新型避雷器带电测试仪的研制

新型避雷器带电测试仪的研制+
陈韦贤K 2，周力行\王俏1
(1.长沙理工大学电气与信息工程学院，湖南长沙410000;
2.国网株洲供电公司，湖南株洲412000)
摘要：研制了一种新型避雷器带电测试仪，采用了全新的电压相位获取方式，直接 在母线上取得电压信号，无线传输给测试装置后转换为低压电信号，再输出到原有的避 雷器带电测试仪，完成避雷器带电测试仪阻性电流测试。

可以安全、准确、方便地进行避 雷器带电测试，避免了必须在PT 二次端子取电压的局限性，同时解决了相间干扰对测试
结果的影响。

关键词：
MOA ;阻性电流带电测试；电压相位；无线传输
中图分类号：TM 76文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2016)19~0M 1^05 DOI ： 10.16628/j . cnki . 2095-8188.2016.19.009
陈韦贤（1986—）， 男，主要从事电气 设备在线检测工 作。

Development of New Type Arrester Electrified Tester
CHEN Weixian1'1, ZHOU Lixing1, WANG Qiao1
(1. College of Electrical and Infomiation Engineering , Changsha University
of Science and Technology , Changsha 410000, China ;
2. State Grid Zhuzhou Power Supply Company , Zhuzhou 412000, China )
Abstract ： MOA resistive current on-line test needs to get voltage signal from the second terminal of voltage
transformer , so this method is dangerous because an improper operation will cause a short-cricuit in voltage transformer and even endanger personal safety . Therefore , in order to solve the above problems , a new arrester tester was developed.lt uses a new way to obtain voltage phase,gets voltage signal from the high voltage side of primaiy equipment and then sends it to the tester through wireless transmission to convert it to low voltage signal and then output to the original arrester tester to complete the resistance current testing . The device can finish arrester electrified test safely , accurately and conveniently . It can overcome the limitation that the voltage signal must be get from the second terminal of voltage transformer and can solve the effect of interphase interference on the test results effectively .
Key words ： MOA ； resistance current electrified tester ； voltage phase ； wireless transmission
〇引言
当今社会对电力的可靠性要求越来越高，氧
化锌避雷器（M 0A )作为一种重要的设备在电力 系统中运用非常广泛。

MOA 的运行状态对电力 系统的可靠运行有着至关重要的作用。

当前 MOA 检测的主要手段有：停电预防性试验、全电 流在线监测、全电流及阻性电流带电测试、红外热 *
成像测温等4种方法[w]。

现在各个供电公司大 部分都采用全电流及阻性电流带电测试。

现有的 避雷器带电测试仪全电流测试精度已经较高，但 电压量的获取还存在很多问题。

当前电压量获取
手段有从电压互感器（PT )二次侧获取和利用感 应板获取两种方式[47]。

从
PT 二次端子获取电
压的方法测试精度高、数据准确，但较为危险，稍 有不慎会造成PT 短路，引起大面积停电，甚至危
周力行(1967—)，男，教授，研究方向为电气设备状态监测及故障诊断。

王俏（1990—），男，主要从事电力设备状态在线监测。

*基金项目：国网株洲供电公司群众性科技项目（5216B
0135005)
—41
—
及人身安全。

近年来，发展的感应板测量方法使 用平板电容在避雷器底部附近测量电场相位，但 感应板受相间电场干扰大，测试精度无法满足 要求。

为此，本文研制了新型避雷器带电测试仪，既 避免了打开PT端子箱，又能在技术上消除周围 电场的干扰。

该仪器可用于所有避雷器带电测试 的场合，极大地降低测量的风险，同时还能大幅提 高测量精度。

1装置的工作原理及设计
避雷器电压相位获取关键是将数万伏的高压 信号转换为仪器需要的低压信号。

仪器借鉴无线 核相仪的原理[8]，将高压信号转换为无线数字信 号，再设计接收装置，将无线的电压相位数字信号 接收转换为模拟信号，输入常规的避雷器带电测 试仪，完成测试。

一般试验班组均有无线核相仪。

本文利用核相仪的高压检测头测定母线电压相 位，该信号无线发射给无线接收转换装置，将核相 仪高压头的电压相位信号转换为原有的普通避雷 器带电测试仪能识别的对应模拟信号，输入原有 的避雷器带电测试仪。

1.1电压转换装置结构及工作原理
装置结构如图1所示。

图1装置工作原理图
主要包括电源模块、无线模块、单片机核心、负压产生模块、DAC模块以及波形放大模块等部 分。

其基本原理是：+9 V电压经过电源模块后变 成稳定、低纹波系数的+5 V电压，用于整个系统 供电，同时经过负压模块变成-9V电压作为放 大器的负电源电压。

无线模块的数据引脚接在单 片机的中断引脚上，当无线模块接收到数据时触 发单片机中断，单片机立即通过控制DAC模块输 —42 —出相应的正弦波，但此正弦波含有较大的直流分
量，而且带负载的能力较弱，因此经过整形放大模 块后得到相应的大约有效值为50 V的交流正弦 波;整形放大模块主要由运算放大器和升压变压
器构成;相位调节模块用于调节产生的正弦波的
相位，控制输出模块由单片机控制，单片机收到由
无线模块发出的信号后才根据开关选择的模式控 制波形输出电路的接通。

电源模块采用整个系统由+ 9 V直流电供 电，但单片机以及无线通信模块均不能在此电压
下工作，因此要通过电压转换得到相应的工作电
压。

选用三端线性稳压集成电路LM7805作为电 源芯片，采用两个LM7805供电，一个给单片机及 其他部分供电，一个单独给无线通信模块供电。

无 线通信模块采用RXB8模块，其接收灵敏度达到 -114 dBm;工作频率为 315 MHz或 433. 92 MHz;电源电压输入范围为3〜5.5 V;低电源功耗为 5.0 V/9. 6 mA;持续数据速率至2.4kbps的（曼彻 斯特编码）;具有良好的选择性和杂散辐射抑制能 力;工作的温度范围为-30〜85 °C。

相位调节模 块用于调节波形产生电路产生的正弦波相位，由一
个粗调电位器、一个细调电位器、一个按钮及两个 开关构成。

粗调电位器为多圈电位器，用于粗调波 形开始的相位，细调电位器为普通密封电位器，用 于细调波形开始的相位。

单片机采用AVR系列的 ATmega8单片机，ATmega8是一款采用低功耗
CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片 机，其可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速 度比普通CISC单片机高出10倍。

负压模块采用 MC34063芯片，芯片本身包含了 DC/DC变换器所 需要的主要功能的单片控制电路。

它由具有温度 自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比 可控的振荡器，R-S触发器和大电流输出开关电路 等组成。

该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC/DC变换器仅 用少量的外部元器件。

DAC模块采用10位DAC 芯片TLC5615，是具有串行接口的数模转换器，输 出为电压型，最大输出电压是基准电压值的2倍。

整形放大电路主要由运算放大器LM358、功率放大 器TDA2030以及升压变压器组成，主要用于对 DAC中转换芯片TLC5615输出的正弦波进行放
大。

由于单片机只有在无线接收模块接收到信号
的情况下才输出正弦电压，而在平常无线接收模块 没有接收到信号时单片机没有输出，因此在 TDA2030的输出端到升压变压器之间加入继电器，
只有在无线模块接收到信号时单片机控制波形产 生电路产生正弦电压才接通继电器，否则不接通继 电器，从而有效地避免了在无线模块未接收到信号 时引发的短路。

单片机通过三极管控制继电器的 通合，进而控制变压器的接入与退出。

1.2程序设计
使用单片机INTO中断接收无线接收模块的 信号;使用定时器T1对无线接收模块进行判定，若不符合条件，则不产生波形;使用定时器TO定 时向TLC5615输出相应的正弦电压的10位二进 制数字值。

由于对无线模块接收信号的判断以及 输出数字信号到ADC转换器主要在中断中进行，因此在主程序中主要进行AD转换，采集相位调 整旋钮的依稀量，进而计算得到相位调整的角度。

其流程如图2所示。

图2主程序流程图
在外部中断〇中对无线接收模块接收的信号 进行判断:若符合条件，则输出正弦波形的数字信 号并接通继电器;若不符合条件，则进行等待状 态。

在进入中断后，首先启动定时器1，然后判断 是否接收到连续50 H z的信号:若是，则初始化定 时器〇，置标志位，取相位的偏移量，接通继电器，连续输出正弦电压的数字量;若不是，则关定时 器，清标志位，关继电器，不输出正弦电压的数字 量。

其程序流程如图3所示。

图3外部中断0的程序流程
当定时器1溢出中断时，则表明后面没有再 进入外部中断INTO，即无线接收模块没有持续有 效的信号，此时单片机清标志位、清缓存、关定时 器、关继电器、进入等待状态，直至无线接收模块 再次接收到信号。

1.3电压相位获取装置整体实现
将上述各个模块整合，利用原理图采用Protel DXP绘制了整个电路的原理图，如图4所示。

2装置接线及现场测试分析
2.1新型避雷器带电测试仪接线
整套新型避雷器带电测试仪由电压信号发射
—
43 —
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电压相位
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常规避雷器测试仪
图5新型避雷器带电测试仪接线
站，测试位置502,环境温度为16 °C，湿度为 43%，电流单位为mA，试验报告结果如下：
(1)测试条件为接PT测试仪。

MOA阻性电 流测试仪hs4001为保定恒信达电气有限公司产 品，测试条件如表1所示。

表1保定恒信达测试条件
相别夹角/(〇)
P/W A0.5120.0970.71082.6 4.5
B0.5070.0900.70883.1 4.2
C0.5010.0830.70083.6 3.8
(2)接新装置测试。

MOA阻性电流测试仪hs4001保定恒信达接新装置测试如表2所〇
表2接新装置测试
相别夹角/(°)
P/W A0.4910.1230.68280.2 4.5
B0.5020.0940.70382.8 3.5
C0.4990.0820.69883.6 3.0
(3)接PT测试。

MOA带电测试仪12100为保定力兴电子设备有限公司产品。

接PT测试如 表3所示。

表3接P T测试
相别夹角/(°)
P/W A0.4890.1100.68181.2 5.2
B0.5000.1100.69881.5 5.1
C0.4970.1080.69381.6 5.1
(4)接新装置测试。

MOA带电测试仪L2100为保定力兴产品。

接新装置测试如表4所
〇
表4接新装置测试
相别夹角/(〇)
P/W A0.4870.0880.68283.0 3.2
B0.4990.1070.69781.7 4.0
C0.4970.1080.69281.6 4.0
试验结果分析:试验结果满足GDW1168— 2013《国家电网公司输变电设备状态检修试验规 程》，使用新型避雷器带电测试仪所测得的结果
与老方法从PT二次端取电压结果相近，误差在
可接受范围内。

但该新型装置无需接触PT二次
端子，发生人身设备事故的概率大大降低，测试安
全性高、效益明显。

3 结语
(I)采用类似无线核相仪的原理，直接从母 线获取电压相位信号，通过无线信号传输给地面
电压转换装置，转换成原有测试仪需要的电压参
考信号，并进行抗干扰处理，避免了接触PT端子
箱和相邻强电场干扰。

⑵研发的装置体积小巧、携带方便;制造成本
低，能代替感应板或者上百米的抗干扰同轴电缆。

(3)测试精度满足要求。

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收稿日期：2015 -02 -13
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避雷器计数
器。