配網氧化鋅避雷器故障定位裝置的研制

張 飛，王天蒼，2

1.內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010 2.包頭供電局，內蒙古包頭 014030

配網氧化鋅避雷器故障定位裝置的研制

張 飛1，王天蒼1，2

1.內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010 2.包頭供電局，內蒙古包頭 014030

研制開發基于北斗定位系統的氧化鋅避雷器在線監測裝置，解決氧化鋅避雷器外觀良好內部存在導通性缺陷無法判斷的問題。利用北斗定位系統進行避雷器故障定位及故障數據上傳。通過上位機處理，將故障發生地點的具體位置通過北斗定位系統網絡傳輸給檢修人員，縮短檢修時間降低工作量。

氧化鋅避雷器；在線監測；定位

氧化鋅因為具有優異的非線性特性以及良好的通流能力等保護性能，由它構成的金屬氧化物避雷器，己經基本取代了傳統的碳化硅避雷器，成為電力系統中保護電力設備免受過電壓侵害的重要電氣設備。由于工作中存在泄漏電流，劣化、污穢、受潮和過壓等因素都將損害氧化鋅閥片的性能。直接危及到電氣設備乃至電力系統的安全運行。因而，為了保障電力系統運行的可靠性，為了及時發現事故隱患并及時予以處理，對其進行在線監測和診斷是非常必要的。

由于曾經發生過配網線路避雷器內部導通性故障引起的線路單相短路故障。檢修過程中，發現故障絕緣子外表及外觀都很正常，內部導通。給檢修工作到來極大的難度。檢修期間為及時解決解決此問題，曾將所有避雷器全部拆下恢復供電。為降低檢修工作量及時間，加入故障定位裝置非常有必要。

根據統計，我國電力系統電壓等級在110kV 以上的國產氧化鋅避雷器發生事故率為0.68%，雷擊跳閘率為1.3%。為了及時發現氧化鋅避雷器的缺陷，避免因事故造成的巨大損失，因此需要對避雷器進行在線監測。本系統監測避雷器的方法是通過定位系統實時監測氧化鋅避雷器的狀態，準確定位并及時排除故障。目前避雷器在線監測已成為重要的一種方法。

1 傳感器研制

本系統由傳感器、電子硬件設計和軟件設計三部分組成。其中傳感器采用了零磁通小電流傳感器。傳感器的結構圖如1所示。從MOA末端接地線檢測到的電流信號非常小，故首先要解決的問題是放大所檢測到的電流信號。其次就是如何提高所提取電流的精確性，使其不受周圍環境的影響太大。零磁通小電流傳感器的接線如圖1所示，該傳感器可大大提高測量的阻性電流的精確性，且具有優良的磁能力，穩定性也達到標準。電流傳感器結構如圖1所示。

圖1 電流傳感器結構

從圖1可看出，環形鐵芯已經和積分電阻構成通路。芯部導線即MOA末端接地線流過電流為i1（t），中心位置的單匝線圈與鐵芯二次側線圈的互感見式（1）；鐵芯周圍二次側線圈的自感見式（2）。

零磁通小電流傳感器的等效電路方程如下：

拉氏變換后得到下式：

其傳遞函數G（s）為：

本文設計的零磁通小電流傳感器具體參數為：鐵芯采用環形鐵氧體磁芯（μ=2000）和超微晶合金（μ=60000），鐵芯截面為長方形，鐵芯周圍具有的二次側線圈為500匝，骨架內徑為18mm，骨架外徑為58mm，厚度為25mm。繞線線徑為0.6mm。通過上述公式計算參數如下：Rs=0.8?，Ls=38mH，Ms=0.423mH，Cs=1.05pF。積分電阻R=0.1?。

2 硬件設計

硬件電路主要包括阻性全電流、電壓信號的采集、調理、數據處理與PC機的遠程通信等。調理電路主要是放大電壓、電流信號、濾波、電平極性的轉換，滿足A/D轉換器對輸入電壓的要求。A/D采樣轉換是將模擬信號數字化。設計采用的DSP的片上外設A/D模塊。對采集到的電壓電流信號進行數據處理，首先得到電壓電流型號的基波及諧波阻性電流等監測特征量。最終接口連接GPRS遠程通信模塊，實現將監測特征量的上位機傳輸。

圖2 硬件電路原理圖

3 軟件設計

軟件系統主要使用了TI公司的CCS3.3.它是C2000全系列的高性能DSP芯片。程序設計主要采用C語言進行了模塊化的設計。主要模塊包括：A/D采樣、提取阻性電流的算法、FFT、及通信子程序。主程序利用結構化設計思想，便于程序的調試與修改。

本項目整體軟件模塊主要包含以下幾部分：初始化、中斷處理程序、系統信號檢測、FFT運算、數據采集程序、應急處理程序等。整體在線監測由數據采集和處理的下位機、數據分析和人機接口的上位機組成。由于氧化鋅避雷器的劣化是一個緩慢漸變的過程，所以不需要系統具有高速實時性，以及不間斷的實時采集和處理數據。采集到1024個采樣值后.系統將觸發中斷程序進行數據處理，中斷程序執行完畢后再恢復A/D轉換器的排序器。并清除中斷標志位進行下一個周期的程序處理。為了減小系統的通信量，系統將累計得到30組特征參量后進行融合處理程序，將處理后的后的特征參量數據傳給上位機，這樣將大大提高系統的抗干擾能力。DSP主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

4 結論

本文在氧化物避雷器在線監測的研究方面主要完成的內容有：1）根據氧化物避雷器在實際應用中的特點及結構特性，將其等效為線性電容和非線性電阻并聯的等效模型。分析了氧化物避雷器在線監測的國內外的各種在線監測的方法。2）研究了一種新方法，即當加在避雷器兩端的電壓為零時，它的全電流中阻性電流成分為0，只有自身閥片的容性電流和相間耦合電容上產生的容性電流。當把這兩種容性電流都補償掉后。就可達到消除兩大主要干擾因素的目的。從而得到測量精度高的阻性電流值。3）在搭建DSP的硬件電路中，實現了數據的采集、分析、傳輸等功能。4）軟件設計實現了各個模塊功能，A/D轉換、FFT變換、通訊的程序設計等。實驗表明，本設計具有一定的實用價值。

[1]張柯.氧化鋅避雷器阻性電流在線監測技術的研究[D].西安：華北電力大學，2003.

[2]謝效偉.氧化鋅避雷器在線監測系統的研究[D].西安：西安理工大學，2006.

[3]潘翔.金屬氧化物避雷器在線監測系統的研究[D].合肥：合肥工業大學，2013.

[4]減殿紅.基于DSP的氧化鋅避雷器在線監測裝置的研究[D].青島：中國石油大學，2009.

[5]宋潘.避雷器在線監測儀的研究與設計[D].湖南：湖南大學，2010.

[6]范梅榮.基于GPRS的氧化鋅避雷器遠程監測系統的研究[D].河海大學，2006.

[7]王又佳.基于GPS同步的MOA阻性電流帶電檢測系統[D].上海交通大學，2010.

[8]李思南，劉黎，劉巖.基于Zigbee無線網絡技術的避雷器在線監測傳感器設計[J].工業控制計算機，2011.

[9]徐瑞亞，劉豫東，陳錦俊，等.金屬氧化物避雷器漏電流傳感器的設計[J].電磁避雷器，2013.

[10]孟令國.氧化鋅避雷器在線監測及分析系統研究[D].山東大學，2012.

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1674-6708（2015）149-0166-02