數字化全量程CT在避雷器監測上的應用分析

毛 興，何 彪，王澤朗

（南方電網曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

氧化鋅避雷器監測系統簡寫為MOA，在當今國家電網建設中一直發揮著重要作用。但是，MOA長期暴露在戶外，會受到雷電沖擊，導致其在使用過程中出現嚴重老化的現象。為了能夠延長氧化鋅避雷器監測系統的使用壽命，研制一款穿心式微小電流智能互感器顯得尤為重要。此類智能型互感器能夠在測量電氣絕緣強度的過程中發揮重要作用。

1 研究背景

雖然氧化鋅避雷器監測系統在電網建設過程中發揮了作用，但是在使用過程中經常因接觸雷電而受到損壞，并且經常出現老化現象。因此，多數氧化鋅避雷器監測系統的使用壽命較短。由此看來，需要將一類智能線圈加入到氧化鋅避雷器內部，只有這樣才能提高氧化鋅避雷器的質量。但是，單一的互感器不能夠充分發揮作用，必須將兩個互感器結合才能發揮更大的作用。

2 零磁通電流互感器和羅氏線圈概述

2.1 零磁通電流互感器

零磁通電流互感器常應用于氧化鋅避雷器，但其內部的鐵心不存在磁性，只有將一個互感器疊加在主互感器上，才能在使用過程中提供反電動勢[1]。只有在這樣的環境下，才能在不需要主互感器提供磁通的基礎上全面提供電動勢，實現零磁通。此方案經常被稱為電動勢零磁通補償，最大的優勢是在不存在外部電動勢的基礎上能夠實現電動勢全面補償。本文所設計的電流互感器已經達到了0.2級別的精度，電流值為10 μA。

2.2 羅氏線圈

導線在具有非磁性材料的骨架上繞成一個線圈，就是常見的羅氏線圈。這種線圈不僅重量非常輕，而且結構簡單，使用過程中不會存在磁飽和的現象，且輸出功率較低。到目前為止，羅氏線圈已經成為在不同場合都能使用的敏感器件。本文將羅氏線圈和零磁通電流互感器相互結合，共同操作，并將精度確定為0.4級。

2.3 兩個線圈相結合

如果單一運用某一個線圈不能夠發揮相應作用，只有將零磁通技術和羅氏線圈相結合，才能達到最佳效果。值得注意的是，一定要將兩個線圈設計在同一個金屬殼體內部，充分運用內部的ARM7和CPU部件進行采集和傳輸。通過這樣一個過程的加工，往往能夠形成新型數字化電流互感器。此時，兩個相互融合的傳感器可以從外部接入電源管理模塊，與數據處理模塊和氣象處理模塊合并后，將相關數據傳輸到服務器內部[2]，而用戶可以通過服務器中的相關上位機軟件訪問網站。最常見的羅氏線圈結構如圖1所示。

3 系統框架結構

圖1全面顯示了氧化鋅避雷器的整體結構。整個系統主要由電流互感器、數據單元、氣象模塊和其他主要部分組成，全程采用數字化手段實現全面控制，有效采集與MOA回路相關的電流信號。內部存在的CPU系統可以在運作過程中有效采用傅里葉變換算法，全面分析系統內部的220kV和500kV高壓電路。

圖1 羅氏線圈主要結構

整個框架系統包括沖擊電流峰值、沖擊類型、沖擊次數和各種類型的數據。這些數據可以經過總線結構到達規定的數據單元內部，能夠提高氧化鋅避雷器運行的安全性和可靠性。內部單晶硅太陽能面板與鋰電池相互結合后，能在運行過程中發揮更大的作用。另外，需要根據系統內部結構合理配置太陽能面板的功率，并及時調整鋰電池的容量，使系統永遠保持一個較好的工作狀態。

4 無源零磁通電流互感器的原理

實際操作過程中，通過采用分路短路的原理可以有效補償比差和角差。如果磁分路鐵內部的截面積顯著加大，那么短路的匝數會隨之增多，短路匝中的負荷也會增大，所有的磁分短路匝在使用的過程中就會形成一個輔助電流互感器。感應電動勢能與鐵芯內部有著密切關系。通過分析電動勢和磁通之間的關系可以得出如下結論：如果電動勢能在一瞬間降低到零點，則磁鐵內部的鐵芯值為零，達到零磁通狀態。

互感器在使用過程中不會產生諸多誤差，全面輔助線圈，保證處于主要地位的線圈不會產生任何損耗，從而提高測量精度。次級和初級的電流比值與額定電流相同，但內部相位約有180°的誤差。從實際發展過程來看，次級電流能夠在第一時間反映電流的大小和位置。

5 羅氏線圈原理

羅氏線圈中輸出電壓與被測電流的變化率為：

其中，M表示感應過程中電壓和被測電流之間的比例系數，i表示被測電流。羅氏線圈運作過程中可以先經過輸出信號到達頂峰值，再獲取采樣電路。而沖擊電流產生的信號會直接傳送MCU值，并計算沖擊電流在使用過程中的最高值。經系統驗證，1～150kA的8/20 μs沖擊波的精確度能夠達到0.5級。

6 一體化結構的優勢

將零磁通線圈和羅氏線圈結合后，通過Cortex-M3全面處理CPU信息，并全面輸出信號，保證整個系統安全運行[3]。從外觀來看，整個外殼由不銹鋼材質組成，表面做噴塑處理，內部融入環氧樹脂進行灌封處理，能夠滿足系統監測的需求。如果將零磁通線圈和羅氏線圈充分結合后，一體化結構將具有如下優勢：第一，在規定的測量范圍內，線段可塑性較好，輸出信號的形狀不會發生較大改變；第二，輸出信號之間的比值差較小，內部差值較為穩定，所有的數值都不會隨著溫度的變化而不斷變化；第三，所有線圈輸出信號的電磁兼容性較好。

7 結 論

本文研制的一體化互感器克服了設備使用過程中接地回路造成的影響，整體安裝調試過程更加方便，使用壽命更長，能夠在國家電網中發揮更大作用。