畢業(yè)論文關(guān)于避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置的研究

1、畢業(yè)論文-關(guān)于避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置的研究 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課 題 關(guān)于避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置的研究編 號(hào) 專 業(yè) 電氣化鐵道 班 級(jí) 電子電器 學(xué)生姓名 童申申 指導(dǎo)單位 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)教師 王向東 摘 要可編程控制器（plc 是近年來發(fā)展迅速應(yīng)用廣泛的控制裝置，是一種工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字電子控制系統(tǒng)，它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，還可以完成邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí),計(jì)數(shù)，數(shù)值計(jì)算和特定的功能，其應(yīng)用于從單機(jī)自動(dòng)化控制到整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化及至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化控制，使電器控制技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)暫新的階段，目前plc控制幾乎在工業(yè)生產(chǎn)

2、的所有領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是工件的鍛壓、搬運(yùn)和裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)的plc控制系統(tǒng)。先對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行總體的思考，使自己有一個(gè)大致的總體概念，然后了解油壓機(jī)、機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)，仔細(xì)分析工件的鍛壓、搬運(yùn)和裝箱過程，再根據(jù)工件的運(yùn)動(dòng)過程，畫出功能圖，編譯plc梯形圖及語句表，利用plc實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。最終完成對(duì)工件的鍛壓、搬運(yùn)和裝箱自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)。因此工件在完成鍛壓、搬運(yùn)和裝箱運(yùn)動(dòng)過程外，油壓機(jī)、機(jī)械手和步進(jìn)電機(jī)的plc控制系統(tǒng)還具有安裝簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，易于維修，擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目 錄1 緒論71.1 電力設(shè)備維修的發(fā)展概況71.2 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義8

3、 氧化鋅避雷器的主要特點(diǎn)9 氧化鋅避雷器運(yùn)行中存在的問題9 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義101.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀101.4 本文研究的主要內(nèi)容131.5 小結(jié)132 moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理132.1 moa在線監(jiān)測(cè)的總體原理及方法14 moa在線監(jiān)測(cè)原理142.2 moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案15 電流、電壓信號(hào)采集16 信號(hào)放大電路及濾波電路17 倍頻跟蹤電路及采樣/保持電路17 ad轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集17 主機(jī)監(jiān)測(cè)程序18 系統(tǒng)工作步驟182.3 小結(jié)183 在線監(jiān)測(cè)方法誤差原因及改進(jìn)措施193.1 相間雜散電容的干擾19用消除相間干擾的方法及其不足203.3 pt角差的影響

4、213.4 絕緣子表面污穢223.5交流伏安曲線滯回特性的影響223.6 小結(jié)224 moa在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)234.1電流、電壓信號(hào)的采集和處理234.2 溫度、濕度的監(jiān)測(cè)364.3 數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)414.4 在線監(jiān)測(cè)的抗干擾問題424.5 小結(jié)435 moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)測(cè)445.1 傳感器及前置處理電路誤差的校正445.2 moa阻性泄漏電流線性模擬測(cè)試445.3 moa阻性泄漏電流現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)485.4小結(jié)506 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析517 結(jié)論51參考文獻(xiàn)52前 言避雷器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，而氧化鋅避雷器因其保護(hù)特性好，通流容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，在電力系統(tǒng)中已經(jīng)逐步取代了碳化

5、硅避雷器，獲得了日益廣泛的應(yīng)用。目前采用的氧化鋅避雷器大多不帶有任何間隙，這樣氧化鋅閥片長(zhǎng)期直接承受工頻電壓，運(yùn)行期間總有電流流過閥片，會(huì)引起避雷器閥片老化、阻性泄露電流增加和功耗加劇，導(dǎo)致避雷器閥片溫度升高至發(fā)生熱崩潰，從而引發(fā)電力系統(tǒng)事故。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)氧化鋅避雷器的隱患，需要對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，目前，對(duì)氧化鋅避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的主要手段是在線監(jiān)測(cè)，采用的措施為：測(cè)量氧化鋅避雷器在運(yùn)行狀態(tài)下的全電流變化，測(cè)量流過氧化鋅避雷器阻性電流的變化來監(jiān)測(cè)氧化鋅避雷器性能的變化。通過對(duì)避雷器泄露阻性電流的監(jiān)測(cè)，能對(duì)引起泄漏電流變化的原因進(jìn)行進(jìn)一步的分析。1 緒論1.1 電力設(shè)備維修的發(fā)展概況運(yùn)行電

6、力設(shè)備的狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是提高供電安全性，減少停電給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來的損失，滿足供電可靠性的根本要求。電力設(shè)備在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等因素的作用，其性能將逐漸劣化，直至造成故障，引起供電中斷。電力系統(tǒng)正向超高壓、大電網(wǎng)、大容量、自動(dòng)化方向邁進(jìn)，隨著電壓等級(jí)的提高，有關(guān)電氣設(shè)備絕緣問題就顯得越來越重要。無論是大型關(guān)鍵設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器，還是小型設(shè)備如電容器、避雷器、絕緣子等，一旦發(fā)生故障，將引起局部甚至片區(qū)停電，影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，破壞社會(huì)的正常秩序，造成難以挽回的損失。提高電氣設(shè)備的可靠性，一是提高設(shè)備的質(zhì)量，二是進(jìn)行檢查和維修。最早是發(fā)生事故后才維修，稱為事故維修，

7、但突發(fā)性事故損失大。目前廣泛采用定期檢查與維修的制度，稱為預(yù)防性維修制度，電力工業(yè)部專門為此制定了電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程 dl/t 596-1996 。電力系統(tǒng)中當(dāng)前推行的預(yù)防性試驗(yàn)是離線進(jìn)行的，其缺點(diǎn)是：需停電進(jìn)行。而不少重要的電力設(shè)備，輕易不能停止運(yùn)行；周期性進(jìn)行。設(shè)備仍有可能在試驗(yàn)間隔期間發(fā)生故障，即造成“維修不足”；停電后設(shè)備狀態(tài) 如作用電壓、溫度等 和運(yùn)行中不符，且運(yùn)行電壓很高而常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)電壓較低 一般在工頻10kv以下 ，從而影響判斷準(zhǔn)確度，可能出現(xiàn)預(yù)防性試驗(yàn)合格，而在運(yùn)行中發(fā)生事故的現(xiàn)象；定期的試驗(yàn)維修有時(shí)是不必要的，造成了人力、物力的浪費(fèi)，即造成“過度維修”。由于逐漸發(fā)現(xiàn)和

8、認(rèn)識(shí)到定期停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)的缺陷和不足，在采用預(yù)防性檢修制的同時(shí)，人們積極探索帶電檢測(cè)的試驗(yàn)方法開始帶電檢測(cè)的思路與預(yù)防性試驗(yàn)并沒有發(fā)生根本性變革，只是采用停電預(yù)防性試驗(yàn)的儀器以加強(qiáng)絕緣等手段來實(shí)現(xiàn)帶電檢測(cè)，這樣不僅安全可靠性差，而且測(cè)得的數(shù)據(jù)分散性較大，缺乏推廣應(yīng)用的價(jià)值，但重要的是使人們認(rèn)識(shí)到了在運(yùn)行電壓下帶電檢測(cè)比停電后加較低電壓下的預(yù)防試驗(yàn)更能真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。隨著傳感器、光纖、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)前發(fā)展起了以在線監(jiān)測(cè) 狀態(tài)監(jiān)測(cè) 和故障診斷為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修。設(shè)備“在線監(jiān)測(cè)”的重要特征是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幾乎不使用預(yù)防性試驗(yàn)的儀器，而是利用各種高靈敏度的傳感器及測(cè)量手段對(duì)反映設(shè)備運(yùn)行狀

9、態(tài)的物理、化學(xué)量進(jìn)行檢測(cè)，以判明設(shè)備是否處于正常狀態(tài)；設(shè)備的“故障診斷”是指專家 演變?yōu)榫哂胸S富軟件支持的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所得的各測(cè)量值及其運(yùn)算結(jié)果所提供的信息，采用所掌握的關(guān)于設(shè)備的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理判斷，找出設(shè)備的故障類型、部位及嚴(yán)重程度，從而提出對(duì)設(shè)備的維修處理建議。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是可以對(duì)電氣設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)或隨時(shí)的監(jiān)測(cè)與判斷，故可避免上述預(yù)防性試驗(yàn)的缺點(diǎn)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與高電壓技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在線監(jiān)測(cè)與離線試驗(yàn)不是對(duì)立的，而是相輔相成的。在線監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)事故隱患后，必要時(shí)在離線狀態(tài)下進(jìn)行更為徹底的全面檢查。推行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技

10、術(shù) 在線診斷技術(shù) ，可以變預(yù)防性維修為預(yù)知性維修，即狀態(tài)維修。從“到期必修”過渡到“該修則修”。在線監(jiān)測(cè)為我們提供了以前離線測(cè)試時(shí)無法獲得的數(shù)據(jù)，為我們從另一個(gè)角度研究設(shè)備的運(yùn)行狀況提供依據(jù)，隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟及人們運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，預(yù)知性檢修替代預(yù)防性檢修體系將成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。綜上所述，對(duì)電氣設(shè)備的檢修，大約走過了事故后檢修、預(yù)防性計(jì)劃?rùn)z修，現(xiàn)正向預(yù)知性的狀態(tài)檢修邁進(jìn)1。1.2 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義避雷器主要用于限制由線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內(nèi)部過電壓，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保護(hù)設(shè)備之一，它的正常運(yùn)行對(duì)保證系統(tǒng)的安全供電起著重要作用。傳統(tǒng)的避雷器 分為保護(hù)間隙避雷

11、器、管式避雷器、閥式避雷器 在使用時(shí)必須串聯(lián)間隙。六十年代末、七十年代初，日本率先研制出了金屬氧化鋅避雷器 metal oxide surge arrester-moa ，從八十年代開始在我國(guó)電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用并已成為避雷設(shè)備的主流，因而本文主要討論金屬氧化鋅避雷器的在線監(jiān)測(cè)。 氧化鋅避雷器的主要特點(diǎn)氧化鋅避雷器是由非線性電阻片疊裝而成，具有非常優(yōu)越的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無間隙無續(xù)流，且造價(jià)低廉，因而在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中各電壓等級(jí)電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。其主要具有以下優(yōu)點(diǎn)；1） 保護(hù)選擇性好由于moa具有很好的非線性特性，所以在正常運(yùn)行電壓下呈現(xiàn)很高的阻值，正常工作時(shí)流過

12、它的電流只是微安級(jí)；當(dāng)施加在它上面的電壓超過參考電壓時(shí)，其伏安特性漸呈平坦曲線，通過它的電流增加很快，從而可以有效地抑制過電壓，保護(hù)其它電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。2） 通流能力大氧化鋅閥片的密度高，比熱大，通流能力大約是碳化硅閥片的4倍，因此在需要大通流能力的場(chǎng)合其優(yōu)越性更加明顯3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高由于可以取消傳統(tǒng)碳化硅避雷器的串聯(lián)間隙，提高了可靠性，動(dòng)作穩(wěn)定性好，同時(shí)新一代moa的抗污穢能力也得到了很大的改善。 氧化鋅避雷器運(yùn)行中存在的問題雖然moa與碳化硅避雷器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，各種性能也有了很大的改善，但在投入電力系統(tǒng)使用之后，也出現(xiàn)了這樣或是那樣的問題，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面1） 由

13、于moa取消了串聯(lián)間隙，在電網(wǎng)電壓作用下，一定有泄漏電流流過氧化鋅閥片，電流中的有功分量將使閥片發(fā)熱，從而引起moa伏安特性的變化，這是一個(gè)正反饋的過程，長(zhǎng)期作用的結(jié)果將導(dǎo)致氧化鋅閥片的老化，直到出現(xiàn)熱擊穿。2） moa受到?jīng)_擊電壓的作用，氧化鋅閥片也會(huì)在沖擊電壓能量的作用下發(fā)生老化。3） moa內(nèi)部受潮或內(nèi)部絕緣支架絕緣性能不良，會(huì)使工頻電流增加，功耗加劇，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致內(nèi)部放電。4） moa時(shí)常受到雨、雪、凝露及灰塵的污染，由于moa內(nèi)外電位不同而使內(nèi)部氧化鋅閥片與外部瓷套之間產(chǎn)生較大的電位差，導(dǎo)致徑向放電現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可能損壞避雷器。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電力系統(tǒng)自1986年大量的高壓moa進(jìn)

14、入電網(wǎng)以來，到1990年10月為止電壓等級(jí)在110kv及以上的國(guó)產(chǎn)moa已達(dá)7060相，累計(jì)運(yùn)行16789相，其中有48相發(fā)生事故，占0.68；90相退出運(yùn)行，占1.3。統(tǒng)計(jì)事故率占0.286相，百相年，其中受潮引起的事故占60。1985年起，我國(guó)進(jìn)口110kv及以上電壓等級(jí)moa近2000相，主要是日本：日立、明電舍、三菱；瑞典：asea、瑞士：bbc（abb 和美國(guó)：ge等多家產(chǎn)品。不完全統(tǒng)計(jì)有23相損壞，退出運(yùn)行有三十多相，事故率為o34相百相年，事故率高于國(guó)產(chǎn)避雷器的事故率，其主要故障是由于受潮、直流l ma參考電壓utma過低、電位分布不均、運(yùn)行不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻?。一旦moa發(fā)生故障

15、，避雷器本身將造成損壞甚至爆炸，同時(shí)其它電氣設(shè)備將失去過電壓保護(hù)，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，國(guó)內(nèi)外從moa投運(yùn)起就十分重視其運(yùn)行工況的檢測(cè)。 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義當(dāng)moa存在內(nèi)部受潮和閥片老化等缺陷時(shí)，一般通過停電試驗(yàn)可以檢查出來，但moa為非線性電阻元件，在電網(wǎng)電壓及環(huán)境等因素長(zhǎng)期作用下會(huì)產(chǎn)生劣化，以至于有時(shí)在停電試驗(yàn)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)任何問題，而在正常工作電壓下運(yùn)行幾個(gè)月后突然爆炸，導(dǎo)致大面積停電事故，這充分說明對(duì)moa性能的判斷僅依賴停電試驗(yàn)還是不夠的，主要原因如下：1） 停電試驗(yàn)所加電壓，周圍環(huán)境因素等與moa正常工作時(shí)所承受的電壓、環(huán)境是不同的，這時(shí)測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)就不能準(zhǔn)確而有效地

16、反映設(shè)備狀況2） 由于停電試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，moa的性能是逐漸變化的，這個(gè)變化達(dá)到一定程度后其劣化速度加快。因此，對(duì)moa進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與帶電測(cè)試，并由此來確定是否停電進(jìn)行試驗(yàn)，能夠有效發(fā)現(xiàn)moa受潮和老化等缺陷；或者，用在線監(jiān)測(cè)所測(cè)的數(shù)據(jù)，通過“縱比” 與同一設(shè)備連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)相比 可進(jìn)一步判斷屬于何種潛伏性故障。1.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀對(duì)moa運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)方法研究時(shí)間比較長(zhǎng)，檢測(cè)方法也有多種，基本都以測(cè)泄漏電流為基礎(chǔ)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外目前采用的測(cè)試方法，可歸納為下面幾種：1） 總泄漏電流法總泄漏電流法是基于moa泄漏電流的容性分量基本不變，可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為其總電流的增加能在一定程度上反

17、映其阻性分量電流的增長(zhǎng)情況。基本方法是在避雷器放電記數(shù)器兩端并接低電阻的a表，以此測(cè)量總泄漏電流的變化。顯然，這種方法太粗糙，靈敏度較低，不宜廣泛采用。實(shí)際上，僅是一種無高精度儀器時(shí)的簡(jiǎn)單觀測(cè)方法。因此目前極少用此方法3。2） 阻性電流三次諧波法阻性電流三次諧波法是將全電流經(jīng)帶通濾波器檢出三次諧波分量，根據(jù)moa的總阻性電流與三次諧波阻性分量的一定的比例關(guān)系來得到阻性電流峰值。由于各廠生產(chǎn)的閥片以及同一廠生產(chǎn)的不同規(guī)格的閥片的特性不盡相同，導(dǎo)致三次諧波峰值與阻性電流峰值之間的函數(shù)關(guān)系不一樣，而且與的函數(shù)關(guān)系又是隨閥片的老化而變化的；moa端電壓 母線電壓 中的諧波含量也對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生直接影響；

18、此外，也無法反應(yīng)moa表面污穢、受潮的情況。因此，三次諧波法既不具有通用性，也不能比較客觀地反應(yīng)moa的實(shí)際運(yùn)行工況，它只能局限于同一產(chǎn)品在同一試驗(yàn)條件下的縱向比較。其優(yōu)點(diǎn)是只需取moa的總泄漏電流，不需要參考電壓，比較方便。但當(dāng)系統(tǒng)電壓中含諧波分量較大時(shí)，則電容電流也將含3次諧波，使測(cè)量存在較大誤差，容易造成誤判。3） 補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流補(bǔ)償法認(rèn)為導(dǎo)致閥片發(fā)熱而產(chǎn)生有功損耗的原因是阻性電流分量，所以是以外加容性電流來去掉與母線電壓成2相位差的容性電流分量從而獲得阻性電流的方法。這種方法以lcd-4型泄漏電流檢測(cè)儀為代表，可以測(cè)量總泄漏電流、阻性電流分量及功率損耗，有較好的測(cè)量效果。補(bǔ)償法測(cè)量

19、原理簡(jiǎn)單，測(cè)量精度能滿足工程要求，使用也很方便。但這種方法只有在總泄漏電流中的阻性電流與容性電流成2相位差時(shí)才可以得到反應(yīng)閥片老化的真實(shí)結(jié)果。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)有干擾而三相成固定排列 如一字形 時(shí)，由于相間雜散電容的作用，容性電流與電壓不成2相位差，測(cè)試儀器不能將容性電流完全補(bǔ)償?shù)?，使誤差很大。此時(shí)a相和c相moa受b相電壓的影響，總泄漏電流的相位 以本相電壓為參考量 將分別移后和移前約35，b相moa同時(shí)受a相和c相電壓影響，相位基本不變，從而導(dǎo)致測(cè)得的阻性電流a相增大，c相減小，b相基本不變，即不能反應(yīng)moa閥片老化的真實(shí)情況。但作為縱向比較是可以客觀反應(yīng)三相moa的實(shí)際運(yùn)行工況的。另外補(bǔ)償法從p

20、t上取電壓信號(hào)，可能存在著相移；電網(wǎng)電壓有諧波時(shí)，也要影響其測(cè)量的精度。4） 高次諧波計(jì)算法這種方法是對(duì)常規(guī)補(bǔ)償法的改進(jìn)，其基本思想是：只需從moa取總泄漏電流，經(jīng)過單片機(jī)分析計(jì)算得到阻性電流。將從moa取到的總泄漏電流同時(shí)送入減法單元和邏輯分析單元；邏輯分析單元對(duì)總泄漏電流信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算出容性電流和阻性電流的相位差，由自動(dòng)信號(hào)生成單元生成容性電流信號(hào)初值，并送入減法單元與總泄漏電流作差分運(yùn)算。后面的處理與常規(guī)補(bǔ)償法相同，最后可得到阻性電流。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)試人員可避開電壓互感器的接線操作，使在線監(jiān)測(cè)操作更簡(jiǎn)便，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)在線測(cè)試的安全性；采用了單片機(jī)系統(tǒng)，智能化程度較高但其準(zhǔn)確性

21、取決于系統(tǒng)電壓高次諧波的含量5） 諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流的基波值諧波分析法認(rèn)為用阻性電流基波來研究moa的小電流特性更合理，因?yàn)樵谡也妷鹤饔孟?，moa的阻性電流中有基波，也有高次諧波，但只有基波電流能作功產(chǎn)生熱量，諧波電流則不作功也不產(chǎn)熱。在各種moa阻性電流值相等的情況下，因不同moa的阻性電流基波與諧波的比例往往不同，則其發(fā)熱、功耗也就不同。同時(shí)測(cè)量阻性電流基波還可以排除電網(wǎng)電壓中含有諧波對(duì)阻性電流測(cè)量的影響，而不論其諧波量如何，阻性電流基波值總是一個(gè)定值。諧波分析法采用數(shù)字化測(cè)量和諧波分析技術(shù)，從總泄漏電流中分離出阻性電流基波值，整個(gè)過程可以通過單片機(jī)或微機(jī)在軟件中得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于相間

22、雜散電容的影響，可以利用諧波分析技術(shù)測(cè)出兩個(gè)邊相泄漏電流的相移予以糾正。這種方法可信度高，硬件電路簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，采用適當(dāng)?shù)拇胧┛梢詼p小干擾，提高其測(cè)量精度。6） 采用波點(diǎn)方法 point-on-wave 測(cè)試moa泄漏電流這種方法通過分析電壓和泄漏電流的波形而得到阻性電流的一個(gè)周期內(nèi)的值。它適用于便攜式的moa泄漏電流測(cè)試，但其可靠性尚需進(jìn)一步驗(yàn)證?？傊厦娴膸追N方法都有一定的局限性，總是或多或少地受電網(wǎng)電壓諧波和相間干擾等因素的影響。因此，消除或減少相間電容電流的干擾，消除諧波電壓和pt相移等因素的干擾，使測(cè)得的阻性電流更加真實(shí)地反映各相moa的運(yùn)行狀況成為必要，而且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程

23、實(shí)際選擇合理、實(shí)用、可靠的方法成為moa在線監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)的主要任務(wù)。1.4 本文研究的主要內(nèi)容moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后應(yīng)不影響變電站電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，系統(tǒng)能自動(dòng)地連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)處理和診斷分析、具有較好的抗干擾能力和合理的監(jiān)測(cè)靈敏度、監(jiān)測(cè)結(jié)果具有較好的有效性和可靠性、能及時(shí)準(zhǔn)確地反映moa的運(yùn)行狀況并指導(dǎo)檢修工作。本文就moa泄漏電流阻性分量的在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行了研究，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，探索以高檔微機(jī)為核心，簡(jiǎn)化硬件電路，運(yùn)用軟件分析技術(shù)，以“軟”代“硬”的在線監(jiān)測(cè)方法。故需運(yùn)用數(shù)字化測(cè)量和分析技術(shù)，把豐富的軟件技術(shù)用于moa的在線監(jiān)測(cè)中4本文研究的主要研究工作為：1） 一種工程中實(shí)用

24、的moa在線監(jiān)測(cè)方法，相應(yīng)moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案的設(shè)計(jì)；2） 分析moa在線監(jiān)測(cè)方法的誤差原因，制定相應(yīng)的改進(jìn)措施；3） 靈敏可靠傳感器的研究，moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；4） moa在線監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究。1.5 小結(jié)1） 簡(jiǎn)述了電力設(shè)備維修從事故維修、預(yù)防性維修到狀態(tài)維修的發(fā)展歷程，論述了開展在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的必要性。2） 分析了氧化避雷器運(yùn)行出現(xiàn)故障的原因，說明了對(duì)moa線監(jiān)測(cè)的必要性和意義。3） 綜合闡述了現(xiàn)階段moa性電流測(cè)量的常用方法及原理，比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。4）提出了本文研究的目的和主要內(nèi)容，擬研發(fā)以“軟件分析技術(shù)”的電氣設(shè)備在線檢測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)是對(duì)moa阻性電流在線監(jiān)

25、測(cè)與診斷，通過剖析系統(tǒng)原理，分析誤差原因，排除干擾因素，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2 moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也取得了重大進(jìn)展。最近幾年，在測(cè)試領(lǐng)域中發(fā)展起了一種新的技術(shù)應(yīng)用數(shù)字波形分析系統(tǒng)。它是一種兼有波形的數(shù)字采集、存儲(chǔ)和分析功能的數(shù)字化、智能化測(cè)量系統(tǒng)。在對(duì)設(shè)備原始電壓、電流波形進(jìn)行采集的基礎(chǔ)上，運(yùn)用豐富的數(shù)字處理方法編制軟件程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備各種運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)5。這種技術(shù)具有相當(dāng)大的靈活性。在存貯和保留原始信號(hào)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，為了獲得監(jiān)測(cè)信號(hào)的某些新信息，可不改變硬件電路，只需修改軟件即實(shí)現(xiàn)。隨著在線監(jiān)測(cè)技

26、術(shù)的發(fā)展，可使監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)相結(jié)合，對(duì)數(shù)據(jù)、結(jié)果進(jìn)行更廣和更深層次的分析和判斷，不斷開發(fā)適用的分析軟件以達(dá)到能智能化地對(duì)電氣設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷。因此，以軟件為主的監(jiān)測(cè)技術(shù)具有很好的發(fā)展前景。2.1 moa在線監(jiān)測(cè)的總體原理及方法在交流作用下，避雷器的總泄漏電流 全電流 包含阻性電流 有功分量 和容性電流 無功分量 。在正常運(yùn)行情況下，流過避雷器的電流主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，約為1020左右。但當(dāng)閥片老化、避雷器受潮、內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，容性電流變化不大，而阻性電流卻大大增加，所以目前對(duì)氧化鋅避雷器主要進(jìn)行阻性電流的在線監(jiān)測(cè)，而監(jiān)測(cè)阻性電流的關(guān)鍵是要從阻容

27、共生的總電流中分離出微弱的阻性電流。 moa在線監(jiān)測(cè)原理因moa無串聯(lián)間隙，在持續(xù)運(yùn)行電壓作用下，由氧化鋅閥片組成的芯片柱就要長(zhǎng)期通過工作電流，即總泄漏電流。嚴(yán)格說來，總泄漏電流是指流過moa內(nèi)部閥片柱的泄漏電流，但測(cè)得的moa總泄漏電流包括瓷套泄漏電流、絕緣桿泄漏電流及閥片柱泄漏電流三部分一般而言，閥片柱泄漏電流不會(huì)發(fā)生突變，而由污穢或內(nèi)部受潮引起的瓷套泄漏電流或絕緣桿泄漏電流比流過moa內(nèi)部閥片柱的泄漏電流小得多。因此，在天氣好的條件下，測(cè)得的moa總泄漏電流一般都視為流過moa閥片柱的泄漏電流。 由于moa芯片柱是由若干非線性的閥片串聯(lián)而成的，通過moa的總泄漏電流是非正弦的，因此不能用

28、線性電路原理來求總泄漏電流。為此，國(guó)內(nèi)外常用阻容并聯(lián)電路來近似等效模擬moa非線性閥片元件，見圖2-1 a 。rn是zno晶體本體的固有電阻，電阻率為110?cm；rx是晶體介質(zhì)層電阻，電阻率為?com，它是非線性的，隨外施電壓大小而變化；cx是zno晶體介質(zhì)電容，相對(duì)介電系數(shù)為1000-2000。由于rx rn，可略去rn的影響，故又常將圖2-l a 簡(jiǎn)化為2-l b 的等效電路6。圖2-1 moa閥片芯柱的等效電路figure 2-1 moa valve core columns in the equivalent circuit流過moa的總泄漏電流可分為阻性電流與容性電流兩部分7。導(dǎo)致

29、閥片發(fā)熱的有功損耗是阻性電流分量。因?yàn)榉蔷€性電阻，流過的阻性電流不但有基波，而且還含有三次、五次及更高次諧波；只有阻性電流的基波才產(chǎn)生功率損耗；雖然總泄漏電流以容性電流為主，阻性電流僅占其總泄漏電流的10%20左右，但容性電流的變化很小，相對(duì)阻性電流隨時(shí)間的變化量，容性電流的變化量可忽略不計(jì)。因此對(duì)moa泄漏電流的監(jiān)測(cè)應(yīng)以阻性電流為主。2.2 moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案為了實(shí)現(xiàn)以軟件分析、計(jì)算為主的對(duì)moa阻性電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本文充分利用了微機(jī)計(jì)算速度快，處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心，加上傳感器、必要的外圍硬件電路，構(gòu)成了一個(gè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過傳感器獲取設(shè)備電壓、電流信號(hào)，經(jīng)電

30、纜傳送至前置處理箱，再由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)根據(jù)不同設(shè)備類型的特點(diǎn)和要求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，得到監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)而存貯數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果，作出各種判斷。圖2-2在線監(jiān)測(cè)原理框圖figure 2-2 block diagram of line monitoring圖2-2所示為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖。對(duì)moa的測(cè)量，被測(cè)的電壓和電流信號(hào)分別從電壓互感器 pt 和moa底部獲取，采用pt將設(shè)備所在母線上的電壓轉(zhuǎn)換成低壓信號(hào)；采用電流傳感器采集設(shè)備底部的小電流信號(hào)，經(jīng)電纜將信號(hào)送往前置處理板 信號(hào)分兩路輸入 。前置處理單元完成對(duì)信號(hào)放大、濾波等處理；鎖相倍頻單元是對(duì)信號(hào)進(jìn)行倍頻跟蹤，以滿足數(shù)字信號(hào)

31、分析的需要，并且與采樣保持單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元相配合，達(dá)到對(duì)電壓、電流信號(hào)同步采樣的目的；信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量是由12位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換單元在計(jì)算機(jī)軟件控制下實(shí)現(xiàn)的；最后由計(jì)算機(jī)采用相應(yīng)的程序和數(shù)字處理技術(shù)，對(duì)數(shù)字化的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算，完成結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示9。以下分幾個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)介。 電流、電壓信號(hào)采集1） 電流取樣探頭由于氧化鋅避雷器總泄漏電流只有微安級(jí)，而現(xiàn)場(chǎng)干擾較嚴(yán)重。因此，必須采用靈敏度高的微電流傳感器，串入避雷器的接地回路，在放電計(jì)數(shù)器下方取電流信號(hào)。2） 補(bǔ)償電壓信號(hào)的采取補(bǔ)償電壓信號(hào)由母線電壓互感器 pt 二次側(cè)獲取。 信號(hào)放大電路及濾波電路經(jīng)傳感器取得信號(hào)后，信號(hào)很微

32、弱，且含有部分干擾信號(hào)，不能直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和分析，必須經(jīng)過對(duì)信號(hào)的預(yù)處理，將所需信號(hào)放大，抑制和消除干擾，為進(jìn)一步的處理作好準(zhǔn)備10。由于監(jiān)測(cè)設(shè)備的不同，經(jīng)傳感器獲取的電流信號(hào)的大小也就不同。如果采用同一種放大倍率對(duì)所有信號(hào)進(jìn)行放大，則可能有的信號(hào)幅值會(huì)超過要求范圍，有的信號(hào)幅值卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求值。所以需要根據(jù)實(shí)測(cè)時(shí)的電流大小，對(duì)其進(jìn)行不同程度的放大，且將信號(hào)幅值調(diào)整到所要求的范圍內(nèi)。信號(hào)放大電路及濾波電路完成了對(duì)電壓、電流信號(hào)模擬量的前置放大、濾波、程控放大、衰減等功能。其中的放大電路采用集成放大器件組成，達(dá)到高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲和放大倍數(shù)可調(diào)的高精度放大，濾波電路依據(jù)有源低通濾

33、波原理，采用了二階壓控電壓源低通濾波電路，并選用了高精度、低漂移的運(yùn)算放大器。 倍頻跟蹤電路及采樣/保持電路 由于電力系統(tǒng)的頻率在50hz左右有所波動(dòng)，而諧波分析法等數(shù)字處理方法要求在一周波內(nèi)保持固定的采樣點(diǎn)數(shù)，所以對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件進(jìn)行處理，使其能自動(dòng)跟蹤頻率變化?？刹捎糜涉i相環(huán)和分頻器組成閉環(huán)相位控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸出與輸入信號(hào)的自動(dòng)同步。為了保證一個(gè)周波內(nèi)準(zhǔn)確采樣點(diǎn)，要求采樣保持器的采樣頻率始終是輸入信號(hào)頻率的倍，為此將輸入信號(hào)頻率取出，轉(zhuǎn)成方波信號(hào)后由鎖相環(huán)進(jìn)行頻率跟蹤，再經(jīng)波形變換使輸出信號(hào)脈寬被調(diào)窄，頻率為電壓輸入信號(hào)頻率的倍，分別送入采樣保持器和主機(jī)控制數(shù)據(jù)采樣。 adad轉(zhuǎn)換是數(shù)字波形

34、分析技術(shù)中關(guān)鍵一環(huán)，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。其特性直接影響數(shù)據(jù)的精度。只有數(shù)據(jù)具有足夠的精度，才能經(jīng)計(jì)算機(jī)分析后得出反映設(shè)備真實(shí)情況的準(zhǔn)確結(jié)果。由于被監(jiān)測(cè)的moa泄漏電流阻性分量比較小，要求在ad轉(zhuǎn)換中對(duì)數(shù)據(jù)的量化誤差要盡可能的小，且對(duì)電壓、電流信號(hào)要進(jìn)行同步采樣。當(dāng)采用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元時(shí)，要求對(duì)兩個(gè)信號(hào)分別用采樣保持器同時(shí)鎖存、由計(jì)算機(jī)控制ad器件分時(shí)采樣，即達(dá)到同步采樣的目的本系統(tǒng)采用集成的12位高速、高精度數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，達(dá)到了l0v4096位 2.44mv位的精度，確保了對(duì)電壓、電流波形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、快速采樣，保證了數(shù)據(jù)分析的精度。 主機(jī)監(jiān)測(cè)程序主機(jī)監(jiān)測(cè)程序是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的中心

35、，不但擔(dān)負(fù)著對(duì)數(shù)據(jù)放大倍率和ad轉(zhuǎn)換的控制，而且更為重要的是要提供良好、穩(wěn)定、快速的分析計(jì)算和處理功能；同時(shí)，需要為運(yùn)行人員提供友好、易用的用戶界面，便于運(yùn)行人員根據(jù)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，察看監(jiān)測(cè)結(jié)果，保存監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，瀏覽對(duì)比歷次監(jiān)測(cè)結(jié)果11。本文的監(jiān)測(cè)程序主要完成了： 對(duì)信號(hào)獲取的控制，包括對(duì)信號(hào)程控放大和ad轉(zhuǎn)換的控制；2） 對(duì)采樣所得數(shù)字化數(shù)據(jù)的處理，包括對(duì)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算 如采用fft分析方法 ，對(duì)數(shù)據(jù)采用軟件抗干擾措施，對(duì)結(jié)果的存儲(chǔ)和察看。另外，還可根據(jù)需要對(duì)軟件進(jìn)行改進(jìn)以對(duì)被測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)作出判斷及診斷。 系統(tǒng)工作步驟1） 系統(tǒng)上電復(fù)位，開啟硬件處理箱，啟動(dòng)微機(jī)監(jiān)測(cè)程序；2） 根據(jù)需要發(fā)出監(jiān)

36、測(cè)命令，選擇合適的信號(hào)放大倍率，在主機(jī)控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；3） 對(duì)采樣的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，求得各種監(jiān)測(cè)參量的結(jié)果；4） 根據(jù)每次監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷數(shù)據(jù)是否有效，采取平均技術(shù)等抗干擾措施，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；5） 主機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，生成數(shù)據(jù)記錄，保留監(jiān)測(cè)結(jié)果供運(yùn)行人員隨時(shí)查閱。2.3 小結(jié)1） 提出moa閥片芯柱的等效電路，分析了moa在線監(jiān)測(cè)的總體原理是對(duì)阻性電流進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，關(guān)鍵是要從阻容共生的總泄漏電流中分離出微弱的阻性電流。2） 系統(tǒng)講解了利用諧波分析法監(jiān)測(cè)moa阻性電流的原理，可以利用軟件技術(shù)分離出阻性電流的基波分量及各次諧波分量，并利用二者間的增減關(guān)系判斷引起moa性能下降的原因是閥片老化

37、還是受潮，從而完整有效地反映moa的運(yùn)行狀況。3） 介紹了一種高效、省時(shí)、改進(jìn)的快速傅里葉變換算法 fft 其較一般fft運(yùn)算快很多。4） 簡(jiǎn)要實(shí)現(xiàn)了moa在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件和軟件技術(shù)。3 在線監(jiān)測(cè)方法誤差原因及改進(jìn)措施采用諧波分析法原理制成的系統(tǒng)，所測(cè)得的阻性電流不可避免的要受到相間雜散電容、系統(tǒng)諧波電壓、pt差角、絕緣子表面污穢、交流伏安曲線滯回特性等因素的影響，對(duì)這些影響因素進(jìn)行正確的理論分析和計(jì)算，是準(zhǔn)確測(cè)量泄漏電流阻性分量的關(guān)鍵。3.1 相間雜散電容的干擾由于moa在布置上通常采用三相一字形排列，且位置靠得較近，相間存在較大的雜散電容，使得每相除本身泄漏電流外，還有鄰相耦合電容電流通

38、過。儀器能測(cè)的一般是二者的合成電流，其并不能完全反映每相moa的運(yùn)行狀況。這種耦合電流的加入給moa泄漏電流的測(cè)量帶來了誤差，引起了相間干擾，具體狀況如圖3-1所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，a相和c相避雷器由于受到b相電壓影響，其泄漏電流的相位將分別移后和移前約35，峰值略為減小，b相受a相和c相電壓作用，相位與峰值基本不變，測(cè)得的阻性電流a相明顯增大，c相明顯減小，b相基本不變，由此造成的誤差將影響對(duì)moa運(yùn)行狀況的準(zhǔn)確判斷12。圖3-1 相間干擾示意圖figure 3-1 schematic diagram of interphase interference以a相為例，b相和c相與a相之間都存

39、在耦合電容，考慮到a相與c相的距離基本上是它與b相距離的兩倍，而隨相間距離的增加，耦合作用急劇減小。所以在分析相間干擾時(shí)忽略了c相對(duì)a相的耦合作用，只考慮b相對(duì)a相的耦合作用。如圖3-l所示，相鄰相a、b之間存在雜散電容，在電壓的作用下，通過雜散電容在a相產(chǎn)生一個(gè)附加容性電流，因此a相moa底部的總泄漏電流的實(shí)際值為： +，其中和分別表示a相moa本體泄漏電流的容性分量和阻性分量，則表示a相moa本體泄漏電流的容性分量和附加容性電流的矢量和。此時(shí)a相的容性電流與a相電壓之間的相位差已不量90 ，而是小于90。用消除相間干擾的方法及其不足現(xiàn)在m0a的在線監(jiān)測(cè)中常用下面兩種方法消除相間干擾的影響。

40、1） 移相法：在變電站停電時(shí)，加外施電壓分別測(cè)量三相moa的阻性和容性分量，然后在運(yùn)行情況下再測(cè)量，這時(shí)來自母線pt的二次電壓先經(jīng)過移相后再輸入測(cè)試系統(tǒng)，調(diào)節(jié)移相 阻容移相器 角度，使測(cè)量值與停電外施電壓時(shí)所測(cè)相同，記下所移角度及各電流值，以此為基準(zhǔn)，以后均在相同相移條件下測(cè)量，見圖3-2。此法需保證moa本體電流不變方有效，且須外加移相器，對(duì)高次諧波引起的耦合電流無法消除，移相器中的容性元件加大了取自pt測(cè)電壓信號(hào)的延遲。圖3-2 移相法示意圖figure 3-2 schematic diagram of phase-shifting method2） 雙ct法：用兩個(gè)ct分別取樣位于邊相m

41、oa的泄漏電流，由于相間電容的影響，所取得的兩電流相位差為120，求得后，將基準(zhǔn)電壓相位移動(dòng)，作了這種校正處理，即可基本消除相問干擾。但此法要求兩邊相的moa同期老化方可正確求出值，這種要求顯然有些苛刻。3.3 pt角差的影響moa阻性電流測(cè)量都以pt電壓作為參考電壓。但pt低壓側(cè)和高壓側(cè)之間存在相角差，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。pt相差分為高低壓側(cè)的固有相差和二次儀表作為pt負(fù)載帶來的誤差。一般來說前者是固定不變的，可以通過修正消除。但二次負(fù)載是變化的，其引起的pt角誤差也就是變化的。因而不能以固定的校正系數(shù)來進(jìn)行校正，無法完全消除pt角差。在工程實(shí)際運(yùn)用中，可選擇測(cè)量精度高的pt，如0.2級(jí)，

42、盡量減少pt角差。3.4 絕緣子表面污穢由于空氣污染加重，絕緣子表面污穢問題顯得較為突出。當(dāng)濕度較大，尤其是雨天，絕緣子表面的污穢泄漏電流將增大到微安級(jí)，直到毫安級(jí)。這一電流是有功電流，與moa避雷器的阻性電流是同相的，無法消除，反映到監(jiān)測(cè)值上是，阻性電流占總泄漏電流的比例顯著增大，甚至近似相等，淹沒閥片柱的阻性電流。對(duì)有污穢的moa避雷器，在雨天某一次或幾次的在線監(jiān)測(cè)值偶爾有大幅的變化，不能做為判斷moa避雷器是否絕緣劣化的依據(jù)，應(yīng)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)縱向比較，否則將產(chǎn)生誤判斷。因此，moa避雷器泄漏電流縱向監(jiān)測(cè)值的比較，必須參考?xì)庀髼l件，只有在氣象條件相同的情況下，縱向監(jiān)測(cè)值才有可比性，否則將失

43、去意義。故在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)加入溫度濕度的監(jiān)測(cè)，做為氣象條件分析的基礎(chǔ)，以作為縱向比較的依據(jù)。3.5交流伏安曲線滯回特性的影響若moa的電阻片采用rc并聯(lián)形式的等效電路，普遍存在這樣一個(gè)問題，即其中的電阻不僅具有非線性，而且其交流伏安特性曲線在電壓、電流同時(shí)過零的情況下存在著不同程度的滯回現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：非線性電阻上的電壓和電流波形的峰值和過零點(diǎn)都不在同一時(shí)刻，而是阻性電流領(lǐng)先于電網(wǎng)電壓一個(gè)角度，從幾度到幾十度左右，這反映了等效電路中的非線性電阻元件帶有一定的電容性質(zhì)。在電網(wǎng)電壓存在諧波的情況下，它們共同的作用使阻性電流基波幅值和角度都將產(chǎn)生誤差14。3.6 小結(jié)1） 對(duì)在線監(jiān)測(cè)中各種外界干擾和

44、內(nèi)部干擾的影響進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)這些干擾，從硬件和軟件兩方面采取了一系列的抗干擾措施，以提高系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。2） 重點(diǎn)對(duì)消除相間雜散電容干擾的方法進(jìn)行了研究，在分析了現(xiàn)在常用的移相法和雙ct法不足的基礎(chǔ)上，提出了根據(jù)電網(wǎng)是否存在高次諧波的不同情況采用軟件的方法消除相間干擾，該方法在實(shí)用中與諧波分析配合使用，即不需外加硬件，也不需增加額外的計(jì)算量，能較好地消除相間雜散電容的干擾。4 moa在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1電流、電壓信號(hào)的采集和處理號(hào)的采集直接測(cè)量moa泄漏電流是監(jiān)測(cè)moa絕緣劣化或缺陷情況特征量的基礎(chǔ)，而傳感器是將反映設(shè)備狀態(tài)的各種物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成同種或別種性質(zhì)輸出量的

45、裝置，是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的首要環(huán)節(jié)，直接影響著監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。在線監(jiān)測(cè)moa的泄漏電流時(shí)，由于電流值很小 甚至小到微安級(jí) ，因此，可根據(jù)電磁或光電轉(zhuǎn)換的原理制成傳感器。但光電轉(zhuǎn)換器件均存在一個(gè)閥值，當(dāng)被測(cè)信號(hào)小于這個(gè)閥值時(shí)，元件沒有信號(hào)輸出，moa阻性電流數(shù)值僅幾十微安，光電元件沒有反應(yīng)。也就是說，光電器件的靈敏度較差，若選用高靈敏度的光電元件，價(jià)格昂貴，同時(shí)，用光電轉(zhuǎn)換的原理不僅需要解開設(shè)備的接地線，而且還需要提供偏流，無法做成無源式若采用電磁感應(yīng)原理中的零磁通原理，亦需要偏流的放大電路，同時(shí)，還需非常好的屏蔽，照樣不方便。因此，如圖4-l采用類似電流互感器的原理，是比較合適的。由于電流傳感器的原邊

46、要串入設(shè)備的接地線 或末屏接線 ，因此，電流傳感器做成環(huán)形，原邊用編織圓銅線，根據(jù)信號(hào)大小的需要決定原邊環(huán)繞匝數(shù)，然后通過有絕緣套管的銅棒引線與接地線串接15。圖4-1類似電流互感器原理的電流傳感器原理圖figure 4-1 similar to the principle of current transformer current sensor schematic1） 環(huán)形電流傳感器的等效電路用于在線監(jiān)測(cè)的電流傳感器是變壓器的一種特殊情形，其原邊為一到幾匝 ，副邊繞組為多匝 ，副邊與原邊匝比 。從結(jié)構(gòu)來看，它不僅比普通電流互感器原邊匝數(shù)少，并且普通電流互感器輸出為電流信號(hào)，而此傳感器的輸出

47、為電壓信號(hào)由變壓器的有關(guān)理論可知，將副邊各量折算到原邊后的t型等效電路如圖4-2所示。圖中、來考慮漏磁通，、表示原、副邊繞組的電阻，為磁化電感，電阻為變壓器鐵芯中的磁滯與渦流損耗的等效電阻，這里表示副邊繞組漏電感折算到原邊后的值，表示副邊繞組電阻折算到原邊后的值。圖4-2 t型等效電路figure 4-2 t-type equivalent circuit由于一般副邊繞組匝數(shù)較多，除了漏感和磁化電感外，還必須考慮其結(jié)構(gòu)元件間存在的寄生電容。寄生電容分布于各個(gè)元件之間，如圖4-3所示，它可以分為五類：原、副邊繞組間的寄生電容：原、副邊繞組與鐵芯間的寄生電容；圖4-3 傳感器的寄生電容figure

48、 4-3 parasitic capacitance sensor原、副邊繞組自身的寄生電容。這些寄生電容都具有分布的特點(diǎn)，為了簡(jiǎn)化起見，用接在高電位點(diǎn)之間的集中參數(shù)電容來代替分布電容，忽略原、副邊繞組的自身電容，并考慮到傳感器的原邊匝數(shù)為一到幾匝，原、副邊線圈相隔較遠(yuǎn)等情況，、很小，可以忽略，則分析傳感器的等效電路可簡(jiǎn)化為圖4-4。圖4-4 電流傳感器電壓源等效電路figure 4-4 equivalent circuit voltage current sensor對(duì)于一次側(cè)，實(shí)際選用的圓銅編織地線的電阻可近似為零。由于該電流傳感器是在低頻下使用，不考慮集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，其二次側(cè)等效電阻

49、為： 4-1 式中：為電阻率；為導(dǎo)線長(zhǎng)度；為導(dǎo)線的橫截面積。 （4-2）式中：為鐵芯材料的相對(duì)導(dǎo)磁率；為磁環(huán)高度；、分別為環(huán)形鐵芯的內(nèi)外半徑。由于所設(shè)計(jì)的傳感器測(cè)試的電流很小，一般情況下，它工作在磁化曲線的線性區(qū)域內(nèi)，故取起始導(dǎo)磁率即可。磁阻是用來表征鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗的物理參數(shù)，它實(shí)質(zhì)上是由這兩種損耗來確定的。一般很大，在很多場(chǎng)合可以忽略不計(jì)，即可近似為零。 （4-3） （4-4）為鐵芯與副線圈絕緣厚度，為導(dǎo)線堆積高度 帶漆膜 。以上是漏電感的估算式，實(shí)際上由于繞制線圈的工藝等因素的影響，它是一個(gè)近似計(jì)算公式。當(dāng)傳感器工作時(shí)，則分布電容的計(jì)算式為： （4-5）當(dāng)導(dǎo)線直徑與匝間距離之比減

50、小時(shí)，與漏電感相反，繞組的動(dòng)態(tài)電容隨之下降，當(dāng)外加鋼層屏蔽時(shí)，同樣在鋼層與繞組之間存在分布電容增加。2） 環(huán)形電流傳感器的傳輸特性分析當(dāng)傳感器原邊通以電流時(shí)，在副邊取電壓信號(hào)，故其相頻特性為： （4-6） 幅頻特性為： （4-7）相頻特性為： （4-8）當(dāng)外接負(fù)荷時(shí)，如圖4-5所示 圖中以p算子代替 。圖4-5傳感器傳輸特性分析figure 4-5 analysis of transmission characteristics of the sensor由電路理論知： （4-9） （4-10）其幅頻特性為： 4-11 相頻特性為： （4-12）對(duì)于工程設(shè)計(jì)，我們可將進(jìn)一步簡(jiǎn)化。一般為數(shù)量級(jí)，

51、為數(shù)量級(jí)，故在低頻時(shí)，當(dāng)，傳遞函數(shù)在頻率為500hz以下 時(shí)，有： （4-13） 則： （4-14）n為副邊與原邊線圈的匝數(shù)比，在低頻且的條件下，正比于線圈匝數(shù)比與的乘積，幾乎無相移。因此可采用適當(dāng)增大負(fù)載電阻和副邊線圈匝數(shù)的方法來提高輸出信號(hào)的幅值。這類傳感器在感應(yīng)級(jí)電流時(shí)都有較好的線性度。為了使它的輸出信號(hào)能直接有效地進(jìn)行長(zhǎng)線傳送，實(shí)驗(yàn)研究表明在變電站中，只要被傳送信號(hào)大于3v，用同軸電纜就能穩(wěn)定可靠地對(duì)它進(jìn)行長(zhǎng)線傳送。因此可適當(dāng)調(diào)節(jié)負(fù)載電阻的大小來感應(yīng)被測(cè)信號(hào)，使之達(dá)到最佳的長(zhǎng)線傳送效果。3） 環(huán)形電流傳感器的實(shí)驗(yàn)分析用于測(cè)試moa泄漏電流的電流傳感器，一般測(cè)試電流很小，在l左右，將這種

52、傳感器的特性參數(shù)列于表4-1、4-2和圖4-6、4-7中。表4-1線性度的測(cè)試table 4-1 test of linearity ma 0.0010.0050.0100.0240.0510.1000.1910.280 v 0.2800.3500.5350.7500.941.442.443.65 ma 0.3850.5450.6670.7630.8670.9741.067 v 4.756.808.109.2010.4011.5012.50從測(cè)試結(jié)果可以看出其靈敏度可達(dá)。表4-2幅頻和相頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)。table 4-2 magnitude and phase frequency charac

53、teristics of the test data頻率（hz）50100150200250300350400450500幅值（mv）19.432.84861.674.488.8104120134150相角（度）0.010.010.010.010.010.010.010.010.010.01圖4-6figure 4-6圖4-7figure 4-74） 有源電流傳感器傳感器內(nèi)不加前置放大電路的電流傳感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定，通常認(rèn)為是比較理想的形式之一。但是，一方面?zhèn)鬏旊娎|的電容等效于積分電路，將使傳感器的帶寬變窄，特別是負(fù)荷電阻較大，而傳感器的靈敏度又較高時(shí)，傳輸電纜對(duì)其帶寬的影響就較大；另一方面，因電流傳感器的輸出信號(hào)較弱，從傳感器到主控室的傳輸線可達(dá)數(shù)百米長(zhǎng)，長(zhǎng)傳輸線的阻抗必然要導(dǎo)致信號(hào)衰減。由于moa的泄漏電流正常時(shí)只有幾百，直接用以上電流傳感器進(jìn)行采集，所得信號(hào)在幾十至幾百，若直接進(jìn)行長(zhǎng)線傳送，不可避免會(huì)受到工頻信號(hào)的干擾，造成幅值和相位的嚴(yán)重誤差，對(duì)測(cè)量moa阻性電流帶來嚴(yán)重誤差。為了消除上述影響，提高在線監(jiān)測(cè)的可靠性，我們根據(jù)電流信號(hào)的大小，對(duì)moa阻性電流采用傳感器箱內(nèi)加前置放大電路的有源電流傳感器。同時(shí)，為了提高傳感器前置放大電路運(yùn)行的可靠性和使其性能穩(wěn)定，除了仔細(xì)設(shè)計(jì)輸出級(jí)電路和信號(hào)隔離措施外，各傳感器