数字化全量程CT在避雷器监测上的应用分析

2019-05-08王泽朗

通信电源技术 2019年4期

毛兴，何彪，王泽朗

（南方电网曲靖供电局，云南曲靖 655000）

0 引言

氧化锌避雷器监测系统简写为MOA，在当今国家电网建设中一直发挥着重要作用。但是，MOA长期暴露在户外，会受到雷电冲击，导致其在使用过程中出现严重老化的现象。为了能够延长氧化锌避雷器监测系统的使用寿命，研制一款穿心式微小电流智能互感器显得尤为重要。此类智能型互感器能够在测量电气绝缘强度的过程中发挥重要作用。

1 研究背景

虽然氧化锌避雷器监测系统在电网建设过程中发挥了作用，但是在使用过程中经常因接触雷电而受到损坏，并且经常出现老化现象。因此，多数氧化锌避雷器监测系统的使用寿命较短。由此看来，需要将一类智能线圈加入到氧化锌避雷器内部，只有这样才能提高氧化锌避雷器的质量。但是，单一的互感器不能够充分发挥作用，必须将两个互感器结合才能发挥更大的作用。

2 零磁通电流互感器和罗氏线圈概述

2.1 零磁通电流互感器

零磁通电流互感器常应用于氧化锌避雷器，但其内部的铁心不存在磁性，只有将一个互感器叠加在主互感器上，才能在使用过程中提供反电动势[1]。只有在这样的环境下，才能在不需要主互感器提供磁通的基础上全面提供电动势，实现零磁通。此方案经常被称为电动势零磁通补偿，最大的优势是在不存在外部电动势的基础上能够实现电动势全面补偿。本文所设计的电流互感器已经达到了0.2级别的精度，电流值为10 μA。

2.2 罗氏线圈

导线在具有非磁性材料的骨架上绕成一个线圈，就是常见的罗氏线圈。这种线圈不仅重量非常轻，而且结构简单，使用过程中不会存在磁饱和的现象，且输出功率较低。到目前为止，罗氏线圈已经成为在不同场合都能使用的敏感器件。本文将罗氏线圈和零磁通电流互感器相互结合，共同操作，并将精度确定为0.4级。

2.3 两个线圈相结合

如果单一运用某一个线圈不能够发挥相应作用，只有将零磁通技术和罗氏线圈相结合，才能达到最佳效果。值得注意的是，一定要将两个线圈设计在同一个金属壳体内部，充分运用内部的ARM7和CPU部件进行采集和传输。通过这样一个过程的加工，往往能够形成新型数字化电流互感器。此时，两个相互融合的传感器可以从外部接入电源管理模块，与数据处理模块和气象处理模块合并后，将相关数据传输到服务器内部[2]，而用户可以通过服务器中的相关上位机软件访问网站。最常见的罗氏线圈结构如图1所示。

3 系统框架结构

图1全面显示了氧化锌避雷器的整体结构。整个系统主要由电流互感器、数据单元、气象模块和其他主要部分组成，全程采用数字化手段实现全面控制，有效采集与MOA回路相关的电流信号。内部存在的CPU系统可以在运作过程中有效采用傅里叶变换算法，全面分析系统内部的220kV和500kV高压电路。

图1 罗氏线圈主要结构

整个框架系统包括冲击电流峰值、冲击类型、冲击次数和各种类型的数据。这些数据可以经过总线结构到达规定的数据单元内部，能够提高氧化锌避雷器运行的安全性和可靠性。内部单晶硅太阳能面板与锂电池相互结合后，能在运行过程中发挥更大的作用。另外，需要根据系统内部结构合理配置太阳能面板的功率，并及时调整锂电池的容量，使系统永远保持一个较好的工作状态。

4 无源零磁通电流互感器的原理

实际操作过程中，通过采用分路短路的原理可以有效补偿比差和角差。如果磁分路铁内部的截面积显著加大，那么短路的匝数会随之增多，短路匝中的负荷也会增大，所有的磁分短路匝在使用的过程中就会形成一个辅助电流互感器。感应电动势能与铁芯内部有着密切关系。通过分析电动势和磁通之间的关系可以得出如下结论：如果电动势能在一瞬间降低到零点，则磁铁内部的铁芯值为零，达到零磁通状态。

互感器在使用过程中不会产生诸多误差，全面辅助线圈，保证处于主要地位的线圈不会产生任何损耗，从而提高测量精度。次级和初级的电流比值与额定电流相同，但内部相位约有180°的误差。从实际发展过程来看，次级电流能够在第一时间反映电流的大小和位置。

5 罗氏线圈原理

罗氏线圈中输出电压与被测电流的变化率为：

其中，M表示感应过程中电压和被测电流之间的比例系数，i表示被测电流。罗氏线圈运作过程中可以先经过输出信号到达顶峰值，再获取采样电路。而冲击电流产生的信号会直接传送MCU值，并计算冲击电流在使用过程中的最高值。经系统验证，1～150kA的8/20 μs冲击波的精确度能够达到0.5级。

6 一体化结构的优势

将零磁通线圈和罗氏线圈结合后，通过Cortex-M3全面处理CPU信息，并全面输出信号，保证整个系统安全运行[3]。从外观来看，整个外壳由不锈钢材质组成，表面做喷塑处理，内部融入环氧树脂进行灌封处理，能够满足系统监测的需求。如果将零磁通线圈和罗氏线圈充分结合后，一体化结构将具有如下优势：第一，在规定的测量范围内，线段可塑性较好，输出信号的形状不会发生较大改变；第二，输出信号之间的比值差较小，内部差值较为稳定，所有的数值都不会随着温度的变化而不断变化；第三，所有线圈输出信号的电磁兼容性较好。