接觸網(wǎng)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、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　課 題 關(guān)于避雷器狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)</p><p><b>　　裝置的研究</b></p><p>　　編 號(hào)＿＿＿＿＿＿＿＿ </p><p>　　專 業(yè) 　　 電氣化鐵道 </p><p&g

2、t;　　班 級(jí) 　 電子電器 </p><p>　　學(xué)生姓名＿＿　 　</p><p>　　指導(dǎo)單位 </p><p>　　指導(dǎo)教師＿ </p><p><b>　　摘要</b></p&g

3、t;<p>　　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)的所有領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><

4、p>　　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(yǔ)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

5、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)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論7</b></p><p>　　1.1 電力設(shè)備維修的發(fā)展概況7</p><p>　　1.2 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義8</p><p

6、>　　1.2.1 氧化鋅避雷器的主要特點(diǎn)9</p><p>　　1.2.2 氧化鋅避雷器運(yùn)行中存在的問題9</p><p>　　1.2.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義10</p><p>　　1.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀10</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容13</p><p>

7、<b>　　1.5 小結(jié)13</b></p><p>　　2 MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理13</p><p>　　2.1 MOA在線監(jiān)測(cè)的總體原理及方法14</p><p>　　2.1.1 MOA在線監(jiān)測(cè)原理14</p><p>　　2.2 MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案15</p><p&g

8、t;　　2.2.1 電流、電壓信號(hào)采集16</p><p>　　2.2.2 信號(hào)放大電路及濾波電路17</p><p>　　2.2.3 倍頻跟蹤電路及采樣/保持電路17</p><p>　　2.2.4 A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集17</p><p>　　2.2.5 主機(jī)監(jiān)測(cè)程序18</p><p>　　2.2.6

9、 系統(tǒng)工作步驟18</p><p><b>　　2.3 小結(jié)18</b></p><p>　　3 在線監(jiān)測(cè)方法誤差原因及改進(jìn)措施19</p><p>　　3.1 相間雜散電容的干擾19</p><p>　　3.1.1現(xiàn)在常用消除相間干擾的方法及其不足20</p><p>　　3.3 PT

10、角差的影響21</p><p>　　3.4 絕緣子表面污穢22</p><p>　　3.5交流伏安曲線滯回特性的影響22</p><p><b>　　3.6 小結(jié)22</b></p><p>　　4 MOA在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1電流、電壓信號(hào)的采集和處理23

11、</p><p>　　4.2 溫度、濕度的監(jiān)測(cè)36</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)41</p><p>　　4.4 在線監(jiān)測(cè)的抗干擾問題42</p><p><b>　　4.5 小結(jié)43</b></p><p>　　5 MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)測(cè)44</p>

12、;<p>　　5.1 傳感器及前置處理電路誤差的校正44</p><p>　　5.2 MOA阻性泄漏電流線性模擬測(cè)試44</p><p>　　5.3 MOA阻性泄漏電流現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)48</p><p><b>　　5.4小結(jié)50</b></p><p>　　6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析51</p>

13、<p><b>　　7 結(jié)論51</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　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)逐步取代了碳化硅避雷器，獲得

14、了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　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。</p><p>　　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

15、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。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 電力設(shè)備維修的發(fā)展概況</p><p>　　運(yùn)行電力設(shè)備的狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)的安

16、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

17、會(huì)的正常秩序，造成難以挽回的損失。</p><p>　　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，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：①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)

18、行；②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”；③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；④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)

19、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</p><p>　　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

20、及測(cè)量手段對(duì)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(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)。</p>&

21、lt;p>　　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)

22、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]。</p><p>　　1.2 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義</p><p>　　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

23、供電起著重要作用。傳統(tǒng)的避雷器(分為保護(hù)間隙避雷器、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)。</p><p>　　1.2.1 氧化鋅避雷器的主要特點(diǎn)</p><p

24、>　　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)；</p><p><b>　　1） 保護(hù)選擇性好</b></p><p>　　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

25、過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。</p><p><b>　　2） 通流能力大</b></p><p>　　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</

26、p><p>　　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。</p><p>　　1.2.2 氧化鋅避雷器運(yùn)行中存在的問題</p><p>　　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．<

27、;/p><p>　　1） 由于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。</p><p>　　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。</p><p>　　3） MOA內(nèi)

28、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。</p><p>　　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)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)

29、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O．34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

30、參考電壓UtmA過低、電位分布不均、運(yùn)行不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻腫2]。一旦MOA發(fā)生故障，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)。</p><p>　　1.2.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的意義</p><p>　　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

31、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)確而有效地反映設(shè)備狀況．</p><p>　　2） 由于停電試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，MOA

32、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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.3 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀</p><p>　

33、　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：</p><p><b>　　1） 總泄漏電流法</b></p><p>　　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映其阻性分量電流的增長(zhǎng)情況?；痉椒ㄊ窃诒芾灼鞣烹娪洈?shù)器兩端

34、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]。</p><p>　　2） 阻性電流三次諧波法</p><p>　　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

35、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；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

36、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。</p><p>　　3） 補(bǔ)償法測(cè)量阻性電流</p><p>　　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π／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

37、。補(bǔ)償法測(cè)量原理簡(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π／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π／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3°～5°，B相M

38、OA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PT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。</p><p>　　4） 高次諧波計(jì)算法</p><p>　　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

39、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

40、程度較高．但其準(zhǔn)確性取決于系統(tǒng)電壓高次諧波的含量．</p><p>　　5） 諧波分析法監(jiān)測(cè)阻性電流的基波值</p><p>　　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

41、，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。

42、</p><p>　　6） 采用波點(diǎn)方法(Point-On-Wave)測(cè)試MOA泄漏電流</p><p>　　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。總之，上面的幾種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

43、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)。</p><p>　　1.4 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　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

44、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]</p><p>　　本文研究的主要研究工作為：</p><p>　　1） 一種工程中實(shí)用的M

45、OA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)；</p><p>　　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；</p><p>　　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)；</p><p>　　4） MOA在線監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究。</p><p><b>　　1.5 小結(jié)</b&

46、gt;</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　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)。</p><p&

47、gt;　　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)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。</p><p>　　2 MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理</p><p>　　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

48、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。</p><p>　　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)技術(shù)的發(fā)展，可

49、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。</p><p>　　2.1 MOA在線監(jiān)測(cè)的總體原理及方法</p><p>　　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

50、主要為容性電流，阻性電流只占很小一部分，約為10％~20％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)鍵是要從阻容共生的總電流中分離出微弱的阻性電流。</p><p>　　2.1.1 MOA在線監(jiān)測(cè)原理</p><p>　　因MOA無串聯(lián)間隙，在持續(xù)運(yùn)行電壓作

51、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

52、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1~10·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

53、，故又常將圖2-l(a)簡(jiǎn)化為2-l (b)的等效電路[6]。</p><p>　　圖2-1 MOA閥片芯柱的等效電路</p><p>　　Figure 2-1 MOA valve core columns in the equivalent circuit</p><p>　　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)致閥片發(fā)熱的有功損耗是阻性

54、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。</p><p>　　2.2 MOA在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施方案</p><p&g

55、t;　　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)電纜傳送至前置處理箱，再由計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行A／D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。</p><p>　

56、　圖2-2在線監(jiān)測(cè)原理框圖</p><p>　　Figure 2-2 Block diagram of line monitoring</p><p>　　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

57、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)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]。</p><p>　　以下分幾個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)介。&

58、lt;/p><p>　　2.2.1 電流、電壓信號(hào)采集</p><p><b>　　1） 電流取樣探頭</b></p><p>　　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)。</p><p>　　2） 補(bǔ)償電壓信號(hào)的采取&l

59、t;/p><p>　　補(bǔ)償電壓信號(hào)由母線電壓互感器(PT)二次側(cè)獲取。</p><p>　　2.2.2 信號(hào)放大電路及濾波電路</p><p>　　經(jīng)傳感器取得信號(hào)后，信號(hào)很微弱，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]。</p><p>　　由于監(jiān)測(cè)設(shè)

60、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)。</p><p>　　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

61、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。</p><p>　　2.2.3 倍頻跟蹤電路及采樣/保持電路 </p><p>　　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)

62、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。</p><p>　　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。</p><p>　　2.2.4 A／D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集</p&g

63、t;<p>　　A／D轉(zhuǎn)換是數(shù)字波形分析技術(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。</p><p>　　由于被監(jiān)測(cè)的MOA泄漏電流阻性分量比較小，要求在A／D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)

64、控制A／D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A／D轉(zhuǎn)換，達(dá)到了l0V／4096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。</p><p>　　2.2.5 主機(jī)監(jiān)測(cè)程序</p><p>　　主機(jī)監(jiān)測(cè)程序是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的中心，不但擔(dān)負(fù)著對(duì)數(shù)據(jù)放大倍率和A／D轉(zhuǎn)換的控制，而且更為重要的是要提供良

65、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]。</p><p>　　本文的監(jiān)測(cè)程序主要完成了：</p><p>　　對(duì)信號(hào)獲取的控制，包括對(duì)信號(hào)程控放大和A／D轉(zhuǎn)換的控制；</p><p>　　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

66、、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。</p><p>　　2.2.6 系統(tǒng)工作步驟</p><p>　　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；</p><p>　　2） 根據(jù)需要發(fā)出監(jiān)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；

67、</p><p>　　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；</p><p>　　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；</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.3 小結(jié)</b&

68、gt;</p><p>　　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。</p><p>　　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還是受潮，從而完整有效地

69、反映MOA的運(yùn)行狀況。</p><p>　　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。</p><p>　　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)。</p><p>　　3 在線監(jiān)測(cè)方法誤差原因及改進(jìn)措施</p><p>　　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

70、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。</p><p>　　3.1 相間雜散電容的干擾</p><p>　　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過。儀器能測(cè)的一般是二者的合

71、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3°～5°，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]。<

72、/p><p>　　圖3-1 相間干擾示意圖</p><p>　　Figure 3-1 Schematic diagram of Interphase Interference</p><p>　　以A相為例，B相和C相與A相之間都存在耦合電容，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

73、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°。</p><p>

74、;　　3.1.1現(xiàn)在常用消除相間干擾的方法及其不足</p><p>　　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。</p><p>　　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，

75、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。</p><p>　　圖3-2 移相法示意圖</p><p>　　Figure 3-2 Schematic diagram of phase-shifting method</p><

76、p>　　2） 雙CT法：用兩個(gè)CT分別取樣位于邊相MOA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。</p><p>　　3.3 PT角差的影響</p><p>　　MOA阻性電流測(cè)量都以PT電壓作為參考電壓。但PT低

77、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)，盡量減少PT角差。</p><p>　　3.4 絕緣子表面污穢</p><

78、p>　　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

79、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)。</p><p>　　3.5交流伏安曲線滯回特性的影響</p><p>　　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

80、，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]。</p><p><b>　　3.6 小結(jié)</b>

81、;</p><p>　　1） 對(duì)在線監(jiān)測(cè)中各種外界干擾和內(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。</p><p>　　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

82、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。</p><p>　　4 MOA在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1電流、電壓信號(hào)的采集和處理</p><p>　　4.1.1電流信號(hào)的采集</p><p>　　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

83、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

84、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]。</p><p>　　圖4-1類似電流互感器

85、原理的電流傳感器原理圖</p><p>　　Figure 4-1 Similar to the principle of Current Transformer Current Sensor schematic</p><p>　　1） 環(huán)形電流傳感器的等效電路</p><p>　　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

86、()，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。</p><p>　　圖4-

87、2 T型等效電路</p><p>　　Figure 4-2 T-type equivalent circuit</p><p>　　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；</p><p>　　圖4-3

88、傳感器的寄生電容</p><p>　　Figure 4-3 Parasitic capacitance sensor</p><p>　　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

89、簡(jiǎn)化為圖4-4。</p><p>　　圖4-4 電流傳感器電壓源等效電路</p><p>　　Figure 4-4 Equivalent circuit voltage current sensor</p><p>　　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)等效電阻為：</p>

90、;<p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中：為電阻率；為導(dǎo)線長(zhǎng)度；為導(dǎo)線的橫截面積。</p><p>　　= （4-2）</p><p>　　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

91、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。</p><p>　　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。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b&g

92、t;</p><p>　　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。</p><p>　　當(dāng)傳感器工作時(shí)，則分布電容的計(jì)算式為：</p><p>　　= （4-5）</p><p&g

93、t;　　當(dāng)導(dǎo)線直徑與匝間距離之比減小時(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。</p><p>　　2） 環(huán)形電流傳感器的傳輸特性分析</p><p>　　當(dāng)傳感器原邊通以電流時(shí)，在副邊取電壓信號(hào)，故其</p><p>　　相頻特性為： =

94、 （4-6） </p><p>　　幅頻特性為： （4-7）相頻特性為： （4-8）</p><p>　　當(dāng)外接負(fù)荷時(shí)，如圖4-5所

95、示(圖中以P算子代替)。</p><p>　　圖4-5傳感器傳輸特性分析</p><p>　　Figure 4-5 Analysis of transmission characteristics of the sensor</p><p><b>　　由電路理論知：</b></p><p>　?。?-9）

96、 </p><p><b>　　（4-10）</b></p><p><b>　　其幅頻特性為：</b></p><p><b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　相頻特性為：</b></p>&l

97、t;p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　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)，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： </p><p>　?。?-13） 則： </p

98、><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　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

99、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。</p><p>　　3） 環(huán)形電流傳感器的實(shí)驗(yàn)分析</p><p>　　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，</p><p>　　將這種傳感器的特性參數(shù)列于表4-1、4-2和圖4-6、4-7中。</p><p>　　表4-1

100、線性度的測(cè)試</p><p>　　Table 4-1 Test of linearity</p><p>　　從測(cè)試結(jié)果可以看出其靈敏度可達(dá)。</p><p>　　表4-2幅頻和相頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)。</p><p>　　Table 4-2 Magnitude and phase frequency characteristics of the

101、 test data</p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　Figure 4-6</p><p><b>　　圖4-7</b></p><p>　　Figure 4-7</p><p>　　4） 有源電流傳感器</p><p&g

102、t;　　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。</p><p>　　由于MOA的泄漏電流正常時(shí)只有幾百，

103、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，各傳感器的電源通過主控系統(tǒng)按監(jiān)測(cè)循環(huán)周期定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)

104、和開斷。這樣，充分利用有源和無源傳感器的各自特點(diǎn)，對(duì)于大型變電站運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分有效的。</p><p>　　5） 電流傳感器的安裝</p><p>　　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)，并配有長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)與低損耗同軸屏蔽電纜進(jìn)行信號(hào)傳送，整個(gè)探頭置于雙層屏蔽箱中，放置在每一相放電計(jì)數(shù)器的旁邊，其接線如圖4-10所示。電流傳感器原邊只幾匝繞組，它的接入不會(huì)

105、改變避雷器的工作狀態(tài)；同時(shí)，為了保證在系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障時(shí)流過電流傳感器原邊的短路電流不致于損傷原邊繞線及引接線，必須引進(jìn)熱穩(wěn)定校核。</p><p>　　圖4-8電流取樣探頭與地回路的串接</p><p>　　Figure 4-8 Current sampling probe and ground loop cascade</p><p>　　根據(jù)熱穩(wěn)定條件[1

106、6]，未考慮腐蝕時(shí)，接地線的最小截面應(yīng)符合下式要求：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　式中--接地線的最小截面積，；</p><p>　　--流過接地線的短路電流穩(wěn)定值，A(根據(jù)系統(tǒng)5到l0年發(fā)展規(guī)則，按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定)；</p><p>　　--短路的等效持續(xù)時(shí)間，；<

107、/p><p>　　C--接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定。</p><p>　　在校驗(yàn)接地線的熱穩(wěn)定時(shí)，、及C應(yīng)采用表4-3()所列數(shù)值。接地線的初始溫度，一般取40℃。</p><p>　　表4-3 校驗(yàn)接地線的熱穩(wěn)定用、和C值()</p><p>　　Table 4-3 Check th

108、e ground wire with thermal stability, and the C value(C1) </p><p>　　A．電流傳感器原邊繞線的校核</p><p>　　此電流傳感器原邊繞線采用的是空芯多股銅編織線，其等效實(shí)心圓為，其等效截面積為：</p><p>　?。?-16） <

109、/p><p><b>　　其等效實(shí)心圓為中</b></p><p>　　銅材的熱穩(wěn)定系數(shù)=210，電氣設(shè)備現(xiàn)用接地線一般為50×6的扁鋼，其面積為： 50x6=300 (4-17) </p><p>　　鋼材的熱穩(wěn)定系數(shù)70，根據(jù)(2-10)R，其