CN102830319A - 一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法 - Google Patents

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本发明属于避雷器绝缘状态带电检测的技术领域，尤其涉及一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法，是一种对无间隙金属氧化锌避雷器绝缘状态进行带电检测的装置及新方法。本发明主机机箱采用CPCI式结构，主机机箱内设有测量连接线缆、信号调理电路、数据采集及处理电路、工业控制计算机，各部分电路通过底端连接电路板进行连接；主机机箱上设有触摸式显示屏。本发明能够在不需要引出电压互感器二次信号的情况下准确稳定的测量避雷器阻性电流，从而有效地获得避雷器在运行电压下的状态，保证设备的安全稳定运行。

Description

一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法
技术领域
本发明属于避雷器绝缘状态带电检测的技术领域，尤其涉及一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法，是一种对无间隙金属氧化锌避雷器绝缘状态进行带电检测的装置及新方法。
背景技术
目前，在变电站及GIS等各个领域中，氧化锌避雷器已经取代传统的带有间隙的避雷器，成为世界上避雷器发展的主要方向。氧化锌避雷器电阻片具有极为优越的非线性特性。在正常工作电压下，其电阻很高，实际上相当于一个绝缘体，因此可以不用串联火花间隙来隔离工作电压；而在过电压作用下，电阻片电阻很小，残压很低。正常工作电压下，流过氧化锌电阻片的电流仅为微安级，但是由于阀片、电阻片长期承受工频电压作用而产生劣化，引起电阻特性的变化，导致流过阀片的泄漏电流增加。另外，由于避雷器结构不良、密封不严使内部构件和阀片受潮，也会导致运行中避雷器泄漏电流的增加。泄漏电流中阻性分量的急剧增加，会使阀片温度上升而发生热崩溃，严重时，甚至引起避雷器的爆炸事故。
电力部门普遍采用检测氧化锌避雷器阻性电流的方法来诊断其绝缘状况。由于氧化锌避雷器阀片具有很大的介电常数，因此，在正常工作电压下流过阀片的主要是容性电流。氧化锌避雷器检测的关键技术就是如何从容性电流为主的总电流中分离出微弱的阻性电流。
目前，避雷器阻性电流的检测方法主要有两种：第一种是三次谐波法，即通过测量避雷器全电流的三次谐波含量，将三次谐波电流认为是阻性电流。这种方法由于受到系统电压中三次谐波含量的影响，测量精度较差，无法准确反映出避雷器的阻性电流。第二种是角差法，即通过测量全电流和参考电压后进行傅里叶变换计算出相角，由全电流和系统电压的相角差可以计算出阻性电流。这种方法测量精度高，稳定性好，但参考电压一般需要引出电压互感器二次信号，引出电缆不仅操作较为繁琐，而且一旦操作不当会引起电压互感器二次电压短路等故障，影响电力系统的安全稳定运行。而其它取参考电压的方法，如感应法等，所得到的电压信号受空间电场影响较大，测量精度较差。
鉴于目前各种测量方法的局限性，有必要设计一种避雷器全电流和阻性电流的带电检测装置，既可以不用引出电压互感器二次信号，又可以准确、稳定的获得避雷器运行状况。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法。目的是在不需要引出电压互感器二次信号的情况下准确稳定的测量避雷器全电流和阻性电流，从而有效地获得避雷器在运行电压下的绝缘状态，保证设备的安全稳定运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置，主机机箱采用CPCI式结构，主机机箱内设有测量连接线缆、信号调理电路、数据采集及处理电路、工业控制计算机，各部分电路通过底端连接电路板进行连接；主机机箱上设有触摸式显示屏。
一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测方法，是：将如上所述的一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置通过接线端子得到一组三相避雷器的全电流信号，信号处理单元首先对三相电流信号进行处理，将三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理，转换为可采集的电压信号；采集控制单元对信号进行A-D转换和数据处理，计算出避雷器的全电流和阻性电流值，并存储在采集控制单元的硬盘中；同时，采集控制单元将驱动触摸屏显示器，显示测量结果信息，并可通过触摸屏的输入，完成显示测量值和查看设备历史数据的功能切换。
所述的数据处理是将所采集的一组三相避雷器的全电流，通过傅里叶变换算法计算出三相电流的幅值Ia、Ib、Ic、和矢量相位αa、αb、αc。认定Ib与Ub的夹角
Figure BDA00002155494900031
则通过图2所示各矢量的位置关系可以得出：
Figure BDA00002155494900032
本发明具有以下创新点：
（1）无需取用电压互感器二次信号，通过相对角差法得出避雷器的阻性电流。
（2）一组三相避雷器同步测量，实时性高，易于现场的安装使用。
（3）根据大量数据经验和现场测试情况，认定B相角度值为85°，通过A相、C相避雷器与B相避雷器的角差，计算出A、C两相的阻性电流。长期通过此法检测避雷器阻性电流，可以反应避雷器的运行状况。
本发明的优点及效果是：
经检索证明，目前未见直接通过同步测量一组三相氧化锌避雷器的全电流信号来检测避雷器运行状况的应用报道。通过本发明技术方案的实施，能够在不需要引出电压互感器二次信号的情况下准确稳定的测量避雷器阻性电流，从而有效地获得避雷器在运行电压下的状态，保证设备的安全稳定运行。
附图说明
下面结合本发明的具体实施例和附图，对本发明加以详细描述。
图1是本发明的检测方法现场接线示意图；
图2是本发明的检测方法算法分析矢量图；
图3是本发明结构示意图；
图4是本发明检测方法框图。
图中：电源模块1，信号处理单元2，采集控制单元3，触摸屏显示器4。
具体实施方式
实施例1：
本发明是一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置及方法，如图3所示，检测装置包括测量连接线缆即电源模块1、信号处理单元2、采集控制单元3、和触摸屏显示器4等部分。主机机箱采用CPCI式结构，主机机箱内设有测量连接线缆、信号调理电路、数据采集及处理电路、工业控制计算机，各部分电路通过底端连接电路板进行连接；主机机箱上设有触摸式显示屏4。
如图4所示，利用氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置进行同步测量一组三相避雷器的全电流，其检测步骤如下：
装置通过接线端子得到一组三相避雷器的全电流信号，信号处理单元1首先对三相电流信号进行处理，将三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理，转换为可采集的电压信号；采集控制单元3对信号进行A-D转换和数据处理，计算出避雷器的全电流和阻性电流值，并存储在采集控制单元的硬盘中；同时，采集控制单元将驱动触摸屏显示器4，显示测量结果信息，并可通过触摸屏显示器4的输入，完成显示测量值和查看设备历史数据的功能切换。
本发明是通过测量避雷器的阻性电流参数，来判断避雷器的运行状态。本发明需要同步测量一组三相氧化锌避雷器的全电流信号，计算出三相避雷器电流信号的幅值与相位角。认定B相避雷器的阻性电流角（及B相电压信号与全电流信号的夹角）为85°，根据三相电压相位相差120°的关系，由得到的三相避雷器全电流的相位角值计算出A相与C相的阻性电流角。由得出的三相避雷器全电流和阻性电流角，根据公式
Figure BDA00002155494900041
计算出阻性电流值。长期通过此装置测量各组避雷器的阻性电流，如A相或者C相避雷器单相的阻性电流波动较大，则认为A相或者C相避雷器存在缺陷；若A相与C相避雷器阻性电流同时波动较大，则认为B相避雷器存在缺陷。
本发明所设计的装置通过连接在避雷器计数器两端的测量线缆取得避雷器全电流信号。装置同步测量一组三相避雷器的全电流，通过数据采集和数据处理，计算出避雷器的全电流和阻性电流值。装置具有液晶触摸屏显示器4，可以实时显示测量值，并每3秒钟更新一次当前测量值。测量结果可以保存，用户可以通过触摸屏显示器4查看设备的历史数据信息。当测量结果显著大于历史数据值时，装置会发出报警信息，提醒用户该组避雷器可能存在绝缘劣化问题。
本发明在现场应用的接线图如图1所示。本装置同步采样一组三相避雷器的全电流，通过傅里叶变换算法计算出三相电流的幅值Ia、Ib、Ic、和矢量相位αa、αb、αc。认定Ib与Ub的夹角
Figure BDA00002155494900051
则通过图2所示各矢量的位置关系可以得出：
Figure BDA00002155494900053
实施例2：
2011年，在沈阳浑河变电站用装置检测了该变电站500kV避雷器2组。其中一组避雷器的阻性电流角数值如表1所示：
从表1中可以看出，本装置带电检测数据与一周前的常规试验检测该组避雷器阻性电流角数据相比，每相都减小了1°。测量误差是由于本装置认定了B相阻性电流角为85°所导致的，测量精度和趋势均与一周前常规试验数据相同。虽然此方法得到的不是避雷器阻性电流的真实值，但长期用此装置检测避雷器阻性电流，可以准确的得到避雷器阻性电流真实值的变化趋势，能够反映避雷器的运行状态，符合现场的试验要求。
表1其中一组避雷器的阻性电流角数值
  相别   本方法测量数据   一周前的常规试验数据
  A   83°   84°
  B   85°   86°
  C   86°   87°

Claims (3)

1.一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置，其特征是：主机机箱采用CPCI式结构，主机机箱内设有测量连接线缆、信号调理电路、数据采集及处理电路、工业控制计算机，各部分电路通过底端连接电路板进行连接；主机机箱上设有触摸式显示屏（4）。
2.一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测方法，其特征是：将如权利要求1所述的一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测装置通过接线端子得到一组三相避雷器的全电流信号，信号处理单元首先对三相电流信号进行处理，将三相电流信号进行I-V变换、放大和滤波处理，转换为可采集的电压信号；采集控制单元对信号进行A-D转换和数据处理，计算出避雷器的全电流和阻性电流值，并存储在采集控制单元的硬盘中；同时，采集控制单元将驱动触摸屏显示器，显示测量结果信息，并可通过触摸屏的输入，完成显示测量值和查看设备历史数据的功能切换。
3.根据权利要求2所述的一种氧化锌避雷器绝缘状态带电检测方法，其特征是：所述的数据处理是将所采集的一组三相避雷器的全电流，通过傅里叶变换算法计算出三相电流的幅值Ia、Ib、Ic、和矢量相位αa、αb、αc。认定Ib与Ub的夹角 
Figure FDA00002155494800011
则通过图2所示各矢量的位置关系可以得出：
Figure FDA00002155494800012
Figure FDA00002155494800013
。
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