CN203204090U - 变电站氧化锌避雷器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，其特征是，它包括微处理器和信号选择电路，信号选择电路依次通过程控放大器、A/D转换模块与微处理器连接，程控放大器还通过信号调理电路与微处理器连接，微处理器还与B码同步模块和复位电路连接，所述微处理器还通过RS485通信接口与上位机连接，所述信号选择电路还与电流采集模块和电压采集模块连接。本实用新型通过实时、长期的在线监测变电站内新型变电站氧化锌避雷器在线监测装置来真实地反映运行中MOA的绝缘状况，不但可以为状态检修积累重要的经验数据，同时其研究成果可为状态检修提供理论依据。

Description

变电站氧化锌避雷器在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种在线监测装置，尤其涉及一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置。

背景技术

避雷器能够在输、变电系统遭受雷击或者过电压时释放过电压能量，保护电力设备免受过电压的危害。其中金属氧化物避雷器（metal oxide arrester，MOA）具有良好的非线性特性、耐重复、动作能力强，通流能力大、体积小、质量轻等特点，所以目前中国的避雷器主要采用MOA。MOA在电力系统中占有很大的比例，非常有必要对其状态进行在线监测。我国从上世纪中期开始，就主要根据《电气设备预防性试验规程》的规定对电气设备进行定期的停电试验、检修和维护，大量严重受潮和有明显缺陷的设备被都检查出来。但由于这种停电检修和试验是定期进行，难以及时反映设备内部的绝缘潜伏性故障，具有一定的盲目性，同时也造成了大量人力物力的浪费，而且试验电压往往要低于运行电压，故其等效性相对较差，对某些缺陷反映不够灵敏，不能完全适应电网的安全、经济、稳定运行需求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，它具有测量阻性电流稳定性好、重复性和精度高、可靠性高，维护方便的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，它包括微处理器和信号选择电路，信号选择电路依次通过程控放大器、A/D转换模块与微处理器连接，程控放大器还通过信号调理电路与微处理器连接，微处理器还与B码同步模块和复位电路连接，B码同步模块与GPS同步时钟实现同步，所述微处理器还通过RS485通信接口与上位机连接，所述信号选择电路还与电流采集模块和电压采集模块连接。

所述微处理器采用TI公司DSP芯片TMS320F2812。

所述电流采集模块采用BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。

所述复位电路采用CAT1832V-GT3芯片为主控芯片。

本实用新型的工作原理：本实用新型测量的对象是PT电压信号和MOA泄漏电流信号，而泄漏电流受相间耦合电容以及谐波电压的影响很小，所以最重要的是得出阻性电流与泄漏电流之间的角差，最后将阻性电流分量提取出来。该处理方法将模拟信号转变成数字信号，信号稳定，提高了在线监测的精度。它同以上分析的几种方法相比较而言，它的监测结果是最可靠也是最合理的。

谐波分析法具体是利用电网电压u(t)与流过设备绝缘的电流i(t)进行傅立叶级数分解，其表达式为：

其中，ω＝2πf，f为电网频率；U₀，I₀分别为电压、电流的直流分量；U_k，I_k分别为电压、电流的各次谐波幅值；分别为电压、电流的各次谐波初相角，k=1,2,…,∞。

MOA的阻性电流分量为：

其中，

分别为电压、电流的基波初相角，I为MOA的电流值。由（2）式可知，求解MOA的阻性电流的关键就在于去除系统谐波干扰的影响，准确地求得u(t)和i(t)的初相角。实际获得的u(t)和i(t)是经过离散、量化后的有限长度的离散周期序列，假设分别用x(n)和y(n)表示（0≤n≤N-1，N为序列的总长度，对应于离散波形的总采样点数），以x(n)为例，经离散傅立叶变换后可得：

$X\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}$

$=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)(\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}+j\sin \frac{-2\mathrm{\πkn}}{N})---\left(3\right)$

由(3)式可知：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_R\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}\\ X_I\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\sin \frac{-2\mathrm{\πkn}}{N}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，X_R(k)、X_I(k)分别为X(k)的实部和虚部。

根据上式可以看出，序列x(n)即u(t)的初相角

为：

同理可以得出i(t)的初相角

进而根据(2)式求取MOA的阻性电流。

本实用新型的有益效果：

1、使用DSP芯片进行快速计算，采用谐波分析法，由于三角函数的正交性，傅立叶变换求解电压和电流的基波时不受高次谐波的影响，也不受仪器电子电路所产生零漂的影响，因此可以达到比较高的稳定性和测量精度；

3、采用穿芯式零磁通电流传感器，补偿温度变化给测量带来的漂移，相位变换误差≤0.01°，较好地解决了介损测量精度及其稳定性问题。

4、采用B码同步授时技术进行监测装置同步采样，提高了的测量精度。

5、本实用新型通过实时、长期的在线监测变电站内新型变电站氧化锌避雷器在线监测装置来真实地反映运行中MOA的绝缘状况，不但可以为状态检修积累重要的经验数据，同时其研究成果可为状态检修提供理论依据。

附图说明

图1为本实用新型的硬件框图；

图2为本实用新型的系统结构示意图；

图3为本实用新型的同步授时示意图；

图4为本实用新型的RS485接口图；

图5为本实用新型的复位电路图。

其中，1.微处理器，2.电流采集模块，3.电压采集模块，4.信号选择电路，5.程控放大器，6.复位电路，7.A/D转换模块，8.信号调理电路，9.B码同步模块，10.RS485通信接口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，它包括微处理器1和信号选择电路4，信号选择电路4依次通过程控放大器5、A/D转换模块7与微处理器1连接，程控放大器5还通过信号调理电路8与微处理器1连接，微处理器1还与B码同步模块9和复位电路6连接，B码同步模块9与GPS同步时钟实现同步，所述微处理器1还通过RS485通信接口10与上位机连接，所述信号选择电路4还与电流采集模块2和电压采集模块3连接。

如图4所示，为本实用新型的RS485通信接口图。

所述微处理器1采用TI公司DSP芯片TMS320F2812。

所述电流采集模块2采用BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。

如图5所示，所述复位电路6采用CAT1832V-GT3芯片为主控芯片。

如图3为本实用新型的同步授时示意图；

本实用新型的工作原理：本实用新型测量的对象是PT电压信号和MOA泄漏电流信号，而泄漏电流受相间耦合电容以及谐波电压的影响很小，所以最重要的是得出阻性电流与泄漏电流之间的角差，最后将阻性电流分量提取出来。该处理方法将模拟信号转变成数字信号，信号稳定，提高了在线监测的精度。它同以上分析的几种方法相比较而言，它的监测结果是最可靠也是最合理的。

谐波分析法具体是利用电网电压u(t)与流过设备绝缘的电流i(t)进行傅立叶级数分解，其表达式为：

其中，ω＝2πf，f为电网频率；U₀，I₀分别为电压、电流的直流分量；U_k，I_k分别为电压、电流的各次谐波幅值；

分别为电压、电流的各次谐波初相角，k=1,2,…,∞。

MOA的阻性电流分量为：

其中，分别为电压、电流的基波初相角，I为MOA的电流值。由（2）式可知，求解MOA的阻性电流的关键就在于去除系统谐波干扰的影响，准确地求得u(t)和i(t)的初相角。实际获得的u(t)和i(t)是经过离散、量化后的有限长度的离散周期序列，假设分别用x(n)和y(n)表示（0≤n≤N-1，N为序列的总长度，对应于离散波形的总采样点数），以x(n)为例，经离散傅立叶变换后可得：

$X\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[x\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}$

$=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)(\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}+j\sin \frac{-2\mathrm{\πkn}}{N})---\left(3\right)$

由(3)式可知：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_R\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\πkn}}{N}\\ X_I\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)\sin \frac{-2\mathrm{\πkn}}{N}\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，X_R(k)、X_I(k)分别为X(k)的实部和虚部。

根据上式可以看出，序列x(n)即u(t)的初相角

为：

同理可以得出i(t)的初相角

进而根据(2)式求取MOA的阻性电流。

如图2所示为本实用新型的系统结构示意图。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，其特征是，它包括微处理器和信号选择电路，信号选择电路依次通过程控放大器、A/D转换模块与微处理器连接，程控放大器还通过信号调理电路与微处理器连接，微处理器还与B码同步模块和复位电路连接，B码同步模块与GPS同步时钟实现同步，所述微处理器还通过RS485通信接口与上位机连接，所述信号选择电路还与电流采集模块和电压采集模块连接。

2.如权利要求1所述一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，其特征是，所述微处理器采用TI公司DSP芯片TMS320F2812。

3.如权利要求1所述一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，其特征是，所述电流采集模块采用BCT-2型电磁式穿芯小电流传感器。

4.如权利要求1所述一种变电站氧化锌避雷器在线监测装置，其特征是，所述复位电路采用CAT1832V-GT3芯片为主控芯片。

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