變電站避雷器在線監(jiān)測裝置的研究與實(shí)踐

徐貞華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224)

變電站避雷器在線監(jiān)測裝置的研究與實(shí)踐

徐貞華

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224)

介紹一種使用8031單片微機(jī)控制的高壓避雷器在線監(jiān)測裝置。該系統(tǒng)能及時分析避雷器有功泄漏電流的變化情況,以判斷高壓避雷器是否老化或劣化,若檢測到劣化避雷器時自動報(bào)警,自動顯示劣化避雷器部位,便于及時更換。

避雷器;單片機(jī);在線監(jiān)測

1 前言

變電站及輸電線路的防雷系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)非常重要的組成部分,在電系統(tǒng)中,大量使用高壓避雷器,以防止雷擊大氣過電壓,同時也可限制電力系統(tǒng)的操作過電壓,對變壓器、開關(guān)設(shè)備、母線等電氣設(shè)備起到保護(hù)作用。德興銅礦電力網(wǎng)地處山區(qū),地理環(huán)境復(fù)雜,又是多雷區(qū),在6～35kV中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中,每年有多次因避雷器被擊穿炸裂引起單相接地故障。在110～220kV中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中,如果避雷器失效,將引起單相或相間短路故障,造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞與大面積停電,影響生產(chǎn)。

目前在現(xiàn)場試驗(yàn)中,只靠年檢進(jìn)行一次避雷器檢驗(yàn),即使是在年檢中合格的避雷器,運(yùn)行中也有可能發(fā)生擊穿損壞。德興銅礦電網(wǎng)在雷雨季節(jié)中,每年都有多次6kV、35kV避雷器擊穿炸裂,造成停電電停產(chǎn)。如1997年7月28日雷擊中,由于35kV避雷器失效,致使大山220kV變電站2#主變壓器(90000kVA/220kV)35kV側(cè)線圈對地?fù)舸?造成了巨大損失。特別是目前對礦山110kV、220kV系統(tǒng)的避雷器現(xiàn)場試驗(yàn)手段有限,甚至是無法進(jìn)行試驗(yàn)(如對220kV),其運(yùn)行狀態(tài)無法預(yù)測。所以,如果能在運(yùn)行中對較為重要的避雷器(如主變、母線避雷器和110kV、220kV避雷器)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視,盡早發(fā)現(xiàn)劣化的避雷器,將對本礦的電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性有極其重要的意義。

2 監(jiān)測機(jī)理及算法

2.1 監(jiān)測儀用電流變換器的特殊結(jié)構(gòu)

采集避雷器泄漏電流的電流變換器結(jié)構(gòu)如圖1,其中L1、L2為避雷器接地端的一次繞組,W1為工作側(cè)繞組,在其引出端并接2只反向的穩(wěn)壓管,用來起限幅作用。但如果單獨(dú)采用并接穩(wěn)壓管的方法,還不能滿足避雷器放電時互感器二次側(cè)的輸出電壓在監(jiān)測儀安全工作電壓范圍的要求。為此在導(dǎo)磁回路上繞制了2組短路繞組W2、W3。兩繞組的一端是直接連接,另一端由2只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管連接在一起。這樣在泄漏電流很小時,W2、W3的感應(yīng)電壓很低,Z1、Z2不被擊穿,短路繞組不起作用,僅有工作繞組W1感應(yīng)電壓。當(dāng)避雷器放電時,Z1、Z2被擊穿,短路繞組投入使用,由于感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通是與L1、L2繞組相反的,因此合理的選擇W2、W3的繞組匝數(shù)能使兩者的磁通接近抵消,所以W1感應(yīng)的電壓就會變得近似為零。

圖1 電流變換器結(jié)構(gòu)圖

2.2 監(jiān)測儀程序的算法

監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)采樣頻率定為5ms采集1次,1次采集6個數(shù)據(jù),3個電壓,3個電流數(shù)據(jù)。這樣做的目的是因?yàn)槊看尾蓸拥南嘟遣顬楣ゎl周期的1/ 4,即為2次采樣的相角差為π/2,便于以后計(jì)算電流、電壓的有效值及功率因數(shù)。電流、電壓數(shù)值與相角的計(jì)算方法采用兩點(diǎn)乘積法。

經(jīng)電流為例,設(shè)I1、I2分別為相隔π/2的采樣時刻t1、t2的采樣值,則有:

I為電流的有效值;α為n=0時的電流相角,由(1)式的平方加上(2)式的平方可得:

由(3)、(4)式可知:如知道2個相隔90°的電流瞬時值,就可計(jì)算出該電流的有效值與相位,同樣計(jì)算出電壓的相角與有效值,這樣就可計(jì)算了泄漏電流的有功分量。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測儀以8031作為主處理器,配置一片AD574作為數(shù)模轉(zhuǎn)換。因?yàn)?組避雷器有3只,因此在AD轉(zhuǎn)換前必須有一路轉(zhuǎn)換開關(guān),配置4位LED顯示器輪顯每路泄漏電流,另配置一繼電器作為遠(yuǎn)程信呈給主控室,硬件構(gòu)成方框圖如圖2。

圖2 硬件構(gòu)成方框圖

由于泄漏電流的測量是連續(xù)的,平時避雷器泄漏電流很小,在電流變換器的二次端感應(yīng)的電壓也很低,但是測量時可能發(fā)生避雷器放電的情況,這時避雷器的放電電流可達(dá)幾十千安,若不采取措施,電流變換器的二次端將感應(yīng)出很高的電壓,立刻就能造成監(jiān)測儀的損壞,因此必須設(shè)計(jì)出一僅在小電流情況有較高測量精度,在避雷器大電流放電的情況下限制二次感應(yīng)電壓,保證監(jiān)測儀安全工作的電流變換器。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)監(jiān)控程序主要由主程序、中斷服務(wù)程序組成,系統(tǒng)程序采用了結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計(jì),部分程序框圖如圖3所示。

圖3 程序框圖

4 應(yīng)用情況與效果

本監(jiān)測儀已在德興銅礦電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,效果良好。運(yùn)行情況表明,該儀器能有效地反映高壓避雷器的運(yùn)行狀況,及時發(fā)現(xiàn)避雷器的一些缺陷。該儀器的運(yùn)行對系統(tǒng)無任何副作用,對提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全水平具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。

5 結(jié)束語

(1)目前必須對高壓避雷器特別是氧化鋅避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測,以減少事故的發(fā)生。

(2)從測量的角度和氧化鋅避雷器事故原因看,監(jiān)測避雷器運(yùn)行的泄漏電流能有效地反映其運(yùn)行狀況。

(3)該在線監(jiān)測儀可以實(shí)時監(jiān)測高壓避雷器運(yùn)行的泄漏電流,記錄避雷器動作次數(shù),留有串行通訊口,可與變電站中計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相連,實(shí)行全自動監(jiān)測。

REFERENCES

[1] 何立民.單片機(jī)系統(tǒng)配置與設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1992.

[2] 陳粵初,等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1992.

[3] 徐愛鈞,彭秀華.C51 W indows環(huán)境編程與應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社2001,7.

Development of OnlineM on itering Device in L ighten ing Arrester of Sub-station and its Application

XU Zhen-hua
(Jiangxi Copper Corporation Dexing CopperMine,Dexing 334224,Jiangxi,China)

A high voltage lightning arrester on-line monitoring devices that controlled by 8031 single-chip computer is introduced in this article.This systyem can analyse the changes of leakage active current of lightning arrester in time to judge whether the lightning arrester is ageing.If a lightning arrester is ageing,the system will alarm automatically then show the position of ageing arrester,so the ageing arresterwill be replaced in time.

Lightning arrester;Sigle-chip computer;On-line monitoring

T M08

:B

:1009-3842(2010)01-0091-02

2009-12-28