非線性電阻型消諧器全量程測試系統的研究及應用

國網湖北省電力有限公司孝感供電公司 張 攀 劉 智 胡 煥 羅 恒

目前，市場上的消諧電阻器測試儀種類繁多，但多數測試儀只能實現部分參數的自動檢測，無法滿足全量程測試的需求。例如，KDZD3000X消諧電阻器參數測試儀能夠自動檢測消諧器在電流峰值為0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA時的電壓峰值或有效值，而REKE3000X消諧電阻器參數測試儀則能自動測量伏安特性，并繪制出消諧器伏安特性曲線圖。這些測試儀雖然具有一定的自動化程度，但在測試范圍和精度上仍有提升空間。為了解決這一問題，本文提出一種非線性電阻型消諧器全量程測試系統，在中性點和地之間串聯非線性電阻器，以消除諧振現象，保證電網的穩定運行。

1 非線性電阻型消諧器全量程測試系統設計概述

消諧器的基本原理。消諧器利用電流相位關系來抵消諧波，在電力系統中，諧波會導致電流的相位發生扭曲，使得電流與電壓之間的相位差增大[1]。消諧器通過并聯合適大小的電容器到諧波源旁路，使得電容器的電流與諧波源電流具有相反的相位。如此，兩者在相位上相互抵消，從而減小或消除了諧波的影響。

非線性電阻型消諧器的特點。非線性電阻型消諧器確實具有優異的高溫耐性。如SDR-YCX一次消諧器采用電氣性能優異的SiC為基材，這種材料經過上千攝氏度的高溫燒結而成。這表明SiC基材的消諧器具有極高的高溫穩定性，能夠在極端高溫環境下保持其電氣性能不受影響。在電力系統中，由于許多設備需要在高溫環境下運行，雙壁熱縮管雖然主要用于電線保護，但其耐高溫特性也間接說明了在高溫環境下對設備進行保護的重要性。然而，雙壁熱縮管主要針對電線，而線性電阻型消諧器則是專門設計用于電力系統，以消除非線性諧振、限制涌流等問題。因此，線性電阻型消諧器因其優異的高溫耐性，成為電力系統中不可或缺的一部分。

全量程測試系統的設計思路。對傳感器進行設計與分析，通過有限元分析方法建立傳感器電磁場仿真模型，分析傳感器電場和磁場參數，并改變傳感器尺寸和結構來實現性能優化，設計電路系統和測量氣室時，應實現物理隔離，確保本質安全。從全局到局部的思路去設計測試用例，明確測試任務，規范測試行為，對測試系統的性能進行監控，根據系統的設計要求，合理配置硬件資源，并編寫相應的軟件代碼來實現系統功能。

2 非線性電阻型消諧器全量程測試系統技術難點

2.1 非線性電阻型消諧器全量程測試系統項目現狀及必要性

鐵磁諧振問題不容忽視。在特定條件下，鐵磁諧振現象會導致電網的三相對地電壓出現波動，不僅影響電網的正常運行，更在嚴重情況下可能導致弱絕緣設備的損壞，進而引發事故。當電網出現間隙性接地或接地消失時，相對地電壓會產生低頻自由分量[2]。這種分量會使YO接線的壓變進入深度飽和狀態，導致一次線圈中通過大量的涌流，進而造成壓變熔絲熔斷或設備損壞。為了應對這些挑戰，業界已經探索了多種防止壓變鐵磁諧振的方法。其中，運行經驗表明，在壓變中性點與地之間串接非線性電阻型消諧器是一種有效的策略。這種消諧器不僅能消除壓變的飽和諧振，還能限制涌流，同時又不影響壓變的正常運行。因此，確保非線性電阻型消諧器的正常工作對于電網的安全運行是勢在必行的。

2.2 測試精度不足問題突出

在6～35kV壓變中性點不接地電網中，電磁式電壓互感器（壓變）的廣泛應用帶來了一系列運行問題，其中尤以鐵磁諧振和低頻自由分量引起的涌流最為突出。這主要可以歸咎于該系統內包含的測量電路以及信號處理算法不夠成熟完善[3]。在實際運作過程中，測量電路可能會受到周邊環境溫度、濕度等外部因素對電氣參數產生不當影響，進而導致測量的精準度受到負面沖擊。鑒于信號處理算法在面對微弱信號或者復雜干擾時，有可能無法有效地提取并反映出真實的測量數據，進一步惡化了測量的精確性。這種精度上的不足，無疑將使消諧器的性能評估和優化設計過程遭受重大的困難，甚至還可能造成消諧器在實際應用中無法實現預期的良好效果。

2.3 系統穩定性堪憂

穩定堪稱是測試系統的關鍵性能指標之一，但不幸的是，線性電阻型消諧器全量程測試系統在此方面同樣飽受困擾。系統不穩定性主要體現為兩個方面，第一是測量結果復現性的差距頗大，也就是說對于相同的消諧器進行多次測量，所得出的結果之間存在著相當的差異；其次是系統容易受到外部干擾的侵擾，譬如電磁干擾、機械振動等，均可能致使測量結果出現偏差。這些問題的存在，不僅僅損害了測試系統的可信度，更是為消諧器的性能評估增添了莫大的難題。

2.4 操作復雜耗時

在操作層面上，線性電阻型消諧器全量程測試系統亦略顯不足。系統的操作界面流露出的親和力尚待提高，參數設定與測量過程頗為復雜，對非專業使用者構成了較高的技術門檻。而且系統的測試流程較為煩冗，需要經歷多重環節的測量和校準過程，因此測試周期相對較長。上述問題，不僅降低了工作效率，也抬升了操作成本。

3 非線性電阻型消諧器全量程測試系統成果輸出

3.1 升級測量電路與元器件，改進信號處理算法

非線性電阻型消諧器采用更高精度的測量電路和元器件，以降低環境溫度、濕度等外部因素對電氣參數的影響。優化電路布局，在元器件選擇上，應優先選擇性能穩定、精度高的元器件[4]。可以通過檢查有極性的元器件，如發光二極管、電解電容、整流二極管等，以及三極管的管腳是否對應，來構建一個全新的測量電路。該電路具有更寬的帶寬、更高的精度和更好的穩定性，能夠準確地捕捉和分析消諧器在各種工況下的電氣參數。

對于低強度信號及復雜干擾問題，在獲取到的信號之中，常常不可避免地包含有形形色色的噪聲，諸如達到尖峰條件的高斯白噪聲以及突出的脈沖噪聲，等等。這些不必要的噪聲無疑將會對信號的精確提取與深入分析形成阻礙。為此，在經過改良的信號處理算法中，采納了一種利用小波變換技術進行噪聲抑制的策略。具體來講，需要先從眾多可能的小波基當中挑選出最適宜的一組，并選定適當的分解層次進行信號的小波分解，接著再對分解出來的小波系數運用閾值處理，以便刪除那些與噪聲有關聯的小波系數，

最終，采用小波重構，從而得到一份去除了噪聲污染的干凈信號。舉例說明，假設接收的原始信號是含有一個位于1000Hz頻率處的目標信號以及高斯白噪聲。這時，便可以選用db4小波基來對該信號實施三層分解。隨后，針對小波系數實施閾值處理，將那些同噪聲相關的小波系數予以刪除。值得注意的是，在設定閾值水平時，選取了25dB/Hz這個數字作為參考標準。最后，增強利用小波重構這一環節，成功地還原出經過噪聲消除處理之后的信號，將增強后的信號功率譜輕松變回時域信號。

3.2 完善機械性能測試方法，加強環境適應性測試

模擬不同程度的震動環境，如運輸過程中的顛簸、現場使用時的輕微震動等，觀察儀器的工作狀態和性能是否受到影響。對儀器進行跌落、碰撞等沖擊測試，檢驗其外殼、內部結構以及元器件的抗沖擊能力。對儀器的輸入輸出接口、按鍵增強、顯示屏等連接部件進行插拔、按壓等操作，確保其在長時間使用過程中不會松動或損壞。

針對ZXQX-A01消諧電阻器參數測試儀，在-20℃～+50℃的范圍內，對儀器進行高低溫交變測試，觀察其在此溫度范圍內的性能指標變化情況。特別關注在極端溫度下儀器的啟動、運行和關閉過程是否正常。在-20℃～+50℃的范圍內，對儀器進行高低溫交變測試，觀察其在此溫度范圍內的性能指標變化情況。特別關注在極端溫度下儀器的啟動、運行和關閉過程是否正常。模擬沙塵、雨水等惡劣環境，對儀器的外殼密封性能進行測試，確保其在實際應用中能夠抵御外部環境的侵蝕。

3.3 優化測試流程與參數設置，引入自動化與智能化技術輔助測試

為了驗證改進信號處理算法的有效性，采用了不同信噪比和不同干擾條件下的線性電阻型消諧器測試數據。將消諧器與ZSXQ-V消諧電阻器測試儀連接，確保測試夾與消諧器的高壓端和接地端正確連接。接著，將測試儀接入220V交流電源，打開電源開關，等待儀器軟件啟動完成并進入測試界面。在測試界面中，根據消諧器的規格和測試要求，設置合適的測試參數。

例如，選擇電流測量檔位（如0.3mA、0.5mA、1.0mA等），以及電壓測量類型（如電壓峰值或峰值√2）。這些參數的設置應確保覆蓋消諧器的全量程范圍。點擊“開始”按鈕后，系統將自動按照設定的參數進行測試。測試儀將依次輸出不同的電流值，并測量對應的電壓值。測試過程中，系統應實時顯示當前的電流、電壓值以及測試進度。在測試過程中，如遇異常情況（如輸出電壓超出范圍、測試線連接不良等），系統應自動停止測試并提示錯誤信息。測試完成后，系統應自動計算并顯示消諧器的伏安特性曲線圖，以及各項測試數據。通過編程實現測試流程的自動化，提取關鍵信息并生成診斷報告。電阻值測試情況見表1。

表1 電阻值測試情況

在不同信噪比和干擾條件下，通過對電流和電壓的測量，計算得到的電阻值均落在預期范圍內，且被標記為“合格”。這說明在給定的測試環境和參數下，電阻的性能是穩定且可靠的。無論是在無干擾、輕微干擾還是中等干擾的條件下，電阻值數值都相對穩定，該批次電阻器在不同工作環境下的性能表現是滿足要求的。將自動化與智能化技術引入線性電阻型消諧器的全量程測試系統中，可以大幅度提高測試效率。

4 結語

通過概述系統的基本原理，識別了原有測試系統存在的關鍵缺陷，這些缺陷在一定程度上限制了測試的精確度和效率。為了解決這些問題，提出了一系列優化策略，經過優化后的系統展現出了更寬的帶寬、更高的精度以及更為穩定的性能，這使得系統能夠在各種工況下準確捕捉和分析消諧器的電氣參數。特別是通過引入先進的信號處理算法，成功地抑制了測試信號中的噪聲干擾，保障了測試數據的可靠性。