帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀及檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀及檢測(cè)方法，包括發(fā)送單元和接收單元；發(fā)送單元完成電網(wǎng)三相電壓信號(hào)采集，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)電壓幅值和相位角，通過(guò)有線或者無(wú)線方式傳輸?shù)浇邮諉卧?，接收單元完成全泄漏電流采集以及接收發(fā)送單元發(fā)送的電網(wǎng)電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏電流相位角同接收到的電網(wǎng)電壓相位角加以比較求出其相位差．并通過(guò)計(jì)算得到避雷器阻性泄漏電流，從而判斷避雷器的性能，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)、同步地測(cè)量三相阻性泄漏電流，并且極大提高了測(cè)量精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試檢測(cè)，尤其涉及一種帶電測(cè)量氧化鋅避雷 器的無(wú)線測(cè)試儀及檢測(cè)方法，主要用于判斷避雷器的性能，屬于電力應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)各地區(qū)新建、改造線路較多，氧化鋅避雷器作為高可靠性防雷保護(hù)單元，對(duì) 電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著重要的作用。目前的測(cè)試氧化鋅避雷器性能的儀器在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò) 程中接線繁瑣，接線需其他部門(mén)配合，相間干擾較大，影響而損壞儀器及測(cè)試數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏 差，無(wú)法提供真實(shí)有效的測(cè)試結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú) 線測(cè)試儀，解決了現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試過(guò)程中接線繁瑣、相間干擾較大的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀的檢測(cè) 方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006]無(wú)線測(cè)試儀，包括發(fā)送單元和接收單元;發(fā)送單元完成電網(wǎng)三相電壓信號(hào)采集，同 時(shí)計(jì)算電網(wǎng)電壓幅值和相位角，通過(guò)有線或者無(wú)線方式傳輸?shù)浇邮諉卧邮諉卧瓿扇?泄漏電流采集以及接收發(fā)送單元發(fā)送的電網(wǎng)電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏電流相位 角同接收到的電網(wǎng)電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過(guò)計(jì)算得到避雷器阻性泄漏電 流;所述的發(fā)送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，電壓互感器將信號(hào)送到放大電 路，AD轉(zhuǎn)換電路對(duì)接收的放大電路信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送至CPU，CPU將運(yùn)算結(jié)果 信號(hào)發(fā)送到接收單元;所述的接收單元采用電流互感器測(cè)量避雷器下端的電流信號(hào)，電流 互感器將三相全泄漏電流信號(hào)送到放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) CHJ進(jìn)行處理，得到最終的阻性泄漏電流。
[0007] 所述的電流互感器穿心式電流互感器。
[0008] 所述的AD轉(zhuǎn)換電路為高速AD轉(zhuǎn)換電路。
[0009] 所述的無(wú)線傳輸選用微功率無(wú)線數(shù)傳模塊，采用FEC結(jié)合無(wú)線射頻IC CC1020,該 無(wú)線通信模塊通過(guò)433M公共頻率傳輸。
[0010] 所述的發(fā)送單元和接收單元均設(shè)有交流干擾抑制器。
[0011] 所述的接收單元中，CPU連接有嵌入式工控機(jī)，嵌入式工控機(jī)連接液晶顯示器和鼠 標(biāo)鍵盤(pán)輸入端。
[0012] 檢測(cè)方法，包括下述步驟:發(fā)送單元首先發(fā)一個(gè)同步命令，接收單元接收命令后， 兩邊同時(shí)進(jìn)行采集、FFT處理，然后發(fā)送單元將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收單元，接收單元將 兩邊數(shù)據(jù)匯總，根據(jù)兩邊的延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最終處理，結(jié)果發(fā)送給顯示器。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果如下：
[0014] 發(fā)送和接收單元采用無(wú)線或者有線方式進(jìn)行通信，兩個(gè)單元都具有數(shù)據(jù)處理功 能。發(fā)送單元采集電網(wǎng)電壓信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到電壓的相位和幅度信號(hào)，接收單元采 集避雷器全泄漏電流信號(hào)，并與發(fā)送單元的電壓信號(hào)進(jìn)行分析，得到電網(wǎng)電壓和避雷器全 泄漏電流的相位差，最后通過(guò)得到全泄漏電流的阻性電流分量，從而判斷避雷器的性能?？?以在較短的的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)、同步地測(cè)量三相阻性泄漏電流，并且極大提高了測(cè)量精度。
[0015] 支持有線和無(wú)線測(cè)量方式及可以對(duì)三相電壓和電流的同時(shí)測(cè)量、同時(shí)顯示，縮短 測(cè)試時(shí)間，方便除去相間干擾特性測(cè)試的設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需要。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為兩路正弦波信號(hào)示意圖。
[0017] 圖2為電流信號(hào)矢量圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明發(fā)送單元原理示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明接收單元原理示意圖。
[0021 ]圖6為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線測(cè)試接線示意圖。
[0022] 圖7為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)有線測(cè)試接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0024] 實(shí)施例
[0025] 如圖所示，無(wú)線測(cè)試儀，包括發(fā)送單元和接收單元;發(fā)送單元完成電網(wǎng)三相電壓信 號(hào)采集，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)電壓幅值和相位角，通過(guò)有線或者無(wú)線方式傳輸?shù)浇邮諉卧?，接收?元完成全泄漏電流采集以及接收發(fā)送單元發(fā)送的電網(wǎng)電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏 電流相位角同接收到的電網(wǎng)電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過(guò)計(jì)算得到避雷器阻 性泄漏電流;所述的發(fā)送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，電壓互感器將信號(hào)送 到放大電路，高速AD轉(zhuǎn)換電路對(duì)接收的放大電路信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送至CPU， CPU將運(yùn)算結(jié)果信號(hào)發(fā)送到接收單元;所述的接收單元采用穿心式電流互感器測(cè)量避雷器 下端的電流信號(hào)，穿心式電流互感器將三相全泄漏電流信號(hào)送到放大電路、高速AD轉(zhuǎn)換電 路，高速AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU進(jìn)行處理，得到最終的阻性泄漏電流。
[0026] 所述的發(fā)送單元和接收單元均設(shè)有交流干擾抑制器。
[0027]所述的接收單元中，CPU連接有嵌入式工控機(jī)，嵌入式工控機(jī)連接液晶顯示器和鼠 標(biāo)鍵盤(pán)輸入端。
[0028] 1、測(cè)量原理：
[0029] 設(shè)有兩個(gè)正弦波，頻率相同，但初始相位不同，如圖1所示：
[0030] 信號(hào)1對(duì)應(yīng)電流信號(hào)，信號(hào)2對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[003i] I = Asin(〇)t+cp) ⑴
[0032] V = Bsin( ?t) (2)
[0033]將電流信號(hào)展開(kāi)：
[0034] I=Asin(cot)*cos(p+Acos(o)t)*sin(p (3)
[0035] 對(duì)應(yīng)的阻性電流瞬時(shí)值為：
[0036] 1= A sin((j)t)*cos(p (1)
[0037] 阻性電流峰值：
[0038] I = Ac〇S(p (5)
[0039] 容性電流瞬時(shí)值為：
[0040] I=Acos(〇)t)*sin(p (@)
[0041] 容性電流峰值為：
[0042] I=Asiri(p (7)
[0043] 如果以電壓信號(hào)V作為相位基準(zhǔn)，從矢量圖上我們可以更清楚的看到阻性電流和 容性電流的大小，如圖2所示，
[0044] 只要A、(p兩個(gè)參量測(cè)量準(zhǔn)確，就可以完整計(jì)算出阻性電流值的大小。
[0045] 2、氧化鋅檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)
[0046] 氧化鋅檢測(cè)單元總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。
[0047]主要由發(fā)送單元和接收單元部分組成。發(fā)送單元主要完成電網(wǎng)三相電壓信號(hào)采 集，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)電壓幅值和相位角，通過(guò)有線或者無(wú)線方式傳輸?shù)浇邮諉卧?，接收單元?要完成全泄漏電流采集、以及接收發(fā)送單元發(fā)送的電網(wǎng)電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏 電流相位角同接收到的電網(wǎng)電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過(guò)計(jì)算得到避雷器阻 性泄漏電流。
[0048] 2.1電網(wǎng)電壓的測(cè)量
[0049] 發(fā)送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，并通過(guò)電壓互感器送到放大電 路、高速保持、采樣電路進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，最后將結(jié)果發(fā)送 到接收單元。高速AD轉(zhuǎn)換電路保證三相電壓信號(hào)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。原理框圖如圖4所示。
[0050] 2.2全泄漏電流的測(cè)量
[0051]接收單元采用穿心式互感器測(cè)量避雷器下端的電流信號(hào)，互感器有較好的屏蔽措 施，否則，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)外界的電磁場(chǎng)干擾將使儀器無(wú)法正常工作。三相全泄漏電流信號(hào)送到 放大電路、高速AD轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，并與三相電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn) 相位計(jì)算，得到最終的阻性泄漏電流。原理框圖如圖5所示。
[0052] 2.3相位角差的測(cè)量
[0053]電壓信號(hào)與電流信號(hào)之間相位角差的測(cè)量是影響測(cè)量精度的關(guān)鍵。從公式(5)我 們可以看出，阻性泄漏電流峰值正比于_，相位角測(cè)量誤差引起的阻性電流峰值變化為：
(6) (7)
[0056]按照現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，正常運(yùn)行的氧化鋅相位角差一般為83°，當(dāng)在此角差范圍內(nèi)相位角 每變化0.1°時(shí)，阻性電流變化值為1.42%，如果相位角差范圍接近90°時(shí)，由此帶來(lái)的測(cè)量 誤差會(huì)更大，因此，相位角差的測(cè)必須準(zhǔn)確可靠。
[0057]三相電壓的同時(shí)測(cè)量通過(guò)高速高精度的AD轉(zhuǎn)換器來(lái)保證，三相電流的測(cè)量也非常 類(lèi)似，電壓和電流之間的同時(shí)測(cè)量通過(guò)有線或者無(wú)線傳輸來(lái)保證。電力系統(tǒng)中基波信號(hào)為 50Hz，周期為20ms，對(duì)應(yīng)相位是360°。當(dāng)要求相位角差不超過(guò)0.2°，電壓和電流之間的測(cè)量 啟動(dòng)脈沖誤差不能超過(guò)llus，我們通過(guò)采用高速AD轉(zhuǎn)換器件、高速數(shù)據(jù)傳輸、大規(guī)模可編程 邏輯器件等一系列硬件技術(shù)，擯棄延遲較大、容易引起積累誤差的軟件技術(shù)，來(lái)保證三相電 壓之間、三相電流之間、電流和電壓之間相位角的精確測(cè)量。
[0058]測(cè)試線接線方法如圖6、7所示，先接發(fā)送單元和接收單元的地線，再接一根3芯的 電流測(cè)試線，最后接4芯電壓測(cè)試線。接電流測(cè)試線的方法，首先根據(jù)電流大小，接電流測(cè)試 線到主機(jī)端"〇_2mA"或">2mA"量程檔上(>2mA檔標(biāo)配為2-10mA)，再將另一端接計(jì)數(shù)器的上 端。接電壓測(cè)試線的方法，也是先接PT電壓發(fā)送機(jī)端，再接PT二次測(cè)試端。
[0059] 無(wú)線模塊選用微功率無(wú)線數(shù)傳模塊，采用高效FEC前向糾錯(cuò)技術(shù)結(jié)合高性能的無(wú) 線射頻IC CC1020，以及與高速微處理器相結(jié)合。該無(wú)線通信模塊具有很強(qiáng)的抗干擾能力， 全透明傳輸，體積小，功耗低傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，用時(shí)不需要任何編碼技術(shù)。無(wú)線模塊是通 過(guò)433M公共頻率，無(wú)需頻段申請(qǐng)。
[0060] 發(fā)送單元首先發(fā)一個(gè)同步命令，接收單元接收命令后，兩邊同時(shí)進(jìn)行采集、FFT處 理，然后發(fā)送單元將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收單元，接收單元將兩邊數(shù)據(jù)匯總，根據(jù)兩邊的 延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最終處理，結(jié)果發(fā)送給顯示器。
[0061] 無(wú)電壓方式下，不需使用PT發(fā)送機(jī)，軟件模擬電壓與電流之間的相角差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于包括發(fā)送單元和接收單元;發(fā)送 單元完成電網(wǎng)三相電壓信號(hào)采集，同時(shí)計(jì)算電網(wǎng)電壓幅值和相位角，通過(guò)有線或者無(wú)線方 式傳輸?shù)浇邮諉卧?，接收單元完成全泄漏電流采集以及接收發(fā)送單元發(fā)送的電網(wǎng)電壓幅 值、相位角信息，并把全泄漏電流相位角同接收到的電網(wǎng)電壓相位角加以比較求出其相位 差.并通過(guò)計(jì)算得到避雷器阻性泄漏電流;所述的發(fā)送單元的電壓回路并接于母線二次電 壓端子，電壓互感器將信號(hào)送到放大電路，AD轉(zhuǎn)換電路對(duì)接收的放大電路信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 換后的數(shù)據(jù)發(fā)送至CPU，CPU將運(yùn)算結(jié)果信號(hào)發(fā)送到接收單元;所述的接收單元采用電流互 感器測(cè)量避雷器下端的電流信號(hào)，電流互感器將三相全泄漏電流信號(hào)送到放大電路、AD轉(zhuǎn) 換電路，AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU進(jìn)行處理，得到最終的阻性泄漏電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于所述的電 流互感器穿心式電流互感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于所述的AD 轉(zhuǎn)換電路為高速AD轉(zhuǎn)換電路。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于所述的無(wú) 線傳輸選用微功率無(wú)線數(shù)傳模塊，采用FEC結(jié)合無(wú)線射頻IC CC1020,該無(wú)線通信模塊通過(guò) 433 M公共頻率傳輸。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于所述的發(fā) 送單元和接收單元均設(shè)有交流干擾抑制器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀，其特征在于所述的接 收單元中，CPU連接有嵌入式工控機(jī)，嵌入式工控機(jī)連接液晶顯示器和鼠標(biāo)鍵盤(pán)輸入端。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶電測(cè)量氧化鋅避雷器的無(wú)線測(cè)試儀的檢測(cè)方法，其特征在 于包括下述步驟:發(fā)送單元首先發(fā)一個(gè)同步命令，接收單元接收命令后，兩邊同時(shí)進(jìn)行采 集、F F T處理，然后發(fā)送單元將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給接收單元，接收單元將兩邊數(shù)據(jù)匯 總，根據(jù)兩邊的延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最終處理，結(jié)果發(fā)送給顯示器。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK105929284SQ201610486043
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】岳程城, 董軍, 石峰, 郭嵐, 黃東偉, 陳晶陽(yáng), 裴玉杰, 高崴, 龔晨斌, 范希明, 穆景龍, 武英明, 曹慧杰, 徐建國(guó), 臧雷默, 張鳴, 顧孟山, 李思民, 何江, 老永剛, 馬國(guó)海, 李天賜, 張佳巖, 李忠, 南洋, 郎東巖, 郝文峰, 任東霞, 張莉
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司撫順供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司