CN103777064A - 免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统无间隙氧化锌避雷器带电检测的技术领域，尤其涉及一种免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置。本发明包括电流采集单元、放大单元、单片机、键盘、显示器、打印机；其中电流采集单元设有A相、B相和C相，电流采集单元的A相、B相C相分别与放大单元连接，放大单元的输出端连接单片机的A/D转换通道，单片机经总线与键盘、显示器、打印机依次连接。本发明在一次测量中能够同时完成三相避雷器的现场检测，具有测试操作简便，受现场干扰影响小，数据重复性好，能够适用于变电站内外不同现场情况的避雷器带电试验，能够准确判断避雷器的运行状况，并且测量精度高、适用场合广泛、使用方便、维护成本低的显著特点。
Description
所属技术领域
本发明属于电力系统无间隙氧化锌避雷器带电检测的技术领域，尤其涉及一种免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，是一种对运行中的氧化锌避雷器进行带电检测的装置。
背景技术
无间隙氧化锌避雷器，以下简称避雷器，在电力系统中已得到广泛的应用。在运行电压下测量避雷器交流泄漏电流可以在一定程度上反映避雷器运行的状态。在正常运行情况下，流过避雷器的电流主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10%～20%。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面污秽严重时，容性电流变化不多，而阻性电流大大增加，所以测量避雷器运行电压下的交流泄漏电流及其阻性电流是带电检测避雷器运行状态的主要方法。
对变电站内的避雷器进行带电试验已成为电网运行管理的常规试验项目，但是目前带电测试的原理、测试方法及测试仪器存在很多问题，现场测试受电场干扰影响较大，测试数据的重复性也存在一定问题。常规的带电检测避雷器的原理方法主要是利用电压信号作为参考直接读取避雷器泄漏电流的阻性分量，该电压信号需从电压互感器二次输出取得，做为检测分析用的参考量，这种从电压互感器取信号的方法在实际操作中可能会发生误触碰从而影响电力设备的安全运行。此外，还有谐波分析法、外加电压法以及阻性电流相角差法等等。
目前国内外测量避雷器交流泄漏电流及阻性电流的方法及仪器较多，各种方法都致力于既能测总泄漏电流又能测阻性电流，由于阻性电流占总泄漏电流比例很小，带电测量时由于现场的干扰、系统电压的谐波、避雷器装设位置的排列方式、温湿度等因素影响，准确地测量阻性电流是比较困难的，尤其是用阻性电流判断避雷器老化程度是困难的。
从工程角度来看，IRp=√2×Ix×cosφ，避雷器总电流Ix中，容性电流比阻性电流大得多，当避雷器的阻性电流增大时，不超过初始值的2倍，Ix的变化很小，因此从工程上可把Ix看作常数，阻性基波电流IRp的变化可用阻性电流角φ的变化来描述。如果把阻性电流的变化，转换成角度的变化，就会使对避雷器，不论避雷器的排列、安装方式如何，老化的判断，变得十分清晰，更为准确可靠。
采用上述这些方法进行测试，均需要现场具备交流电源作为参考电压。对于装设在变电站场区外的避雷器，尤其是大量的装设在杆塔上保护电缆的避雷器，现场不具备检测装置所需的交流电源，且该电源不能用发电机替代，因此对于此种安装场所的避雷器无法开展带电试验。
发明内容
本发明针对上述避雷器带电检测技术中存在的问题，提供了一种免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置。其目的是提供一种不需要现场提供交流电源、不需要从变电站电压互感器取信号做为参考量，不需要感应板等附件，并且测试过程更为简便、测量精度较高的一种免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，它包括电流采集单元、放大单元、单片机、键盘、显示器、打印机；其中电流采集单元设有A相、B相和C相，电流采集单元的A相、B相C相分别与放大单元连接，放大单元的输出端连接单片机的A/D转换通道，单片机经总线与键盘、显示器、打印机依次连接；
利用免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置进行检测的方法是：三相避雷器的A相、B相和C相避雷器泄漏电流分别经由电流采集单元的A相、B相和C相进行采集并进行I/V转换，转换后电流经采集单元的A相、B相和C相信号进入放大单元，通过放大单元进行信号放大，然后通过单片机的A/D转换通道送入单片机；单片机根据键盘的功能设定和测量指令，对三相信号进行处理和运算，并将运算结果通过显示器进行显示并通过打印机进行打印输出，从而实现避雷器参数的测量。
所述的单片机根据键盘的功能设定和测量指令，对变换后的三相泄漏电流信号利用傅立叶变换、边相避雷器补偿算法计算出泄漏电流值和每相泄漏电流的相位差，计算结果通过显示器进行显示，并通过打印机进行打印输出。
所述的放大单元包括输入保护电路、信号放大电路、缓冲输出电路；其中保护电路、信号放大电路及缓冲输出电路依次相连。
所述的电流采集单元中的电流采集电缆的输入端并联连接至避雷器接地引下线上计数器的两端，那么避雷器的泄漏电流就等于电流采集电缆中的电流与计数器的电流之和，由于计数器的内阻在几千欧以上，而I/V转换电路的电阻R值为2欧姆，因此计数器的分流可以忽略，即I/V转换电路的电阻R上的电流就等于避雷器的泄漏电流；该电流通过I/V转换电路转换为电压量后，首先经过放大单元的输入保护电路进行限幅保护，然后经过信号放大电路进行放大，最后通过缓冲输出电路输出后进入单片机。
该装置的测试原理采用的是阻性电流相角差测试法，测试过程中仅需采集三相避雷器的泄漏电流，即采用检测到的避雷器三相泄漏电流做为参考量，不需要外接交流电源的信号做为参考量，同时仪器仅需电池供电，也不需要外接交流电源作为仪器电源。而且本仪器在一次测量中能够同时完成三相避雷器的现场检测，不同于常用的带电检测仪三相避雷器带电测试需要分别进行测试的方法。
由于装置不需要现场提供交流电源、不需要从变电站电压互感器取信号做为参考量，不需要感应板等附件，测试过程更为简便。通过变电站场区内及场区外大量的现场检测分析比对，认为装置测试操作简便，受现场干扰影响小，数据重复性好，能够适用于变电站内外不同现场情况的避雷器带电试验，能够准确判断避雷器的运行状况。同时该装置还具有测量精度高、适用场合广泛、使用方便、维护成本低的显著特点，为电力系统无间隙氧化锌避雷器的带电检测提供了一种新的测试装置及方法。
本发明具有以下优点和积极效果：
1）在不需要外接交流电源和外接交流电压作为参考电压的情况下，对三相无间隙氧化锌避雷器进行检测，增加了使用范围和提高了测量的安全性。
2）对三相避雷器的测量在一个测量周期中完成，即对三相避雷器同时测量和计算，提高测量效率及准确性。
3）具有校正功能，克服了避雷器的相间干扰，可测得边相避雷器参数的真实值。
4）仪器只有电流采集单元与放大单元是模拟电路，其余部分都是数字电路，因此电路工作稳定度高，计算精度高，维修简单，运行可靠，成本低。
附图说明
图1是本发明的原理方框图；
图2是电流采集单元的原理图；
图3是放大单元的原理图。
图中：电流采集单元1，电流采集电缆11，I/V转换电路12，放大单元2，输入保护电路21，信号放大电路22，缓冲输出电路23，单片机3，键盘4，显示器5，打印机6。
具体实施方式
下面以具体实施实例结合附图对本发明做进一步详细的说明：
实施例1：
本发明是一种免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，该检测装置用于电力系统运行中的三相无间隙氧化锌避雷器运行参数的检测。
该装置采用了模块化的设计方案，如图1所示，设有电流采集单元1，电流采集单元1分为A相、B相、C相，三相的功能和原理完全相同，功能是分别对三相避雷器的A相、B相和C相的泄漏电流进行采集和通过I/V转换电路12进行I/V转换，转换后的电压信号通过放大单元2的放大后，通过单片机3进行A/D转换，再经过计算和数据校正后通过显示器5进行显示，并通过打印机6进行打印，在此过程中的功能设定由键盘4完成。
以下进一步结合附图1～图3对本发明的工作过程进行描述，其具体工作过程是当需要进行测量时，将电流采集单元1中的电流采集电缆11的输入端连接至避雷器接地引下线上计数器的两端，电流采集电缆11与计数器并联连接。那么避雷器的泄漏电流就等于电流采集电缆11中的电流与计数器的电流之和，由于计数器的内阻在几千欧以上，而I/V转换电路12的电阻R值为2欧姆，因此计数器的分流可以忽略，即I/V转换电路12的电阻R上的电流就等于避雷器的泄漏电流，该电流通过I/V转换电路12转换为电压量后，首先经过放大单元2的输入保护电路21进行限幅保护，然后经过信号放大电路22进行放大，最后通过缓冲输出电路23输出后进入单片机3。单片机3根据键盘4的功能设定和测量指令，对输入的信号进行测量，由于避雷器的泄漏电流在三相避雷器都完全一致的情况下相位差应该是120°，因此在单片机对输入的信号的实际相位与泄漏电流进行测量后，利用傅立叶变换、边相避雷器补偿等算法进行计算即可得出避雷器的相位差。测量后的相位差和总电流通过显示器5进行显示，并可根据键盘4的指令，通过打印机6将测量结果进行打印输出。从而实现无需外接交流电源作为参考电压的情况下，对三相避雷器的运行参数进行检测并进行显示和打印输出。
通过键盘4进一步输入指令，单片机3可将测量数据存储至其内部存储器中。测量完成后，通过键盘4进一步输入指令，存储的数据能通过单片机3的通信接口输出至计算机，便于数据管理和数据分析。
实施例2：
为了验证本发明的实用性，2013年在辽宁省沈阳地区对已开发仪器进行了大量的现场带电测试，测试过程采用不需外接电源的本发明与目前现场应用较多的需要外接交流电源的RCD-6型氧化锌避雷器带电检测仪进行现场对比测试，两种仪器原理方法均为阻性电流角相差法，被测避雷器为220kV电压等级，避雷器排列方式分别为直线形和三角形，该测量结果如下表1、表2所示。
从检测数据看，两种仪器测试数据非常接近，趋势相同，可见本发明能够满足现场测量的需要。
表1直线形排列的避雷器对比测试数据
表2三角形排列的避雷器对比测试数据
Claims (4)
1.免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，其特征在于：它包括电流采集单元（1）、放大单元（2）、单片机（3）、键盘（4）、显示器（5）、打印机（6）；其中电流采集单元（1）设有A相、B相和C相，电流采集单元（1）的A相、B相C相分别与放大单元（2）连接，放大单元（2）的输出端连接单片机（3）的A/D转换通道，单片机（3）经总线与键盘（4）、显示器（5）、打印机（6）依次连接；
利用免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置进行检测的方法是：三相避雷器的A相、B相和C相避雷器泄漏电流分别经由电流采集单元（1）的A相、B相和C相进行采集并进行I/V转换，转换后电流经采集单元（1）的A相、B相和C相信号进入放大单元，通过放大单元（2）进行信号放大，然后通过单片机（3）的A/D转换通道送入单片机（3）；单片机（3）根据键盘（4）的功能设定和测量指令，对三相信号进行处理和运算，并将运算结果通过显示器（5）进行显示并通过打印机（6）进行打印输出，从而实现避雷器参数的测量。
2.根据权利要求1所述的免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，其特征是：所述的单片机（3）根据键盘（4）的功能设定和测量指令，对变换后的三相泄漏电流信号利用傅立叶变换、边相避雷器补偿算法计算出泄漏电流值和每相泄漏电流的相位差，计算结果通过显示器（5）进行显示，并通过打印机（6）进行打印输出。
3.根据权利要求1所述的免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，其特征是：所述的放大单元（2）包括输入保护电路（21）、信号放大电路（22）、缓冲输出电路（23）；其中保护电路（21）、信号放大电路（22）及缓冲输出电路（23）依次相连。
4.根据权利要求1所述的免外接交流电源的氧化锌避雷器带电检测装置，其特征是：所述的电流采集单元（1）中的电流采集电缆（11）的输入端并联连接至避雷器接地引下线上计数器的两端，那么避雷器的泄漏电流就等于电流采集电缆（11）中的电流与计数器的电流之和，由于计数器的内阻在几千欧以上，而I/V转换电路（12）的电阻R值为2欧姆，因此计数器的分流可以忽略，即I/V转换电路（12）的电阻R上的电流就等于避雷器的泄漏电流；该电流通过I/V转换电路（12）转换为电压量后，首先经过放大单元（2）的输入保护电路（21）进行限幅保护，然后经过信号放大电路（22）进行放大，最后通过缓冲输出电路（23）输出后进入单片机（3）。
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