一種換流站直流場中性母線避雷器帶電分析裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直流系統調試及帶電監測技術領域，尤其涉及換流站直流場中性母線 避雷器帶電分析技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著中國社會經濟的騰飛和科技的不斷進步，整個社會對電能的需求越來越大， 因此電網規模不斷的擴大。然而中國能源分布和經濟發展存在嚴重不對稱的問題，東部和 南部經濟發達能源少，西部能源豐富但經濟較落后，因此將西部能源有效的輸送到東部和 南部，有助于國家經濟的可持續發展。高電壓直流輸電技術因其在遠距離大容量輸送中優 勢明顯，在中國的大地上已有多條超特高壓直流輸電系統投入運行。
[0003] 中性母線避雷器是高電壓直流輸電技術中主要的一次電力設備，避雷器主要用于 限制由線路傳來的雷電過電壓或有操作引起的內部過電壓，是保證電力系統安全運行的重 要保護設備之一，它的正常運行對保證系統的安全供電起著重要的作用。直流換流站中性 母線安裝有沖擊電容器、直流斷路器等一次主設備，中性母線避雷器主要用于限制中性母 線設備的過電壓。當在中性母線產生較高過電壓時，中性母線避雷器將產生較大能量應力， 因此中性母線避雷器一般采用多臺并聯的結構，即會在直流中性母線上同時并聯多臺中性 母線避雷器，各中性母線避雷器的一端分別與直流中性母線連接，各中性母線避雷器的另 一端分別接地。運行過程中發現中性母線避雷器故障率較高，一方面由于中性母線避雷器 需要泄放的能量大；另一方面由于中性母線避雷器并聯安裝的臺數多，均流特性控制較困 難。但是在現場未安裝中性母線避雷器放電電流監視器，無法對每次中性母線避雷器故障 電流和能量進行分析和預警，從而嚴重影響了直流輸電系統的安全運行。

【發明內容】

[0004] 本發明提供了 一種換流站直流場中性母線避雷器帶電分析裝置，應用該裝置在調 試和運行期間實時監測換流站直流場中性母線避雷器，便于及時發現中性母線避雷器故 障，保證直流輸電系統的安全運行。
[0005] 本發明提供了一種換流站直流場中性母線避雷器帶電分析方法，該方法可對每次 中性母線避雷器故障電流和能量進行分析和預警，保證直流輸電系統的安全運行。
[0006] 本發明所采用的技術方案為：
[0007] -種換流站直流場中性母線避雷器帶電分析裝置，用于對并聯在換流站直流場中 性母線上的復數個中性母線避雷器進行帶電分析，在直流系統調試時，中性母線產生操作 過電壓信號，該裝置包括：復數個電流采樣模塊，各電流采樣模塊的輸入端分別與各所述中 性母線避雷器的接地回路電性連接，用于對操作過電壓的輸出信號進行多次采樣，獲取并 發送采樣的電流數據序列；沖擊分壓器，該沖擊分壓器的高壓端與所述中性母線電性連接， 用于變換操作過電壓信號，在沖擊分壓器的測量端產生變換后的沖擊電壓信號；電壓采樣 模塊，該電壓采樣模塊的的輸入端與沖擊分壓器的測量端電性連接，用于對操作過電壓的 輸出信號進行多次采樣，獲取并發送采樣的電壓數據序列；能量吸收校核儀，用于接收并顯 示電流數據序列、電壓數據序列的信息并顯示流經所述中性母線避雷器的吸收能量；電流 不均勻性分析儀，用于接收電流數據序列的信息并顯示各所述中性母線避雷器之間的泄漏 電流分布不均勻系數。
[0008] 本發明以中性母線避雷器為試驗對象，以換流站直流場中性母線、電流采樣模塊、 電壓采樣模塊、能量吸收校核儀和電流不均勻性分析儀為硬件條件，通過電流采樣模塊獲 取中性母線避雷器接地回路的電流序列信號以及通過電壓采樣模塊獲取直流中性母線電 壓序列信號，再將相關電流序列信號和電壓序列信號傳送給能量吸收校核儀和電流不均勻 性分析儀，通過能量吸收校核儀獲得中性母線避雷器的吸收能量值，判定中性母線避雷器 的能量狀態。判定方法是：當中性母線避雷器的吸收能量值E大于避雷器廠家規定的能量 吸收值時，停止調試開展停電測試，確定中性母線避雷器設備狀態。通過電流不均勻性分 析儀顯示流過不同中性母線避雷器的泄漏電流不均勻系數，判定中性母線避雷器的放電特 性。判定方法是：當流過不同中性母線避雷器的泄漏電流不均勻系數大于10%時，停止調 試，更換放電特性差異較大的避雷器。從而保證直流中性母線避雷器的有效監測與保護，具 有直觀、快速、安全等先進的特點。
[0009] 所述電流采樣模塊包括霍爾電流傳感器、#1數模轉換裝置、#1中央處理器和#1無 線發射器；霍爾電流傳感器的取樣鉗口鉗在所述中性母線避雷器的接地回路中，霍爾電流 傳感器的輸出端通過#1數模轉換裝置與#1中央處理器的輸入端相連；用于將霍爾電流傳 感器對沖擊放電電流信號進行多次采樣獲取的電流數據序列經模數轉換后傳送至#1中央 處理器；#1中央處理器的輸出端與#1無線發射器的輸入端電性連接；#1無線發射器用于 將獲取的模數轉換后的電流數據序列傳送至所述能量吸收校核儀和所述電流不均勻性分 析儀。
[0010] 所述電壓采樣模塊包括電壓傳感器、#2數模轉換裝置、#2中央處理器和#2無線發 射器；電壓傳感器的取樣探頭串接在所述沖擊分壓器的測量端中，電壓傳感器的輸出端通 過#2數模轉換裝置與#2中央處理器的輸入端相連；用于將電壓傳感器對操作過電壓輸出 信號進行多次采樣獲取的電壓數據序列經模數轉換后傳送至#2中央處理器；#2中央處理 器的輸出端與#2無線發射器的輸入端電性連接；#2無線發射器用于將獲取的模數轉換后 的電壓數據序列傳送至所述能量吸收校核儀和所述電流不均勻性分析儀。
[0011] 所述能量吸收校核儀和所述電流不均勻性分析儀均通過無線接收器與所述電壓 采樣模塊、所述電流采樣模塊進行無線通訊，無線接收器的輸入端分別與#1無線發射器、 #2無線發射器的輸出端無線連接，無線接收器的輸出端與所述能量吸收校核儀和所述電流 不均勻性分析儀分別相連。
[0012] 所述無線接收器、所述#1無線發射器、所述#2無線發射器均為無線路由器。
[0013] 所述中性母線避雷器為氧化鋅避雷器。
[0014] 一種換流站直流場中性母線避雷器帶電分析方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟1、對所述中性母線避雷器開展直流系統調試，當所述中性母線避雷器的接地 回路中采集到的電流信號大于或等于1mA時，自動觸發所述電壓采樣模塊和所述電流采樣 模塊，分別開始電壓和電流信號采集；當所述中性母線避雷器的接地回路中采集到的電流 ?目號小于1mA時，自動停止電壓和電流?目號米集，米樣時間為T;
[0016] 步驟2、將所述電壓采樣模塊從所述沖擊分壓器采集到的電壓信號，經過模數轉換 后，形成電壓數據序列U(t);將各所述電流采樣模塊從各所述中性母線避雷器的接地回路 中采集到的電流信號，經過模數轉換后，形成電流數據序列Mt)、i2(t)……in(t);所述電 壓傳感器和所述霍爾電流傳感器的采樣探頭的采樣頻率均為4000Hz;
[0017] 步驟3、對所述電壓數據序列U(t)和電流數據序列Mt)、I2(t)……In(t)進行整 理，形成新的電流數據序列/](〇、和電壓數據序列uYt):
[0021][0022] 步驟4、提取所述中性母線避雷器的泄漏電流不均勻系數β:
[0018]
[0019]
[0020]
[0023]
[0024] β=max(β(t)),t= (0,T) (5)
[0025] 步驟5、提取各所述中性母線避雷器的吸收能量E:
[0026]
[0027] 步驟6、判定所述中性母線避雷器的設備狀態，判定的方法為：
[0028