泄漏电流法（精选八篇）
泄漏电流法 篇1
金属氧化物避雷器 ( 以下简称MOA) 具有无间隙、无续流等优异的技术性能逐渐取代其他类型避雷器, 在电力系统中得到广泛的应用。MOA的泄漏电流是表征其性能的重要参数, 施加0. 75U1 m A时要求它不大于50 μA[1]。随着运行时间的增长, 其MOA泄漏电流值临界于规程值, 不能作出准确的判断。现场影响泄漏电流试验的因素较多, 尤其是500 k V变电站, 每相MOA一般都有3 节, 试验时其顶部往往接地, 故现场单节泄漏电流的测量值大于实际值, 给试验数据的准确判断带来困难。在现场试验中, 采用常规的试验方法, 登高作业次数较多, 给试验增加了不安全性。本文以500 k V变电站MOA的预防性试验为例, 分析影响泄漏电流测量的因素, 对现场测量方法进行研究, 提出了在试验时用屏蔽线进行MOA试验的俗称屏蔽法的试验方法, 以减小测量误差及工作量。
1 影响泄漏电流试验的因素
1. 1 高压引线的影响
在图1 接线中, 高压引线及高压输出端均暴露在空气中, 其对地、对绝缘支撑物和临近设备等均有一定的杂散电流、泄漏电流流过。
I0: 试品内部泄漏电流I1: 高压引线对地杂散电流I2: 屏蔽线对地杂散电流I3: 高压引线及高压端通过空气对地杂散电流I4: 高压引线对临近设备的杂散电流I5: 设备外壳表面对地的泄漏电流
通过图1 可以看出, 在不同位置时流过微安表的电流分别是:
现场的试验过程中, PA 1 位置微安表接于高压端, 使用屏蔽线将高压引线的泄漏电流屏蔽, 误差较小; PA 2 位置误差最大, 且不容易屏蔽, 一般不使用此试验接线; PA 3 位置, 杂散电流I1、I2、I3、I4不通过微安表, 且I5可以通过磁套清洁消除, 误差最小, 现场试验中通常采用此接线。
1. 2 温度对泄漏电流的影响
温度对泄漏电流测量结果影响较大。温度升高, 绝缘电阻下降, 泄漏电流增大, 不同材质、不同结构的试品其变化特性不同。对于不同温度下测量的泄漏电流值进行比较时, 要考虑温度的影响。
1. 3 残余电荷的影响
MOA绝缘中的残余电荷是否放尽, 直接影响泄漏电流的数值。当残余电荷极性与直流输出电压同极性时, 泄漏电流有偏小的误差; 极性相反时, 有偏大的误差。因此泄漏电流试验前和重复试验时, 均需要对被试品进行充分放电[2,3]。
2 常规试验方法及误差
I1: 上节泄漏电流I2: 上节磁套泄漏电流I3:中、下节泄漏电流I4: 中、下节磁套泄漏电流
图2 为3 节MOA上节泄漏电流常规试验接线, 由于上节顶部接地, 只能采取上节底部加压, 微安表接直流发生器高压输出端, 高压引线加屏蔽的测量方法。设微安表的读数为I0, 则:
因此, 按图2 接线的泄漏电流相对误差为:
式中I2、I4可以通过清洁磁套排除, 故引起测量误差主要是I3, 因此△I = I3/ I1, 现分两种情况来分析测量误差△I。
1) U1 m A下泄漏电流测量时, 外施电压U试=U1 m A ( 6) , 中、下节MOA上的电压分别为0. 5U1 m A, 因MOA的非线性, I3﹤ 50 μA, 而这时微安表读数I0 为1 000 μA, 故上节泄漏电流I1≈I0= 1 000 μA, 其相对误差 △I ﹤ 5% , 可忽略不计。
2) 0. 75 U1 m A下泄漏电流测量时, U试= 0. 75U1m A ( 7) , 上、中、下3 节MOA上的电压分别为0. 75 U1 m A、0. 375 U1 m A、0. 375 U1 m A, 3 节MOA的泄漏电流都比较小, 根据MOA的非线性曲线[4], 中下节引起的误差就不能忽略[5]。
中、下节试验时将微安表接在图1 中PA 3 的位置, 微安表只读取本节的泄漏电流, 采用屏蔽线可消除本节磁套产生的泄漏电流, 误差较小。
3 屏蔽法试验接线及误差分析
AB、CD为带屏蔽层是高压试验线, 其中B、D为高压试验线的芯线
屏蔽法试验接线如图3 所示, 上节MOA试验时, B线接在直流发生器高压输出端, A、C、D线同时接于屏蔽层, 由于高压输出B与屏蔽D点为等电位, 这样对于中节避雷器而言是无电位差, 所以不论是避雷器本体还是瓷套表面均无泄漏电流。对于下节, 瓷套表面的泄漏电流和下节避雷器本体的泄漏电流分别从C点和D点进入屏蔽层而不会进入B点的测量回路。这样中节MOA无泄漏电流, 下节MOA泄漏电流I3 流入屏蔽层, 消除了中、下节MOA泄漏电流带来的影响, 误差比常规试验误差小。
中节MOA试验时, B线接在直流发生器高压输出端, A线接在屏蔽层, D、C线分别接在低压微安表的正负极 ( 可以用带微安档的万用表代替) , 此时微安表的读数为中节MOA的泄漏电流, 消除了上、下节MOA泄漏电流的影响。
下节MOA试验时, D线接在直流发生器高压输出端, A、B、C线同时接于屏蔽层, 这样中节MOA无泄漏电流, 上节MOA泄漏电流I1 流入屏蔽层, 消除了上、中节MOA泄漏电流带来的影响。
通过实验数据可知, 采用屏蔽法试验, U1 m A值变化不大; 上节MOA的泄漏电流采用屏蔽法试验, 排除了中、下节MOA的影响, 泄漏电流值比常规法小了很多, 给试验判断提供了很好的依据。同时在现场试验中, 采用AB、CD做试验加压线, 在现场试验时只需要一次性接好MOA端, 在地面进行试验接线的变换, 跟常规法对比减少了高空作业的次数及现场实际工作量。
4 结束语
MOA已成为电力系统中不可缺少的设备, 其健康状态对系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。但随着MOA运行时间的增长, 部分MOA的泄漏电流已经接近规程临界值, 用常规法试验容易造成误判。本文提出屏蔽法对MOA进行试验, 并运用于宣威电厂MOA的试验中, 通过试验数据及现场工作量分析, 认为屏蔽法是一种有效的。
参考文献
[1]Q/CSG 1 0007-2004.电力设备预防性试验规程[S].
[2]李建明.高压电气设备试验方法[M].中国电力出版社, 2001.
[3]陈天翔, 王寅仲.电气试验[M].中国电力出版社, 2005.
[4]杨保初, 刘晓波, 戴玉松.高电压技术[M].重庆大学出版社, 2002.
泄漏电流法 篇2
随着科技的不断发展，金属氧化锌避雷器逐步取代传统的碳化硅避雷器，成为用户的首选，但避雷器始终存在泄漏电流超标问题，是业界始终关注的焦点之一。本文主要针对避雷器泄漏电流产生的原因及预防措施进行研究，分析其具体成因，阐明在线监测具体方法，为推动相关领域实践发展做出有益的理论尝试。
1、避雷器的主要特点分析
当前，金属氧化锌避雷器成为业界应用首选，具有较大的防雷优势，其主要特点如下：
（1）因其非线性伏安特性较好，保护功能较为优越；
（2）造价低廉、体积较小，比较适合大规模生产；
（3）具有较好的耐污秽特征；
（4）没有续流，能够经受多重雷击，保护功能强大。
2、影响避雷器泄漏电流大小的成因分析
避雷器泄漏电流是衡量整个设备绝缘性能的重要指标，因阻性电流较小，外界干扰因素影响较大，进而影响整个测试结果，导致出现误差。
（1）温度影响。温度升高则泄漏电流的测量数据就会增大，实验证明，温度每升高10℃，电流测量值会增加0.6倍。所以，为保证数据的真实有效，必须在同等温度条件下进行分析。
（2）湿度影响。温度与泄漏电流测量值呈正比，在特殊天气条件下，避雷器外套的泄漏电流会以几十倍的数据增加。因而，测量必须要确保环境温度不超过80%。
（3）污秽影响。避雷器表面污秽会影响电压分布，导致测量数值增大，从实际测量结果来看，污秽对避雷器表面泄漏电流测试数据有着直接的影响，随着污秽程度的变化而变化。
（4）均压环影响。通过对境外压环安装前后电流数据的测量来看，发现阻性电流数据整体比出厂时偏大，说明均压环对测试数据存在影响。当均压环没有保持水平状态时，测试泄漏电流数据会随之增大。
（5）高压连接导线影响。高压导线始终裸露在空气中，表面场强超过20kV/cm时，其周边空气会发生电离作用，影响测量结果的准确度和真实性。因而要根据实际需求，适度使用屏蔽线。
（6）谐波含量影响。谐波含量主要以幅值和相位对泄漏电流测量数据产生影响，对相应原理制造的仪器影响更为明显，而处于不同谐波状态的测量数值，其结果反着很大，而阻性电流一般情况下，受谐波影响较小。通常情况下，在时行实测时，尽量选择阻性电流峰值前提。
（7）电磁场影响。从实际测量情况来看，电磁场对测试数据有较大的影响，处于电磁场较强的环境下，总电流和电压夹角变化较大，此时峰值数据不能够很好的反映避雷器的整体质量，容易造成结果数据不准。
3、避雷器泄漏电流超标具体原因分析
3.1外部影响因素分析
为降低各种影响因素带来的测量误差，如果测试数据存在超标现象时，通常情况下，选择连续测量的方式，对同一避雷器进行反复测量；如果实验数据表明泄露电流始终超标，说明避雷器自身存在质量问题，反之则无质量问题，而是外界因素造成的数据变化。预防外界干扰因素的排除措施：（1）清除避雷器表面污秽，风干至正常水平；（2）与高压线路断开，防止电磁场及谐波影响测量数据；（3）均压环必须要始终保持水平状态；（4）测试环境湿度不能超过80%；（5）避雷器及高压引线夹角保持在90°左右。
3.2进行解体分析
当干扰因素被最大限度排除之后，仍然存在超标现象，就必须在复测时，对整个避雷器进行解体分析，以便于掌握干扰源。（1）将避雷器金属封盖打开，查看有无放电痕迹或受潮现象；（2）拆开绝缘外套，看密封是否保持在良好状态，绝缘外套是否存在损坏情况，装配工艺是否合理等；（3）在稳定的湿度和温度环境条件下，逐个电阻片进行测量，得到相应的泄漏电流数据。将厂家提供的标准值与实际测量值进行对比，能够得到真实的性能数据，从而准确判断其泄漏电流是否存在超标现象。
4、避雷器泄漏电流情况在线监测情况分析
4.1避雷器泄漏电流监测方法选择
通常情况下，避雷器的泄漏电流主要有在线和离线两种测量方式，国内传统测量方法一般需要停电之后进行检测，存在较大的缺陷。如运行电压与实测电压不符、间隔期避雷器恶化无法发现等；针对传统测量方式存在的弊端，发明不停电前提下的测试方法，即为在线监测，该测量方法能够有效、实时掌握避雷器运行状态，有效掌握监测数据。
4.2常用在线监测方法选择
（1）总泄漏数据监测法。主要是通过对接地引线进行测量，以泄漏电流值来确定阻性电流大小。存在不足灵敏度较差，对处于老化早期的避雷器反映不够灵敏，相对适用处于受潮劣化状态的判断。
（2）测阻性补偿法。主要测试原理是排队容性电流干扰，从而获取阻性原流数据。通过在测试中，适度引入补偿信号，进行相应处理后，将其实测数据与泄漏电流数据相减，得到阻性分量数据。缺点是易受谐波影响，使测量结果产生一定的误差。
（3）基次谐波法。该方法假设阻性其波电流为定值，选择数字滤波方式加以分析，获取基波数据，分解阻性电流，得到相应的数据。具体测量方法：通过PT方式获取电压信号，使用CT钳联接地线，得到避雷器泄漏电流基波值，主要缺点电网电压的高次谐波影响较大，会对整个测试结果产生极大的误差。
（4）三次谐波法。此方法也称零序电流法，主要优势在于操作方法简便易行。测试原理主要是从总电流当中，提取三次谐波阻性电流做为检测样本，对比即可得到相应的结果。缺点是准确性不高，对于避雷器存在问题位置判断不清，当电压信号存在三次谐波时，通过测量方式获取的电流值也会存在三次谐波。因此，难以准确判断发生故障相位。
5、结语
避雷器的主要功能是能够有效防止电力系统过压现象，保证整个设备体系正常运行。实践分析，避雷器的基本性能对整个系统的安全运行有着直接的影响。当泄漏电流处于超标状态时，极容易出现击穿损坏故障，影响设备的正常运行。当前，针对避雷器泄漏电流的实时监测已经成为电力系统日常重要的工作内容之一，本文主要通过对避雷器泄漏电流影响因素的分析与判断，选择正确的在线预防监测方法，希望能够为本领域做出有益的理论与实践探索。
泄漏电流法 篇3
1.1 测量依据:
按照国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》及JJG843-2007《泄漏电流测试仪》检定规程的要求, 对泄漏电流测试仪交流漏电流示值误差测量结果不确定度评定。
1.2 环境条件:
温度: (20±5) ℃湿度: (60±15) %RH
1.3 测量标准:
数字多用表:型号:3136A规格:ACI:500μA～10A, 允许误差:ACI:MPE:± (0.5%rdg+20d) 。
1.4 测量过程:
调节泄漏电流测试仪输出漏电流, 设输出漏电流为IX, 再由数字多用表读出实际值IN。从而计算出示值误差, 本次评定以Ix=1mA为例。
2 数学模型:
式中:Ix———被检泄漏电流测试仪输出漏电流指示值 (mA) ;IN———数字多用表读取的实际值 (m A) 。
3 方差和灵敏系数:
输入量Vx与VN彼此独立不相关,
其中:输入量IX的灵敏系数
输入量IN的灵敏系数
4 标准不确定度的评定:
泄漏电流测试仪输出漏电流示值误差的不确定度将取决于输入量IX、IN的不确定度, 标准器和被测泄漏电流测试仪在标准条件下, 温度、湿度、电磁场、电源变化等带来的影响可忽略。
4.1 标准不确定度u (IX) 的评定
该不确定度分项主要是由于被检泄漏电流测试仪的测量重复性引起的, 可以通过连续测量得到测量列, 采用A类方法进行评定。泄漏电流测试仪输出漏电流的示值分辨力、泄漏电流测试仪输出漏电流调节细度、人员读数视差引起的不确定度均已包含在重复性条件下所得测量列的分散性中, 故在此不另作分析。
对1台泄漏电流测试仪, 在1mA指示值, 连续测量10次, 得到如下数据, 如表1所示:
实验标准差
实验工作中, 以二次测量值的平均值为测量结果, 于是
实验标准差
其自由度为
4.2 标准不确定度u (IN) 的评定
输入量IN的标准不确定度u (IN) 主要由数字多用表示值允许误差引起, 采用B类方法进行评定。考虑到数字多用表读数分辨力所引起的不确定度己包含在重复性条件下所得测量列的分散性中;数字多用表传递误差对不确定度影响很小, 可以忽略不计, 故在此均不作分析。数字多用表的最大允许误差为± (0.5%输入+20字) =± (0.5%×1mA+0.002) =0.007 (mA) , 属均匀分布, k=姨3, 则:
很可靠, 因此其自由度
5 标准不确定度汇总一览表:
6 合成标准不确定度u (△I) 的计算:
7 合成标准不确定度的有效自由度:
8 扩展不确定度的评定:
取置信概率p=95%, 有效自由度υeff=112, 查t分布表并将有效自由度近似取整为100得到
扩展不确定度U95为:
9 测量不确定度的报告与表示:
泄漏电流法 篇4
关键词：泄漏电流,测试技术,人体阻抗网络,频率因数
泄漏电流是指在正常或故障条件下,电气设备的带电部件与用绝缘隔开的金属部件间通过绝缘表面所形成的电流,也包括当人体触及电器设备时,由设备经人体到达大地的电流或由设备经人体又回到设备的电流。泄漏电流是对人体有直接影响的电气安全参数。
在电气设备泄漏电流的测试中,一般引用人体阻抗网络模型来模拟流过人体电流的大小,人体阻抗网络本质上是电阻电容滤波电路。当人体触及不同工作频率的电气设备时所流经人体的泄漏电流频率也不相同,不同产品、不同标准中的人体阻抗网络不尽相同。
国内目前还没有满足多标准的泄漏电流测试仪器,而国外设计的满足多标准的泄漏电流测试系统主要是通过切换不同的人体模拟阻抗网络,这造成了硬件电路的复杂以及测试过程中的不便。因此针对不同标准、不同产品的要求和特点,采用先进的测试技术测量出泄漏电流的多种参数,研究采用单一人体阻抗网络的方法实现符合多标准的泄漏电流测试系统的任务具有重要的意义。
1 人体阻抗网络
根据设备的不同状态(如正常工作状态、单故障状态、双故障状态、一定的温湿度等环境条件),在泄漏电流的测量中引入人体阻抗网络模型来模拟流过人体电流的大小。因此人体阻抗网络模型是测量泄漏电流的关键。
IEC、UL、GB标准化组织根据电流流过人体实验研究得出人体阻抗网络模型,它是由一些特定阻抗值和功率要求的电阻、电容等组成的电路,能够比较合理地模拟人体内部阻值,相当于代替人体触电。根据不同标准、不同产品的要求和特点,多种国际或国家标准针对泄漏电流测试提供了多种模拟人体阻抗网络。
在IEC60990等标准中采用的模拟人体阻抗网络如图1,该网络为无加权人体阻抗网络,常用于测量电灼伤电流[1]。所谓不加权人体阻抗网络,即网络只考虑了人体模拟阻抗(人体电阻Rb,接触电阻Rs和接触电容Cs),并没有给出对高频电流的补偿。模拟网络阻抗数值主要是考虑最普遍的触电情况下的人体参数,正常条件下从手到脚和手到手的接触模型。
不同测试线路对高频泄漏电流的加权效果是不同的。为了表征测试线路网络对交流电流加权的程度,根据IEC60990的内容,这里采用频率因数的概念来进行描述。频率因数是指通过该测试网络的实际电流值与测试结果的指示电流值之比,这个数值相当于对高频电流进行加权的倍数。
该网络的频率因数:
在IEC60335[2]、UL60335、GB 4706[3]等标准中采用的模拟人体阻抗网络如图2,这同时也是IEC60990标准中提供的感知与反应人体阻抗网络。
此网络应用于测量感知与反应电流,在IEC60990中提供的电灼伤人体阻抗网络的基础上引入了R1、C1低通滤波网络,以补偿频率对人体效应阈值的影响。其中,Rs=1 500Ω,C8=0.22μF,两者并联为皮肤的接触阻抗;Rb=500Ω,为模拟的人体内部阻抗;R1=10 kΩ,C1=0.022μF,通过R1、C1组成的电阻电容分压网络来实现加权值。随着频率的升高,阻抗网络中流过人体的电流效应阈值增大,即R1和C1组成高频加权补偿网络。
该网络的频率因数:
在IEC 61010[4]、UL61010《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》等标准中采用的人体阻抗网络如图3,也在IEC60598.1-2008《照明设备第1部分:一般要求与试验》中被采用。该网络同时为IEC60990中提供的摆脱电流人体阻抗网络模型。
该网络用于测量摆脱电流,同感知与反应网络对比,对于高频泄漏电流的加权效果并不相同。
该网络的频率因数:
在IEC60601-1[5]、EN60601-1、GB9706[6]等标准中采用模拟人体阻抗网络如图4所示。
该网络主要针对直流、交流及频率小于等于1 MHz的复合波形。该网络中电阻R1取1kΩ,不考虑接触电容的影响,另外也加入了对频率的加权R2-C1网络。
对直流、交流及频率小于或等于1 MHz的复合波形来说,测量装置给漏电流源加上约1kΩ的阻性阻抗。图中对于U02的测量仪表对从直流到小于或等于1 MHz频率交流都必须有一约1 MΩ或更高的阻抗。它必须指示测量阻抗两端的直流或交流,或有频率从直流到小于或等于1 MHz频率分量的复合波形电压的真正有效值,指示的误差不超过指示值的5%。
该网络的频率因数:
2 人体阻抗网络模型的对比分析
以上分析了四种模拟人体阻抗网络,此外还有其他一些人体阻抗网络,分析方法如上面所述,这里不进行一一列举。
文中提到的第一种人体阻抗网络的频率因数恒为1,其余三种人体阻抗网络在0～1 MHz频率下的频率因数见图5。
从图5中可以看出这三种人体阻抗网络模型的频率因数随频率变化的规律性。采用图2所示的模拟人体阻抗网络,直接采集实际流过人体的电流对应的电压值U02,针对图1、图3、图4所示的网络,对比相对应的频率因数,通过软件进行数据处理,可以得出相应的电流值对应的电压UO1、UO3和UO4。这样只需要采用一个人体模拟阻抗,就能设计出同时满足多种标准的泄漏电流的测试系统,可以简化硬件电路,提高测试精度。
计算公式如下所示:
3 泄漏电流测试系统设计
3.1 泄漏电流测试系统硬件设计
泄漏电流测试系统是根据IEC、UL和国标等最新电气安全测试标准要求,对多种国际或国家标准进行研究的一个系统。该系统借鉴了计算机测控仪器的设计思路及模块化的设计思想,其硬件总体结构框图如图6所示。
该泄漏电流测试系统由被测设备、单一人体阻抗网络、信号调理系统、继电器模块、计算机、DSP等部分组成。
为了能够较真实地模拟市网电压的波动对被测设备的影响,并防止被测设备故障反作用于市网电压而影响测试系统的正常测量,按照UL60601-1等标准的通用要求,采用1:1.06的隔离变压器产生供电网1.06倍的电压为被测设备供电。
泄漏电流通过模拟人体网络进行加权计算并转化为电压信号。由于是以相线或零线为电位参考点,使得信号采集部分与信号处理部分必须进行电气隔离,因而设计了由高线性度的光电耦合器和宽频带低噪声高精密运算放大器组成的交流线性隔离电路,进过隔离后信号进入调理放大模块。
合理的继电器模块组合设计能够方便有序地进行泄漏电流测试,通过DSP控制采用继电器的闭合来选择测试状态,实现单一故障和正常状况的选择,以及实现表面间、表面对电源、表面对地之间的切换。
DSP采用TI公司推出的TMS320F2812,内部集成了一个12位的ADC转换模块,最高采样速率达到12.5 MS/s。经过信号滤波、信号放大和电平抬高等使得被测信号的范围调到适合DSP进行A/D采集的电压范围,即在0～3 V之间,最后由DSP高速采集处理,并通过串口将信号送入计算机进行波形显示和数据显示,更全面地反映泄漏电流的情况并判断泄漏电流是否合格。实现了测试过程的自动化,改善了操作性能。
3.2 泄漏电流测试系统软件设计
根据多标准泄漏电流测试的要求和内容,测试系统以Microsoft Visual C++6.0为开发环境。采用软件处理的方法来处理数据,其泄漏电流测试系统功能框图如下图7所示。
4 测试数据处理分析
根据图1、图2、图3、图4所示的人体阻抗网络,在网络的输入端接入不同频率、不同幅值的电压信号,在输出端测量输出电压。将按照计算公式(5)、(6)、(7)得到的值作为图1、图3、图4网络测量数据的比对标准。利用Multisim软件模拟硬件电路,其中测得数据以及计算数据如表1所示。的系统。
该泄漏电流测试系统符合最新IEC60335、GB4706、IEC60601、IEC60990、IEC61010、UL61010、UL60335等国家标准或国际标准。并且在测试系统的信号处理、光耦电路和计算机控制等方面采用了一些新的技术和设计,所以该泄漏电流测试系统具有测试方法符合新的国际标准、电路简单、测试精度较高、测试过程自动化等特点。
通过表1可以看出,依照计算公式得出的图1、图3、图4所示网络中的输出电压值与模拟电路中的输出电压值相比,相对误差小,经计算得出,最大相对误差为±1%。由此可知,利用计算公式得出的值,可以模拟实际电路中的测量值。这从数据上说明采用单一人体阻抗网络(即图2所示网络)完全可以取代实际电路中多标准的不同人体阻抗网络。
本文对IEC、UL以及GB的最新标准中提出的测量泄漏电流过程中所采用的模拟人体阻抗网络进行了分析,并做了对比,寻找出其中的共同点和差异性。并且在此基础上进行加权计算和频率因数的分析,设计出采用单一人体阻抗网络完成符合多标准泄漏电流测试
参考文献
[1]IEC60990,Methods of measurement of touch current and protective conductor current-second edition[S].1999.
[2]International Standard IEC60335-1,Household and similar electrical appliances-safety-part 1:General requirements [S].2006.
[3]GB 4706.1-2005家用和类似用途电器的安全标准.第一部分:通用要求[S].2005.
[4]IEC61010-1,Safety requirements for electrical equipment for measurement,control,and laboratory use-Part1:General requirements[S].2001.
[5]IEC 60601-1,Medical Electrical Equipment-Part 1:Gen eral requirements for Safety and Essential Performance[S]. 2007.
泄漏电流法 篇5
发电机直流耐压及泄漏电流试验是判断发电机绝缘性能的一项重要指标, 通过测量泄漏电流可有效地发现发电机主绝缘受潮和局部缺陷, 特别是能检出绕组端部绝缘缺陷。
试验实例中当直流电压升至较高阶段时, B相泄漏电流相对A、C两相有差别, 但泄漏电流绝对值并不大。以下通过对泄漏曲线图进行比对及数据纵向横向计算两种方法, 分析了异常原因。
2 实例分析
发电机容量为250MW, 额定电压为15750V, 额定电流为10473A。定子绕组直流耐压及泄漏电流试验接线如图1所示。
根据试验要求, 先对发电机定子进行绝缘电阻试验, 试验合格。然后进行直流耐压及泄漏电流试验。根据数据分别从曲线图及数据两个方面对发电机绝缘是否存在缺陷进行分析和判断。
2.1 曲线图比对分析
从试验数据中可知B相绕组在试验电压升至2 UN阶段时泄漏电流均高于A、C相较多, 绘出该组数据的泄漏曲线图, 如图2所示。
图2表明B相曲线在1.5UN到2UN阶段发生了显著的变化, 曲线上升趋势明显。A、C曲线自始至终成线性增长。
发电机绝缘在做直流耐压试验过程中泄漏电流变化的一些典型曲线如图3所示。对于良好的绝缘, 泄漏电流随电压而直线上升, 而且电流值较小, 如曲线1所示;如果绝缘受潮, 那么电流数值加大, 如曲线2所示;曲线3表示绝缘中有集中性缺陷存在。当泄漏电流超过一定标准, 应尽可能找出原因加以消除。如果0.5倍额定电压附近泄漏电流已迅速上升, 如曲线4所示, 那么这台发电机在运行时有击穿的危险。
比对泄漏电流典型曲线图后怀疑发电机B相绕组可能存在集中性缺陷。
2.2 数值计算分析
根据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》要求:在规定试验电压下, 各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%;最大泄漏电流在20μA以下者, 相间差值与历次试验结果比较, 不应有显著的变化。计算当直流电压升至2倍额定电压时, 相间泄漏电流差别ΔIBA相=>100% , B相泄漏电流变化率>100%。
从数据可知B相泄漏电流的增长率较试验电压的增长率大5倍多, 泄漏电流随电压不成比例地显著增长。
结合以上分析, 怀疑B相绕组可能存在的缺陷:有贯穿性缺陷, 端部绝缘有断裂;端部表面脏污出现沿面放电;端部或槽口防晕层断裂处气隙放电, 绝缘中气隙放电。
3 缺陷检查与处理
将母排外表面绝缘层全部拆除, 打磨平整后用桐玛玻璃丝带及无碱玻璃丝带经环氧树脂及聚酰胺脂胶浸泡后包扎处理, 另将长螺杆锯短, 并用玻璃丝带包扎, 最后用高压热缩套套在外层。处理后再次进行直流耐压及泄漏电流试验, 试验合格。
4 结束语
在进行发电机直流耐压及泄漏电流试验的过程中。当发现试验数据存在异常时, 应先排除影响测试准确性的因素。全面地综合地分析测试数据, 根据反映出的故障特征, 有针对性地检查发电机寻找故障点。以上实例所反映的故障特征是十分典型的, 电压低时泄漏电流是平衡的, 当电压升至某一数值时, 一相的泄漏电流突然剧增, 最大与最小的差别超过30%, 反映出有绝缘缺陷。机组在长时间运行后有可能导致绝缘损伤加剧甚至绝缘击穿, 从而造成发电机运行过程中突发短路接地, 机组跳闸等严重的生产事故。
电气试验是判断电气设备性能的一项重要指标。对试验结果必须全面地、历史地进行综合分析。为检修提供可靠的依据。
摘要：对水轮发电机进行定子直流耐压及泄漏电流原因进行分析, 并提出解决办法。
关键词：发电机,泄漏电流,数据分析,绝缘缺陷
参考文献
[1]DL/T 596-1996.电力设备预防性试验规程[S].中国电力出版社1997.4.
[2]李建明, 朱康.高压电气设备试验方法 (第二版) [M].中国电力出版社.2001.
[3]陈天翔, 王寅仲.电气试验[M].中国电力出版社.2005.
泄漏电流法 篇6
氧化锌避雷器由氧化锌阀片串联组成, 没有火花间隙和并联电阻。阀片的电阻值和电流有关, 电流大时阀片电阻小, 电流小时阀片电阻大。氧化锌阀片和碳化硅阀片的非线性关系如图1所示, 在运行电压U1下, 阀片相当于一个很大的电阻, 阀片中的流过很小的电流I1;而当雷电流I流过阀片时, 它又相当于一个很小的电阻, 维持一定的残压U2, 从而起到保护设备的作用。我们测量其直流电压U1m A和0.75U1m A下的泄漏电流的目的是为了检查其非线性特性及绝缘性能。
U1—工频运行电压;U2—雷电流下避雷器残压;I—雷电流;I1、I2、I3—运行电压下Zn O、Si C、线性电阻R的泄漏电流
2 原有试验方法
在试验接线前, 需要将导线巴掌与被试品即避雷器的上端 (非接地端) 连接点解开如图2所示, 使避雷器独立开来, 并与其保持一定的安全距离。
2.1 220 k V避雷器现行测试方法
220 k V避雷器一般分为上下两节, 测试之前首先解开避雷器上端的高压引流导线, 使避雷器独立开来, 用一根短接线把下节避雷器及在线监测装置和计数器短接起来, 接上微安表、高压直流发生器、控制箱就可以对上节避雷器进行测试。如图3所示。测试完上节避雷器之后, 按照图4的接线方式就可以测试下节避雷器 (以下所有图中均未标示出计数器) 。
2.2 500 k V避雷器现行测试方法
500 k V避雷器一般分为上、中、下三节, 测试之前首先解开避雷器上端的高压引流导线, 使避雷器独立开来, 用一根短接线把中、下两节避雷器及在线装置和计数器短接起来, 并在短接线上接入微安表2, 再接上微安表1、高压直流发生器、控制箱就可以对上节避雷器进行测试。如图5所示。测试完上节避雷器之后, 按照图6、图7的接线方式就可以测试中、下节避雷器, 其中, 微安表1为高压侧微安表;微安表2为被测试避雷器低压侧微安表。
上述则是现行普遍的测试方法, 这种拆解导线来进行试验的方法具有干扰小, 测量精确的特点, 被广泛采用。然而, 这种拆解导线的方法也有以下弊端:
1) 220 k V、500 k V避雷器相对于110 k V避雷器来说, 高压引流导线更高、更粗、更长、更重, 需要用高空作业车配合检修人员进行解、接高压引流导线, 延长了试验停电时间;
2) 在非全站停电时设备上的感应电压高, 工作人员经常遭受感应电击, 给工作人员造成伤害;
3) 恢复已拆解的引流导线接头时, 因接头接触不良引起接头发热, 给设备安全运行带来安全隐患。这些弊端都是因为拆解导线引起的, 所以要在保证精确度的条件下探索一种不拆线的方法来试验。
2.3 可行性分析
分别以220 k V避雷器、500 k V避雷器为例子进行理论计算分析, 探索不拆线试验方法的可行性以及最佳的试验方式。每节避雷器都有各自的非线性特性, 为了方便分析, 把它的特性等效为阻抗, 那么U1m A值大的等效的阻抗就大, U1m A值小的等效的阻抗就小。把上节、中节、下节避雷器的等效阻抗分别表示为Z上节、Z中节、Z下节。图中的PA1为高压侧微安表、PA2为下节低压侧微安表、PA3为上节低压侧微安表, PA4为测试中节避雷器时与它对应的低压侧微安表。
2.4 220 k V避雷器分析
2.4.1 B点加压
由于避雷器下端的基座绝缘强度达不到所加电压的强度, B点直接不能加压。
2.4.2 A点加压
首先, 把计数器短接接地。如果Z上节=Z下节, 在微安表读数为2 000μA时, 那么控制箱上的电压U=U上节1m A并非等于U下节1m A, 0.75U1m A下的泄漏电流Ig上节也未必等于Ig下节=I/2 (I为微安表上电压读数) 。因为两只避雷器的非线性特性完全一样的情况很少, 即使出厂时一样, 经过运行一定时间后, 非线性特性可能就不一样了。如果加压一直等微安表电流达到2 000μA时, 必然有一只避雷器的泄漏电流远远大于1 000μA了, 甚至该电压值已经达到了放电电压值, 所以加压2 000μA的做法不仅测不出准确的结果还会伤害我们的试验设备。
当微安表上指示为1 000μA时, 如果有一只避雷器受潮或者绝缘劣化, 那么微安表记录的电流值中绝大部分包含的是受潮避雷器的泄漏电流值, 0.75U1m A下的泄漏电流也肯定会超出合规程要求, 一定程度上能判断上、下节避雷器是否受潮或者绝缘劣化;如果两节避雷器都受潮或者都是完好的, 那么微安表记录的电流值大部分是受潮更严重或者直流参考电压U1m A比较低的那一只避雷器的泄漏电流值, 因为直流参考电压低的和受潮更严重的避雷器, 在同样电压下, 泄漏先达到电流激增的那个点。具体直流参考电压低的和受潮的避雷器的泄漏电流占微安表中1 000μA的泄漏电流值几层还需要实际测量才可知, 如果占了绝大部分的话, 可以采用近似的测试方法:A点加压至微安表读数为1 000μA, 记录其电压值U1m A半节, 再切换至0.75U1m A半节, 并读取泄漏电流值Ig, 那么可以近似的认为上下节避雷器的直流1 m A参考电压都等于U1m A半节, 上下节避雷器的泄漏电流都等于Ig。由于表中的电流包含了上、节避雷器的泄漏电流, 读取的电压值并非某一节达到1 m A时的值, 相应切换至0.75U1m A时泄漏电流值也是小于真正的泄漏电流, 这样测试出来的结果使得U1m A和Ig都偏小, 具体偏小多少有待验证。
如果Z上节>Z下节, 当下节避雷器的泄漏电流达到1 m A时, 只有少量的电流流过上节, 则当微安表PA2的值为1 000μA时, U下节1 m A=U, 下节的0.75U1 m A下的泄漏电流则为相应电压下的PA2表上的值Ig下节=I2=I1-I3, 如图9所示。如果把B点解开在A点加压的话, 只能增加下节避雷器基座绝缘使其能经受住U1 m A及以上电压值 (这做起来很难) 。要么A点加压, 在B点与接地点之间加装一节避雷器 (其U1 m A≧上节U1 m A参考电压-下节U1 m A参考电压) 和微安表PA2如图10所示, 加装避雷器后上节的泄漏电流就能先到达1 m A, 则U上节1 m A=U, 上节的0.75U1 m A下的泄漏电流则为相应电压下的PA3表上的值Ig上节=I3=I1-I2, 但在上节避雷器与大地之间装设微安表是很困难的, 所以只能靠PA1和PA2来确定PA3是否达到1 m A, 测试时要时刻注意PA1的值, 以防超出量程烧坏仪器和微安表。
如果Z上节<Z下节, 同上述分析可以得出U上节1 m A=U, 上节的0.75U1m A下的泄漏电流则为相应电压下的PA3表上的值Ig上节I3=I1-I2;由于上节无法加装10 k V的避雷器, 所以永远都是上节的泄漏电流先达到1 m A, 下节的U1 m A及0.75U1 m A下的泄漏电流根本不肯能测出来。
2.5 500 k V避雷器理论分析
2.5.1 上节测试
由于上、中、下三节避雷器的1 m A下直流参考电压都差不多, 那么U上节1 m A<0.75 (U中节1 m A+U下节1 m A) , 当上节微安表PA3的电流值达到1000μA时, 该电压值即U上节1 m A, 但是此电压值还不足以让中节和下节流过大量泄漏电流, 其值几乎为0, 则I1≈I3, 微安表PA3记录的电流值即为Ig上节=I3≈I1, 如图11所示。
2.5.2 下节测试
根据上节同样的原理, 则I1≈I2, 微安表PA2记录的电流值即为Ig下节=I2≈I1, 如图12所示。
2.5.3 中节测试
1) 如果Z上节<Z中节<Z下节, 短接上节并接入微安表, 就能测量中节的U1 m A和0.75U1 m A下的泄漏电流Ig中节, 如图13所示:
在A点加压, 上节被短接后, 大部分的泄漏电流通过PA4流到大地, PA4微安表首先达到1000μA, 此时控制箱上显示的电压值即U中节1m A, 微安表PA4记录的电流值即为Ig中节=I4;
2) 如果Z下节<Z上节<Z中节, 短接上节并接入微安表, 在下节加装一个10 k V避雷器就能测量中节避雷器, 如图14所示:
3) 如果Z下节<Z中节<Z上节, 那么短接下节并接入微安表, 就能测量中节避雷器, 如图15所示:
综上可述, 除了220 k V避雷器下节1 m A直流参考电压远远大于上节的1 m A直流参考电压时, 我们不拆高压引流线测试氧化锌避雷器直流电压U1 m A和0.75U1 m A下的泄漏电流只能采用近似测量法之外, 其他的均可以不用拆解高压引流线进行测试。
3 现行试验方法及结果对比
对同一台设备、仪器分别进行拆线和不拆线方法试验, 对比试验结果。拆线和不拆线方法用同一仪器测试同一设备, 得出的结果相差不大。误差都比较小, 说明不拆线方法是可以适用的。
4 结束语
设备不拆高压引线电气试验方法在不降低现有的预试标准的条件下, 准确地进行氧化锌避雷器直流1 m A电压U1 m A和0.75 U1 m A下的泄漏电流试验项目, 并达到了预期的效果, 可替代拆线试验。减少了停电时间和检修工作量, 提高工作效率。但是当泄漏电流值超过40时, 还是选择拆线的方法, 下一步将研究如何减小不拆线方法中的杂散电流和误差, 使试验结果更精确。
摘要：介绍氧化锌避雷器泄漏电流试验原理、500 kV避雷器现行测试方法、介绍一种不拆线的方法来完成试验。
关键词：避雷器,泄漏电流,不拆线
参考文献
[1]陈天翔, 王寅仲, 海世杰.电气试验 (第二版) .中国电力出版社.2008;
泄漏电流法 篇7
随着现代科学技术的不断发展,电力电子设备得到了广泛应用,与此同时,电磁干扰问题也引起了人们的关注。因此很多国家纷纷制定了一系列的电磁兼容认证与测试标准[1,2,3,4],要求进入市场的电力电子产品必须通过相关标准测试,如此可最大限度杜绝电磁干扰问题的发生。
我国关于电磁兼容性问题的研究起步较晚,直到上世纪六十年代该问题才逐渐在我国引起了关注。我国最早对电磁兼容性问题展开研究的是上海电器科学研究所,于1962年该研究所就开始进行无线电干扰的测量和船用电机电器无线电干扰标准的制定工作。在此之前我国对于电磁兼容性知之甚少,所以几乎所有的舰船都没有提出抗电磁干扰的要求,导致很多舰船设备相互干扰,无法真正发挥作用和优势,影响和降低了其通讯、探测、导航能力,因此有必要建立了电磁兼容试验研究室。[5,6]
本课题主要研究泄漏电流仪与计算机通讯时电磁干扰的影响问题,通过进行泄漏电流与计算机有线和无线通讯设计,进而对通讯时的防群脉冲干扰进行测试和分析。
1 泄漏电流仪简介
泄漏电流仪是按照IEC、ISO、BS、UL、JIS等国际国内的安全标准要求而设计的。泄露输出电压0-250V连续可调,输出功率为500VA,适合各种家用电器、电源、电机、医疗、化工、电子仪器、仪表、整机等,以及强电系统的泄露电流的测试,同时也是科研实验室、技术监督部门不可缺少的泄漏电流试验设备。
CS5505型泄漏电流仪为智能型耐压测试仪,它采用CPU控制技术、VFD显示屏,能实时显示泄露电流值和测试电压值。CS5505型泄露电流测试仪的测试网络符合GB4706.1-2005(IEC335-1:1999)要求,采用真有效AC-DC转换,可根据不同安全标准以及用户的不同需求连续任意设置泄漏电流报警值。在测试方面精度高,测试时间精度提高到±1%以上,而且测试范围提高到999秒功能更加丰富实用。设置的各项参数本机可自动保存,不会因为关机或者掉电而丢失,开机后,不需要进行新的设置。本机配有“RS232C”接口,可与PC机组成测试系统,进行质量统计、分析、报表打印等作业。
2 RS232有线通讯、Zigbee无线通讯的介绍
2.1 RS232有线通讯介绍
RS232标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(Recommend Standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改。[7]RS232接口是个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现,一般个人计算机上会有两组RS-232接口,分别称为COM1和COM2。
2.2 Zigbee无线通讯介绍
Zig Bee名字来源于“蜜蜂”的通信方式,“蜜蜂”之间通过跳“Zig Zag”舞蹈来相互交流信息,以便共享食物源的方向、距离和位置等信息。其标准由Zig Bee Alliance与IEEE 802.15.4的任务小组来共同制订。其中实体层、M A C层、数据链接层,以及传输过程中的资料加密机制等发展由IEEE所主导,Zig Bee联盟负责高层应用、测试和市场推广等工作。[8]
Zig Bee技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰,即来自共用相同频段的其他技术的干扰,对于同频干扰抵御能力的强弱直接影响到设备的性能。Zig Bee在2.4GHz频段内具备强抗干扰能力,这将能够可靠地与Wi Fi、蓝牙、Wireless USB以及家用的微波炉、无线电话互不干扰。
3 群脉冲抗扰度试验介绍
3.1 群脉冲发生器的工作原理
电快速瞬变脉冲群试验的目的是验证电子设备机械开关对电感性负载切换、继电器触点弹跳、高压开关切换等引起的瞬时扰动的抗干扰能力[9]。这种试验方法是一种耦合到电源线路、控制线路、信号线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。容易出现问题的场合有电力设备或监控电网的设备、使用在工业自动化上面的设备、医疗监护等检测微弱信号设备。
电快速瞬变(EFT),脉冲群持续时间为15ms,脉冲群间隔为300ms,单脉冲宽度为50ns,脉冲上升沿5ns,脉冲重复率为2.5k Hz。开关断开电感负载时产生反电势。反电势向寄生电容充电,随着充电电压的升高,开关断开处要出现击穿现象,共用此电源的其它电路或装置就要受到该脉冲电压的影响,这就是EFT形成的原因。
EFT的特点是脉冲成群出现,重复频率高,单个脉冲的上升时间短暂、能量较小,一般不会造成设备本身的损坏,但脉冲群会对装置中半导体器件结电容充电,当结电容上的能量累积到一定程度,便会引起装置的误动作。对地电容是EFT的一个主要传播途径,属共模干扰,是EMC抗扰性试验中容易出现问题的一个项目。EFT电压的大小取决于负载电路的电感、负载断开速度和介质的耐受能力。
3.2 群脉冲试验的条件配置
3.2.1 接地参考平面
接地参考平面应该为一块最小厚度为0.25mm的金属板(铜或铝),也可以使用其他的金属材料,但它们的最小厚度应为0.65mm。接地平面最小尺寸为1m×1m,实际尺寸与EUT大小有关。
3.2.2 耦合装置
EMS61000-4智能型群脉冲发生器内置的单相耦合/去耦网络或EFTC-2群脉冲电容耦合夹。
3.2.3 试验条件
①EUT(受试设备)应放置在接地参考平面上,并用厚度为0.1m±0.01m的绝缘支座与之隔开;②接地平面至少应比EUT的四周伸出0.1m并与保护接地相连接,除了位于EUT下方接地平面外,EUT和所有其它导电性结构(例如屏蔽室的墙壁)之间的最小距离大于0.5m;③试验设有接地电缆,与接地参考平面和所有接头的连接应保证电感量最小;④在耦合装置和EUT之间的信号线和电源线的长度应为0.5m±0.05m。如果设备的电源电缆的长度超过0.5m,那么超过的部分应折叠在一起并放置在接地参考平面上方0.1m处,EUT和耦合装置之间的距离应保持在0.5m±0.05m。台式设备信号线抗干扰性型式试验的配置如图1所示。
3.3 群脉冲试验的参数要求
本课题选用EMS61000-4智能型群脉冲发生器,表1为群脉冲发生器特性参数要求,试验中选择的参数为试验电压1k V,频率100k Hz,脉冲持续时间0.75ms。
4 测试系统组成与实现
4.1 测试硬件部分
4.1.1 无线通讯设备———Zigbee
通过对常见的无线通讯设备蓝牙、Wi Fi、Zigbee之间的综合比较。从使用成本,整体性能和维护成本上考虑,实际选择Zigbee通讯模块作为实际上位机与测试设备之间的无线通讯模块。
Zig Bee技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰,即来自共用相同频段的其它技术的干扰,对于同频干扰抵御能力的强弱直接影响到设备的性能。Zig Bee在2.4GHz频段内具备强抗干扰能力,这意味着能够可靠地与Wi Fi、蓝牙、Wireless USB以及家用的微波炉、无线电话共存。
4.1.2 有线通讯设备———RS232
考虑到实际操作时上位机与测试设备一对一操作简便,以及后续实际推广过程中,与其它有线通讯相替换的可行性。实际研究过程中,选择较基础简单的RS232总线进行通讯。
遵循RS232标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准,其接口是个人计算机上的通讯接口之一通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。
4.2 测试软件部分
本研究采用以VB为手段的人机交互界面创建,具有窗体可视化,后续数据库调用便捷,开发周期短,程序操作度高、安全性强等诸多优点。本系统软件主要包括:测试登入界面的创建,测试方案的选用,测试过程受控性的实时记录与监控,测试数据以及相关结果的录入与保存。
图2为主程序流程图。在用户登入界面成功转至主测试界面后,软件自行进行相关初始化与建立通讯。通过用户选择相关测试参数后,开始测试,界面通过可视化图形的变化对测试过程进行监控,通过对实时数据折线图的观察,进行实际测试状态的直观了解。其后,通过实时数据的数据存入,建立完善的数据库体系,便于后期的数据调用和研究。
图3为用户交互界面。主界面为用户提供方案选择的同时,实时录入现场数据,监控现场状态。辅以测试数据的导出,系统参数的设计等功能,使测试系统更具人性化。
5 测试数据与测试结果的比较与研究
5.1 有线通讯测试结果
5.1.1 有线通讯测试(未干扰)
将PC与泄漏电流仪用RS232有线通讯线连接,试验结果如表2。
将其绘制成折线图,如图4所示。
图4中所示泄漏电流值均在0.1左右波动,测试数据较稳定。
5.1.2 有线通讯测试(加干扰)
将群脉冲发生器的脉冲信号通过耦合夹传递到RS232有线通讯线中,观察其对有线通讯干扰的影响,得到如表3所示数据。
绘制折线图得到如图5所示结果。
从图5中可以看出:8s、16s、17s、20s时泄漏电流超出阈值,即泄漏电流数据超出安全电流值,可以看出干扰对通讯影响较大。
5.2 无线通讯测试(加干扰)
将Zigbee模块连接至PC和泄漏电流仪,设置通讯参数,同时施加群脉冲干扰,测试结果如表4所示。
将其绘制成折线图,如图6所示。
如图所示,加干扰的无线通讯测试对比未加干扰有线通讯,数据有所波动,但均在阈值以下。
脉冲群试验是利用干扰对线路结电容充电,当其能量积累到一定程度,就可能引起线路(乃至系统)出错。因此线路出错有个过程,而且有一定偶然性,不能保证间隔多少时间必定出错,特别是当试验电压接近临界值时,故试验中群脉冲耦合到通讯线路中对通讯系统的干扰是杂乱的,与未加干扰的系统测试相比有明显的差异。从试验中可以看出无线通讯的稳定性明显优于有线通讯,其原因是收到群脉冲辐射干扰时,有线通讯会将脉冲信号直接耦合到通讯线。
6 结论
本文运用VB编写了一套泄漏电流仪的自动通讯软件,并在此基础上,施加群脉冲干扰试验,比较有线通讯与无线通讯的稳定性。主要内容如下:
①结合实际测试流程,在比较各软件开发平台的优劣后,选择利用VB进行上位机控制软件的编写。在完成测试系统基本功能的前提下,对操作者的使用需求进行分析,为上位机软件增加辅助功能模块,如信息采集与保存、测试结果报告生成和系统设置等。
②以通讯抗干扰为目标,提出利用Zig Bee通讯技术,并分析了系统主要模块,对各模块中的主要芯片进行了分析与选型。完成各个模块设计的同时,对模块电路从元器件选择到PCB板的布置进行了抗干扰设计,提高Zig Bee模块的电磁兼容性。
摘要：为设计计算机对泄漏电流仪的控制,建立了RS232通讯的连接,但发现在进行电磁兼容测试时有干扰,因此开展了对计算机上位机和泄漏电流仪间有线、无线通讯的测试比较,从抗干扰情况角度进行通讯能力评价,旨在评价现阶段所搭建的智能泄漏电流仪的抗干扰测试平台,从而以保证计算机上位机与泄漏电流仪通讯的可靠性。
关键词：电磁干扰,无线通讯,群脉冲
参考文献
[1]GJB 151A-1997,军用设备和分系统敏感度要求[S].
[2]GJB 152A-1997,军用设备和分系统敏感度测量[S].
[3]GB6833.1-1986,电子测量仪器电磁兼容性试验规范总则[S].
[4]GB/T6113.1-1995,无线电干扰和抗扰度测量设备规范[S].
[5]朱立文.国内外电磁兼容发展动态[J].电子质量,2003(7).
[6]赖祖武.电磁干扰防护与电磁兼容[M].北京:原子能出版社,1993.
[7]林卓然.VB语言程序设计[M].北京:电子工业出版社,2012.
[8]潘方.RS232串口通讯在PC机与单片机通讯中的应用[A].现代电子技术,2012(7).
泄漏电流法 篇8
电力设备外绝缘污闪,是阻碍电力系统安全运行的难题之一。及时掌握外绝缘污秽度,是适时采取污闪措施的科学基础。国际大电网会议推荐了几种绝缘子污秽度的测量方法,其中最大泄漏电流法和电流脉冲计数法反映了污闪全过程,并能够在污闪发生之前测定出污秽严重程度并给予报警。电力载波、广播电波和输电线电晕脉冲等外来噪声的干扰,以及泄漏电流自身幅值小、脉冲电流频带宽是影响测量的主要问题,因此设计抗干扰能力强的微弱信号处理电路从而精确测量绝缘子表面的泄漏电流和脉冲频次等信息成为在线监测绝缘子污秽的关键。
1 污秽泄漏电流特性
气候干燥时高压绝缘子沿面没有形成导电层,位电压分布成马鞍形。空气相对湿度(RH)增大时,污秽层的电导使工频的阻性电流构成泄漏电流IL的主体。因此,采集绝缘子表面阻性泄漏电流,再综合温湿度等环境因素来判断绝缘子的污秽程度,是一种非常可行而有效的方法[1]。
当绝缘子表面污秽加剧到一定程度时,则发生电晕放电现象,即产生电晕脉冲电流,绝缘子表面污秽越严重,电晕程度越明显,电流脉冲个数也越多。因此,检测电晕脉冲电流的个数也可用于绝缘子运行状况的在线监测[2]。
2 在线监测系统的结构
图1为污秽在线监测系统的主体结构。监测主机安装于杆塔上,通过温湿度、风速风向等传感器获取当前的环境信息,并且与安装于杆担上靠近绝缘子串的泄漏电流监测分机通过RS485进行通信,主站通过GPRS通讯将所有的数据送到上位机的专家诊断系统中,通过对数据的分析给出污秽的预警信号。
图2为绝缘子表面泄漏电流采样处理框图,分别获取工频阻性泄漏电流的有效值和高频脉冲电流超过预定幅值的脉冲数,通过DSP进行数据存储和发送。
3 泄漏电流的采集
将截流环安装于受测绝缘子串最靠近杆塔的绝缘子片表面,截取绝缘子表面的泄漏电流,为使得铜环与绝缘子表面充分接触,安装时涂上导电胶,也同时起到固定作用。截取的泄漏电流通过屏蔽绞线引到电流的采样处理部分。
采样以及电流电压转换部分如图3所示,由于阻性泄漏电流的值很小,范围一般在十几微安到几毫安之间,而运算放大器在实际应用中,共模抑制比KCMR为有限值,同时输入失调电压Vio,输入失调电流IIO以及偏置电流IIB等因数,也会对微小的泄漏电流处理产生很大的影响。
图3中内部小三角为理想运算放大器,大三角符号为实际运放的等效电路[3],经分析可得到输出电压Vo与输入电流Ii的关系:
当选择R=Rs时,式(1)变为
由此可见,消除了输入偏置电流对泄漏电流的影响,但依然存在失调电压与失调电流对泄漏电流转换的影响,因此应选取低失调电压和低失调电流的运放。另外,如图4虚线框中所示,选择适当的电阻电容参数,采取“直流伺服”电路形成反馈,能完全消除由失调电压引起的直流量。
由于采集的泄漏电流中还有高频的电晕电流脉冲,要有效地检测到这些脉冲,就必须要求运放具有较高的转换速率和宽的频率响应。根据电晕电流脉冲的特性,要求运放的单位增益带宽BWG>20 MHz。
4 信号处理部分
电流电压转换后的信号,需要进一步转换成DSP能够处理和运算从而进行通讯的信号,因此设计高效的信号处理电路,成为泄漏电流采集系统极为重要的部分。
4.1 滤波器设计
由于阻性泄漏电流和高频脉冲电流的幅值和频率不同,需要对其分别设计低通滤波器和高通滤波器进行处理。
利用泄漏电流判断绝缘子的污秽程度需要关心电流的幅值而无需考虑电流的相位,因此,在设计低通滤波器时可以着眼于幅频响应,而不考虑相频响应。常用的巴特沃思滤波电路在小于截止频率Cω的范围内,具有最平幅度的响应,而在ω>Cω后幅频响应迅速下降。如图4所示的电路,所设计巴特沃思滤波器其截止频率为112 Hz,在工频50 Hz时,幅值不变。高频衰减很快,起到了很好的滤波作用。
同样,设计单电源的巴特沃斯高通滤波器,如图4中的电路所示,设计其截止频率为500 k Hz,使得高频电流脉冲等幅值地通过,从而起到了与工频泄漏电流的隔离。
4.2 二次放大与绝对值电路
滤波电路处理后为二次放大电路,在实际的应用过程中发现,放大电路是影响测量精确度的主要部分,尤其是直流特性的失调电压也会被等比例放大,同时失调电流和偏置电流也产生了一定的影响。根据图3中放大器的等效电路分析图4中的反向放大电路可知,输出电压的误差为:
按所检测电流最小10 mA计算,放大后电压最小理论值为10 mV,将误差控制在1%时,∆V<0.1 mV。
在判断污秽过程中,可以通过一段时间内泄漏电流大小的变化趋势来表征绝缘子串污闪的过程。对于泄漏电流大小,无需完全还原其各个时期的波形,这样不但数据量庞大,存储困难,而且对污闪的趋势的判断帮助也较小,因此,可以选择一次采集段的泄漏电流有效值作为该时间点的电流大小。
另外,AD转换采用单电压单极性方式,转换范围为0~2.5 V,因此,在AD转换时需设置一个1.25 V的参考电压,添加额外电路将范围为-1.25~1.25 V转换成0~2.5 V。而采用图4中的绝对值电路[4],既不需要添加参考电压的,也使输入范围扩大到-2.5~2.5 V,增大了泄漏电流采集的量程范围,更能反映绝缘子的污秽变化状况。
4.3 AD转换
AD转换采用单电源3.3 V供电的14位串行转换芯片,采样速率为116 ksps,在2.5 V的参考电压下,分辨率达到0.16 m V,对应泄漏电流分辨率为0.2µA,AD转换具有很高的精度。通过DSP的外设串行接口模块(SPI)配置AD芯片的外部时钟、控制时序以及转换命令。当设置SPI波特率为0.312 5 MHz时,在24时钟转换时序的外部时钟模式下,采集一个点所要完成的包括接收启动转换命令、采样保持和串行发送数据总时间为76.8 ns,对于工频阻性泄漏电流信号,一个周期0.02 s,可连续采集大约260个点,完全满足采样定律,也保证了AD转换的准确性。
4.4 高频电流脉冲捕捉
泄漏电流脉冲频率和幅值的增加,表示污闪接近。当泄漏电流脉冲幅值超过一定值,且重复率达到一定水平时,是表示污秽绝缘子临近闪络的条件。设计中,电流转换后的电压信号通过高通滤波器,进入高频信号比较单元,预先设定三个不同幅值的参考电压,通过高速电压比较器比较产生高电平为3.3 V的脉冲进入DSP进行脉冲计数,DSP高速的运算能力使其能捕捉到频率为几十兆赫兹的高频脉冲,准确记录了不同幅值的泄漏电流脉冲次数。
5 试验结果分析
5.1 在线监测装置测量精度的测试
实验装置如图5所示,施加交流信号于电阻上,串联交流毫安电流表,并记录电流有效值。通过5 A︰2.5 mA的电流互感器,电流降低2 000倍后接入泄漏电流监测装置,记录电流表的值作为真值,装置测得数据后再通过公式((I1-I2*2)/I1)*100%计算系统测量精度。从表中可以看出当电流信号>50µA时系统误差小于1%,而电流小于50µA时误差也在5%以内。考虑到在实际运用中,泄漏电流的大小时刻在变,再后续运用模糊神经理论等算法进行污秽程度判断时,该误差都在允许的范围内,因此该装置达到了测量泄漏电流的精度要求。
5.2 对泄漏电流监测装置性能的试验方法
在实验室试验泄漏电流监测装置性能时,用电压等级为2 500 V的兆欧摇表,手摇产生高电压,使其作用在一定爬电距离的绝缘子上,在绝缘子上喷上盐水,用以模拟测试具有一定相对湿度和一定盐密的绝缘子状况,用集流环套在绝缘体上截取泄漏电流[5],并引入电流采集装置。
摇表可输出直流电压,直流电压下污染绝缘子的放电特性类似于工频交流电压下的放电特性,另外由于直流电流不存在过零问题,污秽绝缘子表面容易持续放电,污闪更容易发展[6]。因此,采用此试验方法同样能反映在交流高压下泄漏电流监测装置的特性,同时试验过程简单,操作性强。
5.3 泄漏电流监测装置性能试验结果与分析
按照《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》(Q/GDW)中等值盐密的确定方法,配置等值盐密分别为0.05、0.1、0.2、0.3和0.4 mg/cm2的盐水喷于绝缘子表面,同时保持一定的湿度,匀速摇动摇表,记录摇表的指针稳定时的欧姆值,多次记录监测装置在各盐密度下测得的电流,计算所测电流的平均值,如表2所示。
所得电流与摇表中的欧姆值相乘计算加在绝缘子两端的电压,同时绘制成如图6的曲线,图中灰线为人工试验X-4.5绝缘子在正极性直流电压下的污闪特性曲线[6],所示纵轴为单片绝缘子(爬电距离L=277 mm)上的污闪电压(U),在这里作为泄漏电流监测装置性能测试的对比曲线。实线为装置所测电流与摇表值计算所得电压(U')下的污闪特性曲线,由于摇表所产生电压比实际高压输电线路电压低的多,因此在本试验中将摇表所产生电压加在爬电距离L'=40 mm的绝缘子表面。假设绝缘子表面盐度均匀,则认为绝缘子表面污层电阻与爬电距离成正比,在相同泄漏电流下(I=I')可换算到单片绝缘子上的污闪电压,如公式(4)所示。
图中两条曲线在数值上存在一点偏差,这是由于摇表值的读取和换算过程中存在的误差产生的。在已做试验保证测量精度的前提下,此偏差的存在也在允许范围内。由图6可见,本文设计的泄漏电流监测装置所反映的污闪特性曲线与对比曲线具有相同的污秽变化趋势,结合表2可知,当所测泄漏电流超过0.8 m A时,单片绝缘子污闪电压仅约7 k V,低于该型号绝缘子标称电压15 k V,污秽已比较严重,即表明装置达到了测量泄漏电流的要求,所测泄漏电流能准确地反映绝缘子表面不同的污秽状况。
6 结论
本文设计了一种新型的绝缘子污秽泄漏电流在线监测装置,装置由高速运放构成的电流采集电路、信号调理电路及采用DSP的数据处理与分析电路组成,装置即可监测工频泄漏电流,也可监测高频泄漏电流脉冲次数。对装置性能进行的试验表明:本监测装置能够准确地在线测量绝缘子表面泄漏电流,能实时反映运行中绝缘子表面的污秽状况,对电力系统安全运行能起到良好的保障作用。
参考文献
[1]张振旗,孙廷玺,邬正荣,等.输电线路泄漏电流采集范围取值探讨[J].高电压技术,2003,29(1):56-57.ZHANG Zhen-qi,SUN Ting-xi,WU Zheng-rong,et al.Discussion on Measurement Range of Leakage Current on HV Overhead Line[J].High Voltage Engineering,2003,29(1):56-57.
[2]王海跃,等.合成绝缘子在线检测方法的现状与发展[J].高电压技术,2005(4):31-34.WANG Hai-yue,et al.Present and Future Development of on-line Detection Methods for Composite Insulator[J].High Voltage Engineering,2005(4):31-34.
[3]康华光,等.电子技术基础模拟部分(第四版)[M].1999.
[4]陈国庆,方康玲,刘宇.一种精密有缘绝对值电路的改进与应用[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2005,28(4):371.CHEN Guo-qing,FANG Kang-ling,LIU Yu.Improvement and Application of an Exactitude Power Absolute Circuit[J].Journal of Wuhan University of Science&Technology:Natural Science Edition,2005,28(4):371.
[5]黄新波,刘家兵,等.绝缘子泄漏电流在线监测系统的设计与应用[J].电测与仪表,2007,44(497):12-13.HUANG Xin-bo,LIU Jia-bing,et al.Designation and Application of an On-line Monitoring Insulator Leakage Current System[J].Electrical Measurement&Instrumentation,2007,44(497):12-13.
