氧化鋅避雷器帶電測試實驗

1、氧化鋅避雷器帶電測試實驗課程名稱：電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)實驗組員；張笑慶（信電09-8）丁慧慧（信電09-8） 王喜樂（信電09-8）朱星奎（信電09-8）目錄一、 實驗目的 3二、 實驗內(nèi)容 3三、 實驗原理 3四、實驗方法 4五、主要實驗儀器設(shè)備 4六、數(shù)據(jù)采集與分析步驟 51、數(shù)據(jù)采集52、符號意義53、波形采集64、波形還原75、分析96、小波分形10七、實驗總結(jié) 14一、實驗目的1、初步了解氧化鋅避雷器的內(nèi)部構(gòu)造；2、通過實驗了解判定氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的方法；3、通過實驗掌握氧化鋅避雷器的故障特征和相應的故障診斷方法。二、實驗內(nèi)容分別對三只氧化鋅避雷器進行上電加壓實驗，利用電流基波與

2、電壓基波的相位差來判斷氧化鋅避雷器故障狀態(tài)。三、實驗原理避雷器是一種過電壓保護裝置，當電網(wǎng)電壓升高到避雷器規(guī)定的動作電壓時，避雷器動作，釋放過電壓電荷，將電網(wǎng)電壓升高的幅值限制在一定的水平之下，從而保護設(shè)備絕緣不受損壞。避雷器按結(jié)構(gòu)分為保護間隙和管式避雷器、閥式避雷器、磁吹式避雷器和金屬氧化物避雷器。金屬氧化物避雷器（MON）又稱氧化鋅避雷器，是一種與傳統(tǒng)避雷器概念有很大不同的新型避雷器，區(qū)別在于：傳統(tǒng)的避雷器其內(nèi)部空氣間隙起著十分重要的作用，在正常運行時，靠間隙將閥片與電源隔開，出現(xiàn)過電壓，間隙才被擊穿，閥片放點泄流。而氧化鋅避雷器是用氧化鋅閥片疊裝而成，可以完全取消間隙，這解決了因間隙放電

3、時的限及放電穩(wěn)定性所引起的各種問題。由于氧化鋅閥片具有非線性特性好的特點，從而是避雷器的特性和結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變。氧化鋅避雷器是以氧化鋅為主，并摻入Sb、Bi、Mn、Cr等金屬氧化物燒制而成。氧化鋅的電阻率為1-10/cm，晶界層的電阻率是1013-1014/cm，當施加較低電壓時，晶界層近似絕緣狀態(tài)，電壓幾乎都加在晶界層，流過避雷器的電流只有微安級；電壓升高時，晶界層由高阻變低阻，流過的電流急劇增大。在交流電壓下，避雷器的總泄漏電流（全電流）包含阻性分量（有功分量）和容性分量（無功分量），在正常的運行情況下，流過避雷器的主要為容性分量，阻性電流只占很小的一部分，約為百分之十到百分之二十，但當

4、閥片老化時，避雷器受潮，內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴重污穢時，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加。阻性電流的變化對閥片初期；老化的反映較為靈敏。在運行電壓下，測試全電流，阻性電流也可以在一定的程度上反映氧化鋅避雷器的運行狀態(tài)。當電流基波與電壓基波的相位差值小于75°時，表明氧化鋅避雷器（MON）已經(jīng)劣化，性能很差，應停電實驗，測量1mA下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下的泄露電流。根據(jù)停電實驗結(jié)果來決定是否替換避雷器。當值大于75°時，認為其正常，可繼續(xù)運行。四、實驗方法按照實驗接線原理圖進行接線，并認真檢查，取下接地棒。通過操作控制箱輸入電源，轉(zhuǎn)動器手輪，在避雷器上

5、施加一個較小的電壓，用來調(diào)節(jié)示波器。待示波器調(diào)試完成后，繼續(xù)升壓，同時觀察示波器的波形變化，保證波形不失真。完成后，將電壓降至零，然后用接地棒對避雷器進行充分的放電，更換避雷器，重復上述步驟。五、主要實驗儀器設(shè)備1、 操作控制箱TY2、 高壓實驗變壓器B：TQSB（JZC）6/50型，輸入0200V，輸出050kV，6kVA3、 穿芯式電流互感器CT：LMZJ10.5型4、 氧化鋅避雷器：YH5WS17/50型5、 HYBL氧化鋅避雷器測試儀六、數(shù)據(jù)采集與分析步驟1、數(shù)據(jù)采集氧化鋅避雷器的實驗數(shù)據(jù)為拍照所得，以下為拍照所得數(shù)據(jù)：2、符號意義：U0：實驗電壓有效值，只含1、3、5、7次諧波I0：

6、總泄露電流有效值。IP：總泄露電流峰值 I3：總泄露電流3次諧波峰值。Irip：阻性電流峰值 Icip:容性電流峰值1：基波電流超前基波電壓相位差。 P1：MOA基本功耗3、波形采集氧化鋅避雷器的實驗波形為拍照所得，以下為拍照所得波形：3、波形還原：波形為電壓和電流波形，將圖形放大后一格讀作一，電壓為一列，電流為一列，將數(shù)值記錄并存入excel表格，由圖形可以讀出200多組數(shù)據(jù)，然后通過matlab編程，將excel表格的數(shù)據(jù)讀入，描點作圖，畫出波形?！境绦颉?；clc;%清空屏幕clear;%清除工作空間變量N=222;%傅里葉分析時的點數(shù)c1=xlsread('dushu1.csv&

7、#39;);%讀入采樣信號c2=c1(:,1);%取采樣信號的第一列c3=c1(:,2)%取采樣信號的第二列plot(1:N),c2(1:N)%畫出波形圖hold onplot(1:N),c3(1:N)%畫出波形圖hold offgrid【波形圖】： 4、分析【程序】：function MOA_solution(filename,f)%f 采樣頻率，單位KHz%filename 待分析的CSV格式的文件名，放到MATLAB軟件安裝位置的work文件夾下%調(diào)用該程序的格式，在MATLAB命令窗口中輸入；function MOA_solution（'dfi.csv',10)Ua=0

8、;Ub=0;Ia=0;Ib=0;fid=fopen(filename);a1,count=fscanf(fid,'%g,%g',2,inf);file=a1;N=0.125*f*1000;%從第500個采樣點開始，對一周期內(nèi)的采樣點進行分析for i=200:1:2+floor(N) Ua=Ua+file(fid(:),1)*cos(2*pi*fid(:)/N); Ia=Ia+file(fid(:),2)*cos(2*pi*fid(:)/N);endfor j=200:1:2+floor(N) Ub=Ub+file(fid(:),1)*sin(2*pi*fid(:)/N); I

9、b=Ib+file(fid(:),2)*sin(2*pi*fid(:)/N);endPhu=-atan(Ub/Ua)*180/pi;Phi=-atan(Ib/Ia)*180/pi;%fai為所求的電壓和電流的相位差Fai=abs(Phu-Phi);if Fai>=90 Fai=180-Fai;endFai【結(jié)果】:仿真后得到的三次值分別為：76.0340°、88.8607°、78.6652°。經(jīng)過計算可看出電壓電流波形相差的相位值幾乎穩(wěn)定在一個固定的范圍內(nèi)，通過查閱表格分析避雷器的性能優(yōu)劣。<75°75°79°79

10、6;83°83°87°>87°性能指標差中良優(yōu)有干擾表MOA性能評價指標參照表由上表可以看出，實驗1和實驗3的MOA性能中，而實驗二的MOA在實驗時存在干擾，無法判斷性能優(yōu)劣。5、小波分形小波這一術(shù)語，顧名思義，“小波”就是小的波形。所謂“小”是指它具有衰減性；而稱之為“波”則是指它的波動性，其振幅正負相間的震蕩形式。與傅里葉變換相比，小波變換是時間（空間）頻率的局部化分析，它通過伸縮平移運算對信號(函數(shù))逐步進行多尺度細化，最終達到高頻處時間細分，低頻處頻率細分，能自動適應時頻信號分析的要求，從而可聚焦到信號的任意細節(jié)，解決了傅里葉變換的困難問題

11、，成為繼傅里葉變換以來在科學方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數(shù)學顯微鏡”。小波就是人們可以觀察到的最短、最簡單的振動。小波分析是傅里葉分析的重要發(fā)展，它既保留了傅氏理論的優(yōu)點，又克服了它的不足。小波分析是基于一簇由母波函數(shù)生成的“相似”函數(shù)子波而展開的。分形理論是描述其有無規(guī)結(jié)構(gòu)的復雜系統(tǒng)形態(tài)的一門新興邊緣學科，研究的對象主要是一類具有“自相似性”、“自仿射性”的分形體。其分形度量為維數(shù)；從工程技術(shù)上講，從一個信號的局部可得到與整個信號一樣的細節(jié)，則該信號是具有分形特征的信號。利用小波窗進行小波分形，觀察諧波的含量，圖形如下：實驗1的電壓電流波形分解實驗2的電壓電流波形分解實驗3的電壓電流波形分解【結(jié)果】：電壓波形在中頻段的分量較多，具體為40Hz50Hz之間。電流波形的小波分解圖中高頻部分和低頻部分的分量均不多，電流波形中直流分量較大，此電流波形應不是全電流波形。七、實驗總結(jié)本實驗為氧化鋅避雷器帶電測試實驗，課堂中簡單地了解了避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，以及如何判斷性能優(yōu)劣。本實驗中，知道了氧化鋅避雷器耐壓實驗的過程，以及氧化鋅避雷器與其他避雷器的異同點，掌握了氧化鋅避雷器的故障特征和相應的故障診斷方法。通過對氧化鋅避雷器加壓實驗，得到電壓與電流的波形。我們知道氧