愛鈞,彭秀華.C51 W indows環境編程與應用[M].北京電子工業出版社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