高压避雷器微机在线监测装置的研制与实践.pdf

f 一 7 | 高压避雷器微 机在线监测装 置 的研制与实践 德兴铜矿刘发明徐贞华李显华 ／ ／ ／／／ 。 f ， i一- L 【 摘 要 】 介 绍 一 种 使 用 8 。 3 1 单 片 微 机 避 吾 ； ； 装 置 。 该 系 统 及 时 堡 缸／ ／ 糕 堡 纵 饥1／ 丹 誓 ， ． 自 动 显 示 劣 化 避 THE DEVEL0lPM置NT AND PRACTI CE 0F HI GH VOLTAGE LI GHTNI NG ARRES TER ON LI E M ONI T ORI NG DEⅥ CES De x i C o p p e r M i n e Li u F a mi n g Xu Zh e n hu a Li Xi ml h u a 【 A B s T A c r 】A h i g h v o lt a g e l ig h t n i n g a r r e s t e r o n li n e m o n i t o r i n g d e v i c e s t h a t c o n t r o l l e d b y 8 0 3 1 s i n gl ec h i p c o mp u t e r is i n t r o d u c e d i n t h i s a r t i c l e Th i s s y s t y e m c a n a n a l y s e t h e c h a n g e s o f l e a k a g e a c t i v e c u r r e n t o f l i g h t n i n g a t t e s t e r i n t i me t o j u d g e wh e t h e r t h e l l g h m i n g a t t est e r i s age i n g．I f a l i g h mi n g a t t e s t e r i s ag e i n g，t h e s y s t e m wi l l a l a r m a u t o ma t i c a l l y t h e n s h o w t h e p o s i t i o n o f a g e i n g a t t e s t e r ， s o t h e ag e i n g a r r est e r wi l l b e r e p l a c e d i n t i me ． KEY WORDS Li g h t n i ng a n e s t e r Si ng l e c h i p c o mp u t e r Onl i n e mo n i t o r 一 [ n g 1 前言 变电站及输电线路的防雷系统是整个电 力系统非常重要 的组成部分 ，在 电力系统 中，大量使用高压避雷器 ，以防止雷击大气 过电压 ，同时也可限制电力系统的操作过电 压 ，对变压器、开关设备、母线等电气设备 起到保护作用。德兴铜矿电力网地处山区， 地理环境复杂，又是多雷 区，在 6 ～3 5 k V 中性点非有效接地系统中 ，每年有多次固避 雷器被击穿炸裂引起 的单相接地故障。在 l 1 0 2 2 0 k V中性点直接接地系统中，如果 避雷器失效，将引起单相或相间短路故障， 造成严重的设备损坏与大面积停电，影响生 产。 目前在现场试验中，只靠年检进行一次 避雷器检验，即使是在年检 中合格的避雷 器，运行中也有可能发生击穿损坏。德兴铜 矿电阿在雷雨季节中，每年都有多次 6 k V、 3 5 k V避雷器击穿炸裂 ，造成停电停产。如 1 9 9 7 年 7月 2 8日雷击 中，由于 3 5 k ＼ 避雷 器失效 ，致使大山 2 2 0 k V变电站 2 主变压 器 9 0 0 o 0 k V A3 5 k v 侧 线圈对地 击穿 ， 造 成 了 巨 大 损 失。特 别 是 目前 对 矿 山 l l O k V、2 2 0 k V系统的避雷器现场试验手段 有限，甚至是无法进行试验 如对 2 2 0 k V ， 其运行状态无法预测。所以，如果能在运行 中对较为重要的避雷器 如主变母线避雷器 和 l l O k V、2 2 0 k V避雷器进行动态监视 ， 尽早发现劣化的避雷器 ，将对本矿的电网运 行的稳定性 、安全性有极 其重要的意义 2 监测机理及算法 2 ． 1 监测仪用 电流变换器的特殊结构 采集避雷器泄漏电流的电流变换器结构 如图 1 ，其中 L 、L 2 为避雷器接地端的一 高压避雷器箍杌在线监弼装置的研髓与实践一刘发明等 邮编 3 3 4 2 2 4 维普资讯 次绕组 ，w 为工作侧绕组，在其引出端并 接两只反向的稳压管，用来起限幅作用。但 如果单独采用并接稳压管的方法，还不能满 足避雷器放电时互感器二次侧的输出电压在 监测仪安全工作电压范围的要求。为此在导 磁回路上绕制了两组短路绕组 w2 、w3 。两 绕 组的一 端是 直接 连接 ，另一端 由两 只反 向 串联 的稳 压管连接 在一起 。这样 的泄漏 电流 很小时 ，w2 、w3的感应 电压很低 ，z - 、 不被击穿，短路绕组不起作用 ，仅有工作绕 组 w 感应 电压。当避雷器放电时 ，z I 、z 2 被击穿 ，短路绕组投入使用，由于其感应电 流产生的磁通是 与 L l 、 绕组相反的，因 此合理的选择 w2 、 w3的绕组匝数能使两 者 的磁通接近抵消 ，所 以 w 。 感应 的 电压 就 会变得近似为零 。 }f 鬟二 二 圈 1 电流变换器结构圈 2 ． 2 监测仪程序的算法 监测仪的数据采样频率定 为 5 m s 采集 一 次 ，一次采集 6个数据，3 个 电压，3 个 电流数据。这样做的 目的是因为每次采集间 隔均为工频周期的 1 ／ 4 ，即为两次采样的相 角差为 ／ 2 ，便于以后计算电流、电压的有 效值及功率因数。电流、电压数值与相角的 计算方法采用两点乘积法。 以电流为例 ，设 l l 、I 2 分别为相隔 ／ 2 的采样时刻 t 1 、t 2 的采样值，则有 c E - t 1 一t z r r ／ 2 其中叫 一角频率。 设输人为正弦量 ，则 I t l q 4 2 l s i n o J t l o Lo i l s i r l l 1 l 2 l t z √ 2 l s i n o J t 1 a 0 I 9 0 √ 2 l s i n a I I 9 0 把 I c o s l J 2 式 中rl I I O t l o Lo I l 为电流的有效值 ；n 为 n 0 时的电流 相角，由 1 式的平方加上 2 式的平方可 得 2 1 l t ， 0 3 由 1 式 比上 2 式可得 t g t t l l 1 1 ／ I 2 4 由 3 、 4 式 可 知 如 知 道 两 个 相 隔 9 O 的电流瞬时值 ，就可计算 出该 电流的有 效值与相位 ，同样计算出电压的相角与有效 值，这样就可计算出泄漏电流的有功分量。 3系统 设 计 3 1 硬件设计 监测仪以 8 0 3 1 作为主处理器，配置一 片 A D 5 7 4作为数模转换。因为一 组避雷器 有三只，因此在 A D转换前必须有一路转换 开关 ，配置四位 L E D显示器轮显每路泄漏 电流 ，另配置一继电器作为远程信号给 主控 室，硬件构成方框图如图 2 。 图 2硬件 构成 方框 图 由于泄漏电流的测量是连续的，平时避 雷器泄漏 电流很小 ，在 电流变换器 的二次端 感应的电压也很低 ，但是测量时可能发生避 雷器放电的情况 ，这时避雷器的放电电流可 达几十千安 ，若不采取措拖 ，电流变换器的 二次端将感应出很高的电压 ，立刻就能造成 监测仪的损坏 ，因此必须设计出一仅在小电 流情况有较高测量精度 ，在避雷器放电大电 流的情况下限制二次感应电压 ，保证监测仪 有色矿山 1 9 9 9 增刊 维普资讯 安全工作的电流变换器。 3 ． 2 软件设计 本系统监控程序主要由主程序、中断程 序组成 ，系统程序采用了结构化模块程序设 计，部分程序框图如图 3 所示。 生I 呈 卑框哪 中 聍 序 哐 阻 l开 始 工 蓐娩初帕化 计算滑一电渡 的肓功丹量 4 应用情况与效果 本监测仪已在德兴铜矿电力系统中得到 了广泛应用，效果 良好。运行情况表明，该 仪器能有效地反映高压避雷器 的运行状况， 及时发现避雷器 的一些缺 陷。该 仪器 的运行 对系统无任何副作用，对提高电力系统运行 的安全水平具有很高的经济价值。 5 结束语 1 目前必须对高压避雷器特别是氧化 锌避雷器进行在线监测，以减少事故的发 生。 2 从测量的角度和氧化锌避雷器事故 原因看，监测避雷器运行的泄漏电流能有效 地反映其运行状况。 3 该在线监测仪可以实时监测高压避 雷器运行的泄漏 电流，记 录避雷器动作 次 数，留有串行通讯 口，可与变电站中计算机 监控网络相连 ，实行全 自动监测。 上接第 3 4页 况见表 3 。 裹 3 投产以来的实际粗砂产宰 ％ 年份 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 粗砂产率 7 l 3 1 5 1 5 5 1 6 5 2 O 2 0 ． 4 由于前期欠产较多，造成用于堆坝的粗 砂量缺口达 1 0 0 万 t ，而且 目前粗砂 中一0 0 7 4 m m古量较高 ，未达到设计要求 设计 要求 ≤ 1 5 9 6 ，实际1 7 9 6 ，这严重影响 了4 矿库 中后期的安全正 常运行 ，为进一 步提高旋流器分级效果建议如下 1 进一步提高职工素质，严格执行旋 流器技术操作规程 ，以保证旋 流器分级的最 佳工作条件。 2 选矿厂严格 控 制 尾 矿 中一0 ． 0 7 4 n Ⅱ n 含量在设计范围之内，努力提高尾矿浓 度 ，并确保生产均衡稳定。 3 国产 I M6 O m m水力旋流器分级效 果差 ，易损坏 ，建议改进。 4 如坝轴线较长 ，分布在坝面的二段 旋流器的给矿压力、给矿量不稳定 ，可 采 用 4台为一组进行分组安装 ，这样旋流分级 效果会更好 。 高压避雷器徽机在线益铡装置的研制与宴践刘发明等 邮蝙 4 2 2 4 罢喜 维普资讯