全自動非線性電阻型消諧器測試系統的研究及應用

國網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 中性點不接地電網中，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 的配電網會產生兩種不利情況：在一定條件下會產生鐵磁諧振，諧振過電壓嚴重時可使弱絕緣設備損壞造成事故；電網間隙性接地或接地消失時產生的低頻自由分量，使對地有通道的YO 接線PT 深度飽和，一次線圈通過安培級的涌流，使PT 熔絲熔斷或PT炸損。運行經驗證明，在PT 中性點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，同時又不影響PT 的正常運行，從而非線性電阻型消諧器的正常工作與否對電網運行安全至關重要[1]。

1 全自動非線性電阻型消諧器測試系統的應用價值

多年以來電力部門主要依靠搖絕緣或目測等手段測量電壓互感器中性點用非線性電阻型消諧器的好壞，間接了解消諧器的狀態，而非線性電阻型消諧器長期運行過程中會逐步老化影響正常動作。搖絕緣或目測既不能準確獲取消諧器在運行過程中的狀態，也不能確切反映消諧器的故障。該儀器完成后，將設備的各類健康信息及運行數據、試驗數據等有效的結合起來，全面地對設備的健康狀況進行評價、分析，為設備狀態檢修和潛在故障分析提供有力依據和合理分析的依據，在對電壓互感器中性點用非線性電阻型消諧器無論是定檢或預防性試驗時，避免了目前無專業儀器進行試驗，實現測試測試手段的自動化和專業化，提高了生產管理水平，確保電網安全生產運行。

2 全自動非線性電阻型消諧器測試系統工作中研究分析

2.1 實踐依據

2.1.1 項目理論依據

通過使用高壓取樣信號隔離變換技術，提供了一種能檢測非線性電阻型消諧器相關參數的測試裝置，可用于檢測非線性電阻型消諧器的正常工作與否。本儀器提供一種對消諧器進行工頻電流電壓參數進行校驗的方法，儀器能實現自動檢測非線性電阻型消諧器在0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA 各點時的伏安特性，這種方法既能對運行中的非線性電阻型消諧器潛在事故進行事先預測，也可對非線性電阻型消諧器安裝前的設備檢驗提供手段和裝置，克服現有技術存在的問題。使用該儀器后為非線性電阻型消諧器狀態檢修提供了最直接有效的數據，從而提高了設備的安全運行水平。

2.1.2 項目技術特點

由于消諧器是非線性器件，該項目的測試標準規定了六個測試點0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、10mA 來表示它的伏安特性，在每一個點的測試點通過逐次逼近的方式達到精確測量。本測試裝置的工作原理根據歐姆定律來測量的，只要測出元件兩端電壓和通過的電流，即可由歐姆定律計算出該元件的阻值。

信號的取樣和變換。測量電路模塊主要是完成電流、電壓的取樣，然后送入信號隔離變換模塊轉換成標準的TTL 電平后送入測控單元的A/D 變換。測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，把電流信號轉換成電壓信號，依據取樣電阻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 輸入端口連接進行AD 轉換；測控單元也是測量和控制部分的簡稱，功能包括繼電器的控制、PWM 電壓的輸出、TTl 輸入信號的ADC 采集和顯示部分間的通信。

信號隔離變換模塊的功能是實現寬范圍電壓的輸入、小范圍的電壓輸出，也可說是信號的線性縮小。取樣電路輸出的電壓信號根據測量負載決定其范圍為0～60V，這么高的電壓單片機沒法直接采集、需對信號進行縮小，為保證信號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直接連接進行信號采集；連續電壓的輸出。由于消諧器的非線性，其輸出測量電壓必須是一個連續可變高壓電源，如0～3300V，這部分由電子調壓器和升壓變壓器組成；測量過程中，取樣信號的傳輸、抗干擾、隔離等對測量精度也很重要。

該項目采用信號隔離等技術，把高壓信號轉換成標準的TTL 電平信號送給單片機的A/D 采集端，經過內部的轉換判斷進一步調節PWM 的控制輸出電壓，形成一個閉環的控制方式以達到需要測量的要求。如一個樣品的測量過程：PWM 輸出一個很小的電壓，經電子調壓器和變壓器把電壓加在樣品的兩端，測控單元的ADC 采集端采集一個電壓和電流的信號，比較采集回來的電流和要求測量電流的大小（比如要求0.3mA），若采集回來的電流比0.3mA 小則再增大PWM 的輸出電壓再采集，直到采集回來電流和0.3mA 很接近了，采集此時的樣品兩端電壓也就是要得到的數據，完成數據的測量。

2.2 項目研發方案

根據研發的預期目標，結合工作的實際情況，改變非線性電阻型消諧器傳統的試驗等手段，實現變電站非線性電阻型消諧器安全狀態檢測和故障分析功能，達到設備管理規范化、信息化、科學性的目的。

2.3 設計原則

技術的先進性和成熟性。整臺設備的設計立足于采用先進的、成熟可靠的、代表未來發展方向的主流技術，既能減小儀器設計過程中的技術風險，又能延長儀器的生命周期，使得項目投資得到最大的效益回報；系統的兼容性和擴展性。系統設計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展留有適當的擴展空間，能以最小的代價來最大限度地滿足技術和業務發展變化的需要；系統的可靠性和穩定性。主要體現在：硬件、軟件選型本身的可靠性，系統測量的可靠性，系統需很強的抗干擾性能。

系統的經濟性和實用性。實用性是系統的生命，在設計時要求采用各種技術方法和措施來保證其實用性。它體現在規劃的合理性、使用的可靠性、功能的完善性、使用的方便性、人機界面的友好性等，總之，其要能夠全方位深層次地滿足試驗的使用要求，以簡單、方便、快捷、實用為原則。在重點考慮實用性地同時，也要考慮裝置的經濟性，系統的經濟性體現在：系統設計采用適量余度；既要考慮裝置成本，又要考慮以后的維護成本；延長系統的生命周期。

3 經濟效益和社會效益

近年來電網污閃事故時有發生，使變電站供電線路部分或全部停電，造成巨大經濟損失和社會影響。運行實踐表明，通過對復合絕緣子在線檢測可及時有效發現故障隱患絕緣子，及時退出運行，為電網的安全運行提供可靠的在線檢測手段，提高電網企業社會聲譽，同時也給電網帶來明顯的經濟效益和社會效益[2-3]。

該項目完成后，將設備的各類健康信息及運行數據、試驗數據等有效地結合起來，全面對設備的健康狀況進行評價、分析，為設備狀態檢修和潛在故障分析提供有力依據和合理分析的依據，在對電壓互感器中性點用非線性電阻型消諧器無論是定檢或預防性試驗時，避免了目前無專業儀器進行試驗，實現測試手段的自動化和專業化，提高了生產管理水平，確保電網安全生產運行。

提高設備的安全運行水平。使用該儀器后，為非線性電阻型消諧器狀態檢修提供了最直接有效的數據，從而提高了設備的安全運行水平；提高了生產管理水平。在儀器研發的過程中，公司相關業務人員及檢修人員參與到了項目的設計和業務梳理環節，將項目的原理和工作過程進行了整理，形成了企業自身的知識成果，提高了生產管理水平。

提高了企業的社會形象。儀器投入使用后，在非線性電阻型消諧器投運前的設備把關和狀態檢修領域及故障預防方面發揮了重要作用，提高了設備檢修水平，為電網設備的安全運行提供了依據，給社會帶來了巨大的收益。

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防性試驗方面，解決了目前無專業儀器進行試驗的難題，實現了測試手段的自動化和專業化，提高了生產管理水平。在非線性電阻型消諧器投運前的設備把關、狀態檢修領域及故障預防方面都能發揮重要作用，為電網設備的安全運行提供了依據，可帶來巨大的經濟效益和社會收益。