便攜式氧化鋅避雷器帶電測試裝置的研制

魏建威 葛志杰 郭興帥

摘 要：由于變電站的氧化鋅避雷器數(shù)量眾多，電壓互感器二次端子箱和避雷器的距離相對較遠，部分測試設備體積較大，接線繁瑣，往往需要較多工作人員配合完成帶電測試，導致測試工作效率低，工作強度大。我們擬研制一套針對避雷器帶電測試的便攜式測試儀表，既能準確測試避雷器的泄漏電流和阻性電流的數(shù)值，又體積輕小，便于攜帶，從而減輕勞動強度，節(jié)省人力，極大地提高氧化鋅避雷器帶電測試的工作效率。

關鍵詞：便攜式；氧化鋅避雷器帶電測試裝置；阻性電流；提高；工作效率

Abstract：Due to a large number of zinc oxide arrester（MOA）in the substation，the long distance between Voltage transformer secondary terminal box and MOA，the huge volume of some testing equipment and the complex wiring，the live testing needs many personnel.In this case，the efficiency of testing work will become low and the work intensity becomes larger.We plan to develop a set of portable testing device.With this device，we can get the leakage current and resistive current of MOA accurately.Besides，the equipment is smaller and lighter.Finally，we achieve the goals of reducing labor intensity and improving the work efficiency.

Key words：portable； MOA live test； resistive current； improving the work efficiency

金屬氧化物避雷器（以下簡稱避雷器或MOA）是目前電力系統(tǒng)廣泛使用的過電壓保護設備。由于MOA 內部氧化鋅電阻片要長期承受運行電壓的作用，且各串聯(lián)電阻片中不斷有泄漏電流，如果MOA發(fā)生劣化，泄漏電流就會增大，最終導致MOA 熱崩潰而發(fā)生設備事故。

避雷器傳統(tǒng)的測量方法是使用直流高壓發(fā)生器測量其直流參數(shù)，其勞動強度太大，測試周期長，無法獲取短周期內（比如雨季前后受潮易發(fā)時期）其運行狀態(tài)。一般帶電測試儀器體積較大，取電壓信號時，接PT二次端子所使用的測試線較長，測試工作不方便。

避雷器作為變電系統(tǒng)重要的設備之一，雖然其本身價值不高，但是如果老化受潮而不被發(fā)現(xiàn)，造成的影響和損失很大。所以避雷器測試在預防性試驗規(guī)程里是常規(guī)試驗。如果研制一種既不受停電限制，隨時對避雷器進行狀態(tài)檢測，又便攜的測量儀器，一定非常利于測試工作，也能提高工作效率。

1 國內外研究現(xiàn)狀

避雷器阻性電流測試研究源于90年代，于2000年以后逐漸被重視，并于2005年形成電力行業(yè)標準。帶電檢測主要是檢測泄漏電流及其阻性分量。由于總電流中容性分量比例很大，如何從總電流中分離出微小的阻性電流成為關鍵。通常采用的帶電測試原理主要有總泄漏電流法、阻性電流基波法、三次諧波法、容性電流補償法、零序電流法等。從信號處理類別可分為模擬信號和數(shù)字信號兩大類。一般采樣模擬信號的儀器都為有線傳輸電壓信號（即采集了電壓信號后通過同軸電纜傳輸?shù)綔y試電流信號的主機），采樣數(shù)字信號的儀器則多為無線傳輸電壓信號（即采集了電壓信號后通過天線發(fā)射傳輸?shù)綔y試電流信號的主機）。采用這兩種不同傳輸方式比較有代表性的儀器：①模擬信號有線傳輸：LCD-4 泄漏電流測試儀、MOA-RCD 阻性電流測試儀等； ②數(shù)字信號無線傳輸：如HD2891E-8 型、AI-6106、YHX-H、YBC-III 氧化鋅避雷器帶電測試儀等。

2 項目意義

根據(jù)國家標準GB50150-2016第21條規(guī)定，氧化鋅避雷器（以下簡稱避雷器）最主要的三個測量項目是①絕緣電阻、②工頻參考電壓和持續(xù)電流、③1mA下直流參考電壓和0.75直流參考電壓下的泄漏電流，其中①③是停電后將避雷器拆下進行測量，由于其試驗勞動強度太大，費時太長，又是停電測量，所以各地區(qū)要求的測量周期都很長（一般為3～6年/次）。而在帶電的情況下進行工頻泄漏電流是測量，相對比較方便，測量周期比較短（1～2次/年，雨季前后），能及時發(fā)現(xiàn)設備內部絕緣受潮及閥片老化等危險缺陷，避免因絕緣受潮及閥片老化等原因造成的設備過熱甚至避雷器爆炸事故影響輸電線路運行安全，并且實現(xiàn)了狀態(tài)檢修，所以被越來越多的高壓試驗人員所采用。

近年來，MOA的交流泄露電流帶電測試取得迅猛發(fā)展，多數(shù)儀器采用比較準確的PT二次電壓相位比較法。由于避雷器數(shù)量眾多，二次PT和避雷器的距離相對較遠，部分測試設備體積較大，接線繁瑣，往往需要較多工作人員配合完成測試，導致測試工作效率低，工作強度大。我小組擬研制一套針對于避雷器帶電測試的便攜式測試儀表，目標體積為手持式萬用表大小，兩個操作人員分別手持儀器，接好測試短線，即可讀出被測試品的泄露電流和阻性電流的數(shù)值。該項目的研究和實施，使避雷器的帶電檢測工作，在保證檢測可靠性的前提下，能減輕勞動強度，節(jié)省人力，極大地提高了避雷器帶電測試的工作效率。

3 主要技術難點

我小組分析該項目的技術難點主要有以下4個：

（1）DSP技術：采用數(shù)字信號處理技術，高速采樣。運用高速模擬開關進行電壓電流同時采樣，保證相位角的準確測量。

（2）FFT傅里葉變換：在運行電壓下，通過氧化鋅避雷器的電流信號含有一定量的諧波分量，一般設備老化對基波影響較為明顯，諧波對于受潮反應較為明顯。所以需要測量電流中各個諧波的含量。應用傅里葉變換將信號由時域轉換成頻域分析，可得到頻譜分析。

（3）微小電流精確采樣技術。

（4）無線傳輸：兩臺結構相同的單元分別完成PT 參考電壓及避雷器泄漏電流的測試，通過無線傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)通訊，顯示測量結果。

4 技術關鍵

（1）信號的頻譜分析和數(shù)學建模。

（2）FFT傅里葉轉換及DSP技術。

（3）遠距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術的應用。

（4）微小電流精確采樣術。

（5）傳感器和測量裝置高度集成設計。

（6）便攜式工藝設計，使用方便。

5 研究方法

計算機仿真技術與現(xiàn)代電子器件的應用是我小組的主要研究手段，并結合實驗室和現(xiàn)場的數(shù)據(jù)試驗為依據(jù)。初期設計以實驗室模擬試驗為主。

6 技術路線

我小組擬選取控制單片計算機，進行總線配置；設計工作電源，兼容交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)；設計信號采樣電路，包括衰減、放大、濾波、模數(shù)轉換等。并安裝液晶顯示器與驅動，顯示數(shù)值。結合工藝結構、算法研究，編制源程序，并進行整機功能性、準確性調試和穩(wěn)定性試驗，最后通過現(xiàn)場試驗調試數(shù)據(jù)。

通過我小組不懈的努力，我小組終于研制出該儀器，并很好的應用在避雷器帶電檢測中，本項目的開展和實施，有效克服了現(xiàn)有儀器存在的缺陷，能夠滿足電力系統(tǒng)各種避雷器帶電測試和實驗室測量的需要。一方面保證了測量的準確度，克服了現(xiàn)場干擾，另一方面實現(xiàn)了便攜式測量，降低了工作強度，極大地提高了工作效率。MOA帶電測試可對其運行狀況作出有效判斷，為及早發(fā)現(xiàn)隱患贏得時間，以達到確保電網安全運行的目的。

該儀器氧化鋅避雷器帶電測試儀主機由發(fā)射機（見圖1）和接收機（見圖2）組成。

顯示器：顯示波形和測量結果。

電源開關：整機電源的開啟和關斷，忘記關斷電源可能會損壞電池。

充電接口：內部鋰聚合物電池充電接口，請使用專用充電器。（充電時充電器上的指示燈指示電池狀態(tài)，紅燈表示正在充電，綠燈表示已經充滿。）

電流信號接口：電流信號接線端口，接電流測試線，接線時注意區(qū)分測試線的紅黑顏色。

電壓信號接口：PT電壓信號接線端口，接電壓測試線，接電壓測試線，黑色接中性點，紅色接PT二次A相電壓。

外置天線接口：外接帶延長線的小吸盤天線，可增加傳輸距離。

量程開關：切換電流測試范圍，I×1起為1倍檔，I×10為10倍檔，讀數(shù)乘以10為測量結果。

相別開關：保持發(fā)射機電壓接A相PT電壓信號不變，通過切換接收機相別開關即可完成ABC三相避雷器的電流測量。

7 結語

國內的避雷器的帶電測試研究工作始于2000年左右，使用電壓電流相位分析的方法最為準確，但是有些測試單位存在從二次側PT取電壓信號不方便的問題。但是，歷經二十年，國內外均沒有很好的解決不取電壓信號情況下，測試的準確性問題。通過不取電壓信號，也能保證測試準確是我小組今后努力攻克的方向。

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