避雷器在线监测系统毕业论文
流(无功分量)。在正常运行情况下，流过避雷器的电流主要为容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10％~20％左右。但当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容性电流变化不大，而阻性电流却大大增加，所以目前对氧化锌避雷器主要进行阻性电流的在线监测，而监测阻性电流的关键是要从阻容共生的总电流中分离出微弱的阻性电流。
2.1.1 MOA在线监测原理
因MOA无串联间隙，在持续运行电压作用下，由氧化锌阀片组成的芯片柱就要长期通过工作电流，即总泄漏电流。严格说来，总泄漏电流是指流过MOA内部阀片柱的泄漏电流，但测得的MOA总泄漏电流包括瓷套泄漏电流、绝缘杆泄漏电流及阀片柱泄漏电流三部分．一般而言，阀片柱泄漏电流不会发生突变，而由污秽或内部受潮引起的瓷套泄漏电流或绝缘杆泄漏电流比流过MOA内部阀片柱的泄漏电流小得多。因此，在天气好的条件下，测得的MOA总泄漏电流一般都视为流过MOA阀片柱的泄漏电流。 由于MOA芯片柱是由若干非线性的阀片串联而成的，通过MOA的总泄漏电流是非正弦的，因此不能用线性电路原理来求总泄漏电流。为此，国内外常用阻容并联电路来近似等效模拟MOA非线性阀片元件，见图2-1(a)。Rn是ZnO晶体本体的固有电阻，电阻率为1~10?2cm；Rx是晶体介质层电阻，电阻率为
10~10?2com，它是非线性的，随外施电压大小而变化；Cx是ZnO晶体介质电
1013容，相对介电系数为1000-2000。由于Rx>>Rn，可略去Rn的影响，故又常将图2-l(a)简化为2-l (b)的等效电路[6]。
母线Uk母线UkIxRnIxIRxRxICxCxIRxRxICxCx
图2-1 MOA阀片芯柱的等效电路
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Figure 2-1 MOA valve core columns in the equivalent circuit
流过MOA的总泄漏电流Ix可分为阻性电流Irx与容性电流Icx两部分[7]。导致阀片发热的有功损耗是阻性电流分量。因Rx为非线性电阻，流过的阻性电流不但有基波，而且还含有三次、五次及更高次谐波；只有阻性电流的基波才产生功率损耗；虽然总泄漏电流以容性电流为主，阻性电流仅占其总泄漏电流的10%~20％左右，但容性电流的变化很小，相对阻性电流随时间的变化量，容性电流的变化量可忽略不计。因此对MOA泄漏电流的监测应以阻性电流为主。
2.2 MOA在线监测系统的实施方案
为了实现以软件分析、计算为主的对MOA阻性电流在线监测系统，本文充分利用了微机计算速度快，处理能力强等特点，以工业控制计算机为中心，加上传感器、必要的外围硬件电路，构成了一个在线监测系统。通过传感器获取设备电压、电流信号，经电缆传送至前置处理箱，再由计算机控制进行A／D转换后，在计算机内根据不同设备类型的特点和要求进行数据分析、处理，得到监测结果，进而存贮数据，显示结果，作出各种判断。
控制信号ux电压传感器前置处理单元电流传感器采样保持单元模数转换单元光电隔离结果显示计算机数据存储锁相倍频单元
图2-2在线监测原理框图
Figure 2-2 Block diagram of line monitoring
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被测设备ix避雷器在线监测系统毕业论文
图2-2所示为监测系统原理框图。对MOA的测量，被测的电压和电流信号分别从电压互感器(PT)和MOA底部获取，采用PT将设备所在母线上的电压转换成低压信号；采用电流传感器采集设备底部的小电流信号，经电缆将信号送往前置处理板(信号分两路输入)。前置处理单元完成对信号放大、滤波等处理；锁相倍频单元是对信号进行倍频跟踪，以满足数字信号分析的需要，并且与采样保持单元、模数转换单元相配合，达到对电压、电流信号同步采样的目的；信号转换成数字量是由12位高精度模数转换单元在计算机软件控制下实现的；最后由计算机采用相应的程序和数字处理技术，对数字化的电压、电流信号进行分析、计算，完成结果的存储、显示[9]。
以下分几个部分对系统进行简介。
2.2.1 电流、电压信号采集
1） 电流取样探头
由于氧化锌避雷器总泄漏电流只有微安级，而现场干扰较严重。因此，必须采用灵敏度高的微电流传感器，串入避雷器的接地回路，在放电计数器下方取电流信号。
2） 补偿电压信号的采取
补偿电压信号由母线电压互感器(PT)二次侧获取。
2.2.2 信号放大电路及滤波电路
经传感器取得信号后，信号很微弱，且含有部分干扰信号，不能直接进行模数转换和分析，必须经过对信号的预处理，将所需信号放大，抑制和消除干扰，为进一步的处理作好准备[10]。
由于监测设备的不同，经传感器获取的电流信号的大小也就不同。如果采用同一种放大倍率对所有信号进行放大，则可能有的信号幅值会超过要求范围，有的信号幅值却远远低于需求值。所以需要根据实测时的电流大小，对其进行不同程度的放大，且将信号幅值调整到所要求的范围内。
信号放大电路及滤波电路完成了对电压、电流信号模拟量的前置放大、滤波、程控放大、衰减等功能。其中的放大电路采用集成放大器件组成，达到高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声和放大倍数可调的高精度放大，滤波电路依据有源低通滤波原理，采用了二阶压控电压源低通滤波电路，并选用了高精度、低漂移的运算放
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大器。
2.2.3 倍频跟踪电路及采样/保持电路
由于电力系统的频率在50Hz左右有所波动，而谐波分析法等数字处理方法要求在一周波内保持固定的采样点数，所以对监测系统硬件进行处理，使其能自动跟踪频率变化。可采用由锁相环和分频器组成闭环相位控制系统，实现输出与输入信号的自动同步。
为了保证一个周波内准确采样2n点，要求采样保持器的采样频率始终是输入信号频率的2n倍，为此将输入信号频率取出，转成方波信号后由锁相环进行频率跟踪，再经波形变换使输出信号脉宽被调窄，频率为电压输入信号频率的2n倍，分别送入采样保持器和主机控制数据采样。
2.2.4 A／D转换及数据采集
A／D转换是数字波形分析技术中关键一环，是监测系统的重要组成部分。其特性直接影响数据的精度。只有数据具有足够的精度，才能经计算机分析后得出反映设备真实情况的准确结果。
由于被监测的MOA泄漏电流阻性分量比较小，要求在A／D转换中对数据的量化误差要尽可能的小，且对电压、电流信号要进行同步采样。当采用一个模数转换单元时，要求对两个信号分别用采样保持器同时锁存、由计算机控制A／D器件分时采样，即达到同步采样的目的．本系统采用集成的12位高速、高精度数据采集卡进行A／D转换，达到了l0V／4096位=2.44mv／位的精度，确保了对电压、电流波形数据的准确、快速采样，保证了数据分析的精度。
2.2.5 主机监测程序
主机监测程序是进行数据处理的中心，不但担负着对数据放大倍率和A／D转换的控制，而且更为重要的是要提供良好、稳定、快速的分析计算和处理功能；同时，需要为运行人员提供友好、易用的用户界面，便于运行人员根据需要进行监测，察看监测结果，保存监测数据，浏览对比历次监测结果[11]。
本文的监测程序主要完成了：
1） 对信号获取的控制，包括对信号程控放大和A／D转换的控制；
2） 对采样所得数字化数据的处理，包括对数据的分析、计算(如采用FFT分析
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方法)，对数据采用软件抗干扰措施，对结果的存储和察看。另外，还可根据需要对软件进行改进以对被测设备运行状态作出判断及诊断。
2.2.6 系统工作步骤
1） 系统上电复位，开启硬件处理箱，启动微机监测程序；
2） 根据需要发出监测命令，选择合适的信号放大倍率，在主机控制下进行数据采集；
3） 对采样的原始数据进行计算处理，求得各种监测参量的结果；
4） 根据每次监测结果判断数据是否有效，采取平均技术等抗干扰措施，以提高测量的准确度；
5） 主机存储数据，生成数据记录，保留监测结果供运行人员随时查阅。
2.3 小结
1） 提出MOA阀片芯柱的等效电路，分析了MOA在线监测的总体原理是对阻性电流进行在线监测，关键是要从阻容共生的总泄漏电流中分离出微弱的阻性电流。
2） 系统讲解了利用谐波分析法监测MOA阻性电流的原理，可以利用软件技术分离出阻性电流的基波分量及各次谐波分量，并利用二者间的增减关系判断引起MOA性能下降的原因是阀片老化还是受潮，从而完整有效地反映MOA的运行状况。
3） 介绍了一种高效、省时、改进的快速傅里叶变换算法(FFT)其较一般FFT运算快很多。
4） 简要实现了MOA在线监测系统的硬件和软件技术。
3 在线监测方法误差原因及改进措施
采用谐波分析法原理制成的系统，所测得的阻性电流不可避免的要受到相间杂散电容、系统谐波电压、PT差角、绝缘子表面污秽、交流伏安曲线滞回特性等因素的影响，对这些影响因素进行正确的理论分析和计算，是准确测量泄漏电流阻性分量的关键。
3.1 相间杂散电容的干扰
由于MOA在布置上通常采用三相一字形排列，且位置靠得较近，相间存在较大的杂散电容，使得每相除本身泄漏电流外，还有邻相耦合电容电流通过。仪器能测的一般是二者的合成电流，其并不能完全反映每相MOA的运行状况。这种耦合电流
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