全自动非线性电阻型消谐器测试系统的研究及应用

国网湖北省电力有限公司孝感供电公司 张 攀 张 茜 徐 康 郭 蕾 卢正中

在6～35kVPT 中性点不接地电网中，变电站母线上装有一次接线为YO 的电磁式电压互感器（以下简称PT），由于PT 一次线圈的X 端接地且铁芯易饱和，装有这种PT 的配电网会产生两种不利情况：在一定条件下会产生铁磁谐振，谐振过电压严重时可使弱绝缘设备损坏造成事故；电网间隙性接地或接地消失时产生的低频自由分量，使对地有通道的YO 接线PT 深度饱和，一次线圈通过安培级的涌流，使PT 熔丝熔断或PT炸损。运行经验证明，在PT 中性点与地之间串接非线性电阻型消谐器可有效防止PT 铁磁谐振，它具有消除PT 饱和谐振和限制涌流两种功能，同时又不影响PT 的正常运行，从而非线性电阻型消谐器的正常工作与否对电网运行安全至关重要[1]。

1 全自动非线性电阻型消谐器测试系统的应用价值

多年以来电力部门主要依靠摇绝缘或目测等手段测量电压互感器中性点用非线性电阻型消谐器的好坏，间接了解消谐器的状态，而非线性电阻型消谐器长期运行过程中会逐步老化影响正常动作。摇绝缘或目测既不能准确获取消谐器在运行过程中的状态，也不能确切反映消谐器的故障。该仪器完成后，将设备的各类健康信息及运行数据、试验数据等有效的结合起来，全面地对设备的健康状况进行评价、分析，为设备状态检修和潜在故障分析提供有力依据和合理分析的依据，在对电压互感器中性点用非线性电阻型消谐器无论是定检或预防性试验时，避免了目前无专业仪器进行试验，实现测试测试手段的自动化和专业化，提高了生产管理水平，确保电网安全生产运行。

2 全自动非线性电阻型消谐器测试系统工作中研究分析

2.1 实践依据

2.1.1 项目理论依据

通过使用高压取样信号隔离变换技术，提供了一种能检测非线性电阻型消谐器相关参数的测试装置，可用于检测非线性电阻型消谐器的正常工作与否。本仪器提供一种对消谐器进行工频电流电压参数进行校验的方法，仪器能实现自动检测非线性电阻型消谐器在0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA 各点时的伏安特性，这种方法既能对运行中的非线性电阻型消谐器潜在事故进行事先预测，也可对非线性电阻型消谐器安装前的设备检验提供手段和装置，克服现有技术存在的问题。使用该仪器后为非线性电阻型消谐器状态检修提供了最直接有效的数据，从而提高了设备的安全运行水平。

2.1.2 项目技术特点

由于消谐器是非线性器件，该项目的测试标准规定了六个测试点0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、10mA 来表示它的伏安特性，在每一个点的测试点通过逐次逼近的方式达到精确测量。本测试装置的工作原理根据欧姆定律来测量的，只要测出元件两端电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。

信号的取样和变换。测量电路模块主要是完成电流、电压的取样，然后送入信号隔离变换模块转换成标准的TTL 电平后送入测控单元的A/D 变换。测量电路模块是由半波整流二极管和取样电阻组成的取样电路，把电流信号转换成电压信号，依据取样电阻5.6k 可得知电压的输入范围为0～60V 输入，输出则为TTL 电平的0～5V，这也就是信号隔离变换模块的功能，TTL 电平就直接和A/D 输入端口连接进行AD 转换；测控单元也是测量和控制部分的简称，功能包括继电器的控制、PWM 电压的输出、TTl 输入信号的ADC 采集和显示部分间的通信。

信号隔离变换模块的功能是实现宽范围电压的输入、小范围的电压输出，也可说是信号的线性缩小。取样电路输出的电压信号根据测量负载决定其范围为0～60V，这么高的电压单片机没法直接采集、需对信号进行缩小，为保证信号一致性所以要求线性缩小，输出电压为0～5V 的TTL 电平就可直接和单片机直接连接进行信号采集；连续电压的输出。由于消谐器的非线性，其输出测量电压必须是一个连续可变高压电源，如0～3300V，这部分由电子调压器和升压变压器组成；测量过程中，取样信号的传输、抗干扰、隔离等对测量精度也很重要。

该项目采用信号隔离等技术，把高压信号转换成标准的TTL 电平信号送给单片机的A/D 采集端，经过内部的转换判断进一步调节PWM 的控制输出电压，形成一个闭环的控制方式以达到需要测量的要求。如一个样品的测量过程：PWM 输出一个很小的电压，经电子调压器和变压器把电压加在样品的两端，测控单元的ADC 采集端采集一个电压和电流的信号，比较采集回来的电流和要求测量电流的大小（比如要求0.3mA），若采集回来的电流比0.3mA 小则再增大PWM 的输出电压再采集，直到采集回来电流和0.3mA 很接近了，采集此时的样品两端电压也就是要得到的数据，完成数据的测量。

2.2 项目研发方案

根据研发的预期目标，结合工作的实际情况，改变非线性电阻型消谐器传统的试验等手段，实现变电站非线性电阻型消谐器安全状态检测和故障分析功能，达到设备管理规范化、信息化、科学性的目的。

2.3 设计原则

技术的先进性和成熟性。整台设备的设计立足于采用先进的、成熟可靠的、代表未来发展方向的主流技术，既能减小仪器设计过程中的技术风险，又能延长仪器的生命周期，使得项目投资得到最大的效益回报；系统的兼容性和扩展性。系统设计中充分考虑到与市面上所有非线性电阻型消谐器的兼容性和可扩展性，既要保证与所有非线性电阻型消谐器兼容，又要保证为仪器以后的发展留有适当的扩展空间，能以最小的代价来最大限度地满足技术和业务发展变化的需要；系统的可靠性和稳定性。主要体现在：硬件、软件选型本身的可靠性，系统测量的可靠性，系统需很强的抗干扰性能。

系统的经济性和实用性。实用性是系统的生命，在设计时要求采用各种技术方法和措施来保证其实用性。它体现在规划的合理性、使用的可靠性、功能的完善性、使用的方便性、人机界面的友好性等，总之，其要能够全方位深层次地满足试验的使用要求，以简单、方便、快捷、实用为原则。在重点考虑实用性地同时，也要考虑装置的经济性，系统的经济性体现在：系统设计采用适量余度；既要考虑装置成本，又要考虑以后的维护成本；延长系统的生命周期。

3 经济效益和社会效益

近年来电网污闪事故时有发生，使变电站供电线路部分或全部停电，造成巨大经济损失和社会影响。运行实践表明，通过对复合绝缘子在线检测可及时有效发现故障隐患绝缘子，及时退出运行，为电网的安全运行提供可靠的在线检测手段，提高电网企业社会声誉，同时也给电网带来明显的经济效益和社会效益[2-3]。

该项目完成后，将设备的各类健康信息及运行数据、试验数据等有效地结合起来，全面对设备的健康状况进行评价、分析，为设备状态检修和潜在故障分析提供有力依据和合理分析的依据，在对电压互感器中性点用非线性电阻型消谐器无论是定检或预防性试验时，避免了目前无专业仪器进行试验，实现测试手段的自动化和专业化，提高了生产管理水平，确保电网安全生产运行。

提高设备的安全运行水平。使用该仪器后，为非线性电阻型消谐器状态检修提供了最直接有效的数据，从而提高了设备的安全运行水平；提高了生产管理水平。在仪器研发的过程中，公司相关业务人员及检修人员参与到了项目的设计和业务梳理环节，将项目的原理和工作过程进行了整理，形成了企业自身的知识成果，提高了生产管理水平。

提高了企业的社会形象。仪器投入使用后，在非线性电阻型消谐器投运前的设备把关和状态检修领域及故障预防方面发挥了重要作用，提高了设备检修水平，为电网设备的安全运行提供了依据，给社会带来了巨大的收益。

综上，本研究在电磁式电压互感器用非线性电阻型消谐器的定检或预防性试验方面，解决了目前无专业仪器进行试验的难题，实现了测试手段的自动化和专业化，提高了生产管理水平。在非线性电阻型消谐器投运前的设备把关、状态检修领域及故障预防方面都能发挥重要作用，为电网设备的安全运行提供了依据，可带来巨大的经济效益和社会收益。