帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀及檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀及檢測方法，包括發送單元和接收單元；發送單元完成電網三相電壓信號采集，同時計算電網電壓幅值和相位角，通過有線或者無線方式傳輸到接收單元，接收單元完成全泄漏電流采集以及接收發送單元發送的電網電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏電流相位角同接收到的電網電壓相位角加以比較求出其相位差．并通過計算得到避雷器阻性泄漏電流，從而判斷避雷器的性能，可以在較短的時間內，同時、同步地測量三相阻性泄漏電流，并且極大提高了測量精度。
【專利說明】
帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀及檢測方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種電力系統設備現場調試檢測，尤其涉及一種帶電測量氧化鋅避雷 器的無線測試儀及檢測方法，主要用于判斷避雷器的性能，屬于電力應用領域。
【背景技術】
[0002] 近年來各地區新建、改造線路較多，氧化鋅避雷器作為高可靠性防雷保護單元，對 電力系統的安全運行起著重要的作用。目前的測試氧化鋅避雷器性能的儀器在現場測試過 程中接線繁瑣，接線需其他部門配合，相間干擾較大，影響而損壞儀器及測試數據嚴重偏 差，無法提供真實有效的測試結果。
【發明內容】
[0003] 本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供了一種帶電測量氧化鋅避雷器的無 線測試儀，解決了現有技術中測試過程中接線繁瑣、相間干擾較大的問題。
[0004] 本發明的另一個目的在于提供一種帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀的檢測 方法。
[0005] 本發明的技術方案如下：
[0006]無線測試儀，包括發送單元和接收單元;發送單元完成電網三相電壓信號采集，同 時計算電網電壓幅值和相位角，通過有線或者無線方式傳輸到接收單元，接收單元完成全 泄漏電流采集以及接收發送單元發送的電網電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏電流相位 角同接收到的電網電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過計算得到避雷器阻性泄漏電 流;所述的發送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，電壓互感器將信號送到放大電 路，AD轉換電路對接收的放大電路信號進行轉換，轉換后的數據發送至CPU，CPU將運算結果 信號發送到接收單元;所述的接收單元采用電流互感器測量避雷器下端的電流信號，電流 互感器將三相全泄漏電流信號送到放大電路、AD轉換電路，AD轉換電路轉換后的數據經過 CHJ進行處理，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轉換電路為高速AD轉換電路。
[0009] 所述的無線傳輸選用微功率無線數傳模塊，采用FEC結合無線射頻IC CC1020,該 無線通信模塊通過433M公共頻率傳輸。
[0010] 所述的發送單元和接收單元均設有交流干擾抑制器。
[0011] 所述的接收單元中，CPU連接有嵌入式工控機，嵌入式工控機連接液晶顯示器和鼠 標鍵盤輸入端。
[0012] 檢測方法，包括下述步驟:發送單元首先發一個同步命令，接收單元接收命令后， 兩邊同時進行采集、FFT處理，然后發送單元將處理好的數據發送給接收單元，接收單元將 兩邊數據匯總，根據兩邊的延時進行補償，然后對數據進行最終處理，結果發送給顯示器。
[0013] 本發明的優點效果如下：
[0014] 發送和接收單元采用無線或者有線方式進行通信，兩個單元都具有數據處理功 能。發送單元采集電網電壓信號，通過數據處理，得到電壓的相位和幅度信號，接收單元采 集避雷器全泄漏電流信號，并與發送單元的電壓信號進行分析，得到電網電壓和避雷器全 泄漏電流的相位差，最后通過得到全泄漏電流的阻性電流分量，從而判斷避雷器的性能。可 以在較短的的時間內，同時、同步地測量三相阻性泄漏電流，并且極大提高了測量精度。
[0015] 支持有線和無線測量方式及可以對三相電壓和電流的同時測量、同時顯示，縮短 測試時間，方便除去相間干擾特性測試的設備來滿足現場需要。
【附圖說明】
[0016] 圖1為兩路正弦波信號示意圖。
[0017] 圖2為電流信號矢量圖。
[0018] 圖3為本發明原理結構示意圖。
[0019]圖4為本發明發送單元原理示意圖。
[0020]圖5為本發明接收單元原理示意圖。
[0021 ]圖6為本發明現場無線測試接線示意圖。
[0022] 圖7為本發明現場有線測試接線示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 以下參照附圖，結合具體實施例，詳細描述本發明。
[0024] 實施例
[0025] 如圖所示，無線測試儀，包括發送單元和接收單元;發送單元完成電網三相電壓信 號采集，同時計算電網電壓幅值和相位角，通過有線或者無線方式傳輸到接收單元，接收單 元完成全泄漏電流采集以及接收發送單元發送的電網電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏 電流相位角同接收到的電網電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過計算得到避雷器阻 性泄漏電流;所述的發送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，電壓互感器將信號送 到放大電路，高速AD轉換電路對接收的放大電路信號進行轉換，轉換后的數據發送至CPU， CPU將運算結果信號發送到接收單元;所述的接收單元采用穿心式電流互感器測量避雷器 下端的電流信號，穿心式電流互感器將三相全泄漏電流信號送到放大電路、高速AD轉換電 路，高速AD轉換電路轉換后的數據經過CPU進行處理，得到最終的阻性泄漏電流。
[0026] 所述的發送單元和接收單元均設有交流干擾抑制器。
[0027]所述的接收單元中，CPU連接有嵌入式工控機，嵌入式工控機連接液晶顯示器和鼠 標鍵盤輸入端。
[0028] 1、測量原理：
[0029] 設有兩個正弦波，頻率相同，但初始相位不同，如圖1所示：
[0030] 信號1對應電流信號，信號2對應電壓信號，它們的數學表達式為：
[003i] I = Asin(〇)t+cp) ⑴
[0032] V = Bsin( ?t) (2)
[0033]將電流信號展開：
[0034] I=Asin(cot)*cos(p+Acos(o)t)*sin(p (3)
[0035] 對應的阻性電流瞬時值為：
[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V作為相位基準，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兩個參量測量準確，就可以完整計算出阻性電流值的大小。
[0045] 2、氧化鋅檢測方法的設計
[0046] 氧化鋅檢測單元總體結構見圖3。
[0047]主要由發送單元和接收單元部分組成。發送單元主要完成電網三相電壓信號采 集，同時計算電網電壓幅值和相位角，通過有線或者無線方式傳輸到接收單元，接收單元主 要完成全泄漏電流采集、以及接收發送單元發送的電網電壓幅值、相位角信息，并把全泄漏 電流相位角同接收到的電網電壓相位角加以比較求出其相位差.并通過計算得到避雷器阻 性泄漏電流。
[0048] 2.1電網電壓的測量
[0049] 發送單元的電壓回路并接于母線二次電壓端子，并通過電壓互感器送到放大電 路、高速保持、采樣電路進行AD轉換，轉換后的數據經過CPU進行數學運算，最后將結果發送 到接收單元。高速AD轉換電路保證三相電壓信號同時進行測量。原理框圖如圖4所示。
[0050] 2.2全泄漏電流的測量
[0051]接收單元采用穿心式互感器測量避雷器下端的電流信號，互感器有較好的屏蔽措 施，否則，現場測量時外界的電磁場干擾將使儀器無法正常工作。三相全泄漏電流信號送到 放大電路、高速AD轉換電路，轉換后的數據經過CPU進行數學運算，并與三相電壓信號實現 相位計算，得到最終的阻性泄漏電流。原理框圖如圖5所示。
[0052] 2.3相位角差的測量
[0053]電壓信號與電流信號之間相位角差的測量是影響測量精度的關鍵。從公式(5)我 們可以看出，阻性泄漏電流峰值正比于_，相位角測量誤差引起的阻性電流峰值變化為：
(6) (7)
[0056]按照現場經驗，正常運行的氧化鋅相位角差一般為83°，當在此角差范圍內相位角 每變化0.1°時，阻性電流變化值為1.42%，如果相位角差范圍接近90°時，由此帶來的測量 誤差會更大，因此，相位角差的測必須準確可靠。
[0057]三相電壓的同時測量通過高速高精度的AD轉換器來保證，三相電流的測量也非常 類似，電壓和電流之間的同時測量通過有線或者無線傳輸來保證。電力系統中基波信號為 50Hz，周期為20ms，對應相位是360°。當要求相位角差不超過0.2°，電壓和電流之間的測量 啟動脈沖誤差不能超過llus，我們通過采用高速AD轉換器件、高速數據傳輸、大規模可編程 邏輯器件等一系列硬件技術，擯棄延遲較大、容易引起積累誤差的軟件技術，來保證三相電 壓之間、三相電流之間、電流和電壓之間相位角的精確測量。
[0058]測試線接線方法如圖6、7所示，先接發送單元和接收單元的地線，再接一根3芯的 電流測試線，最后接4芯電壓測試線。接電流測試線的方法，首先根據電流大小，接電流測試 線到主機端"〇_2mA"或">2mA"量程檔上(>2mA檔標配為2-10mA)，再將另一端接計數器的上 端。接電壓測試線的方法，也是先接PT電壓發送機端，再接PT二次測試端。
[0059] 無線模塊選用微功率無線數傳模塊，采用高效FEC前向糾錯技術結合高性能的無 線射頻IC CC1020，以及與高速微處理器相結合。該無線通信模塊具有很強的抗干擾能力， 全透明傳輸，體積小，功耗低傳輸距離遠的特點，用時不需要任何編碼技術。無線模塊是通 過433M公共頻率，無需頻段申請。
[0060] 發送單元首先發一個同步命令，接收單元接收命令后，兩邊同時進行采集、FFT處 理，然后發送單元將處理好的數據發送給接收單元，接收單元將兩邊數據匯總，根據兩邊的 延時進行補償，然后對數據進行最終處理，結果發送給顯示器。
[0061] 無電壓方式下，不需使用PT發送機，軟件模擬電壓與電流之間的相角差。
【主權項】
1. 帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于包括發送單元和接收單元;發送 單元完成電網三相電壓信號采集，同時計算電網電壓幅值和相位角，通過有線或者無線方 式傳輸到接收單元，接收單元完成全泄漏電流采集以及接收發送單元發送的電網電壓幅 值、相位角信息，并把全泄漏電流相位角同接收到的電網電壓相位角加以比較求出其相位 差.并通過計算得到避雷器阻性泄漏電流;所述的發送單元的電壓回路并接于母線二次電 壓端子，電壓互感器將信號送到放大電路，AD轉換電路對接收的放大電路信號進行轉換，轉 換后的數據發送至CPU，CPU將運算結果信號發送到接收單元;所述的接收單元采用電流互 感器測量避雷器下端的電流信號，電流互感器將三相全泄漏電流信號送到放大電路、AD轉 換電路，AD轉換電路轉換后的數據經過CPU進行處理，得到最終的阻性泄漏電流。2. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于所述的電 流互感器穿心式電流互感器。3. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于所述的AD 轉換電路為高速AD轉換電路。4. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于所述的無 線傳輸選用微功率無線數傳模塊，采用FEC結合無線射頻IC CC1020,該無線通信模塊通過 433 M公共頻率傳輸。5. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于所述的發 送單元和接收單元均設有交流干擾抑制器。6. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀，其特征在于所述的接 收單元中，CPU連接有嵌入式工控機，嵌入式工控機連接液晶顯示器和鼠標鍵盤輸入端。7. 根據權利要求1所述的帶電測量氧化鋅避雷器的無線測試儀的檢測方法，其特征在 于包括下述步驟:發送單元首先發一個同步命令，接收單元接收命令后，兩邊同時進行采 集、F F T處理，然后發送單元將處理好的數據發送給接收單元，接收單元將兩邊數據匯 總，根據兩邊的延時進行補償，然后對數據進行最終處理，結果發送給顯示器。
【文檔編號】G01R19/25GK105929284SQ201610486043
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】岳程城, 董軍, 石峰, 郭嵐, 黃東偉, 陳晶陽, 裴玉杰, 高崴, 龔晨斌, 范希明, 穆景龍, 武英明, 曹慧杰, 徐建國, 臧雷默, 張鳴, 顧孟山, 李思民, 何江, 老永剛, 馬國海, 李天賜, 張佳巖, 李忠, 南洋, 郎東巖, 郝文峰, 任東霞, 張莉
【申請人】國網遼寧省電力有限公司撫順供電公司, 國家電網公司