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    • 配电网架空线路绝缘状态监测技术研究

        配电网架空线路在设计时充分考虑了其耐热等级、电气强度、机械性能和工艺性等方面,但在制造过程中不可避免存在其他因素导致其性能缺陷。在长期的运行过程中,电磁力、放电、热应力、湿热环境、油污、粉尘、有害活性气体等因素也会对线路性能造成影响,使其性能逐渐劣化,并且这种劣化过程具有不可逆和不断加速的特性。大量研究资料表明,配电网架空线路绝缘性能劣化是导致事故的主要原因之一,由于绝缘劣化引起事故的数量占事故总数的很大比例。

        

        1 国内外研究现状

        

        由配电网运行故障数据分析发现,在绝缘永久击穿之前,大多数的绝缘劣化初期经常发生瞬时性接地故障且发生次数存在一定规律,具有分散性和统计性。在永久性接地之前几个月瞬时性故障会出现明显增多的趋势,绝缘劣化开始加速,通常在接近永久性接地之前的几个月内绝缘劣化性能会显著下降。

        

        因此通过建立绝缘监测评价模型,对中压配电网的总体绝缘状态进行实时、有效的监测,在达到较严重的绝缘劣化程度时对运行人员发出告警信号,以警示其对越限的线路尽早安排检修、提早防范,以避免造成永久性接地故障,并且避免造成故障运行2小时后被迫停电。目前相关研究人员已提出许多绝缘监测的方法,包括外加信号法、局部放电信号检测法、接地电流法、基于瞬时性故障统计的绝缘告警方法、直流电流法等。对于绝缘在线监测,主要问题是微弱信号的提取问题,以上提到的接地电流法、放电信号检测法应用于工程实际中的效果并不好,对基于瞬时性故障统计的绝缘告警方法,由于难以区分是否是绝缘裂化造成的瞬时性故障,所以效果也一般。综上,还需进一步研究实用化的绝缘在线监测方法[1,2,3]。

        

        2 配电网线路绝缘状态在线监测方法

        

        为解决配电线路进行绝缘监测的问题,本文设计了一种基于无线数据传输、自取电一体化配电线路绝缘情况在线监测的方法。提高测试准确度,同时上送数据至主站,对测试结果信息化管理并进行大数据分析。

        

        2.1 配电线路绝缘监测实现方案

        

        该方案包括漏电流传感器取电模块、漏电流传感器本体以及无线通信模块(配电终端内部):漏电流传感器本体。包含铁心(高导磁率、低矫顽力的软磁材料)、线圈(原边穿心结构,一匝,副边包含去磁绕组、检测绕组这两个绕组)、补偿电路(包含VCVS、电流驱动电路、稳定控制电路)、A/D采样电路、主CPU部分、加密电路、无线传输电路等;漏电流传感器取电模块。包含穿心式互感器、感应线圈、整流桥、滤波电容、倍压电路(电荷泵)、稳压电容、单相二极管(反向漏电流非常小)、超级电容(储能池)、输出接口等部分。

        

        无线通信模块(配电终端内部)。可接收漏电流传感器的数据,也可发送数据到漏电流传感器。可支持多频率调频通讯以增强抗干扰能力。与终端内部CPU通过网络数据接口交互信息以达到管理各漏电流传感器的目的;配电终端。包括主核心CPU板、接口板、开入开出板、电源电路、通信接口、航插接口等部分,负责收集、存储、分析各漏电流传感器的数据并打包上送主站,生成SOE记录、报警处理等功能,并可以下发控制命令给各漏电流传感器,控制一次开关本体执行分合闸动作。

        

        2.1.1 泄露电流传感器

        

        图1中原边绕组为N1,因采用穿心式的电流传感器所以取N1=1,iL1(t)是流经原边回路的电流,副边检测绕组为ND,N2为副边绕组,模拟量输出经过AD采样电路转换为数字信号给到传感器的CPU,再经过无线发送至终端主CPU。漏电流传感器进行了精度优化,不仅吸取了传统传感器设计方法的优点,材料选用软磁材料、尽可能加大铁芯面积等,还釆用了如下方法:采用更精密的电路,提高压控电压源的放大倍数;改进绕线工艺,加大绕组间的亲和系数;在保证识别精度基础上,减小取样电阻阻值并采用高质量的取样电阻;适当调整检测绕组距数,加大自感。

        

        2.1.2 漏电流传感器的补偿电路设计

        

        补偿电路主要包括电流驱动电路、VCVS、反馈控制电路(图2),VCVS的实现采用了高倍数高精度的运放,选择足够大增益带宽积的器件(GBP,Gain Bandwidth Product),同时还要考虑电路抗干扰能力、稳定性、以及增益控制,结合反馈控制电路的参数实现较高的放大倍数。电流驱动电路主要为了放大运放电流输出能力,实际使用时输出电流有交变特性,所以采用无交越失真的推挽输出电路。电流驱动电路目的是提高电流输出能力,这里采用了推挽输出电路,且无交越失真,以克服实际使用环境中输出电流交变特性的影响[4,5,6]。

        

        2.1.3 漏电流传感器取电电路

        

        漏电流传感器取电模块包含穿心式互感器、感应线圈、整流桥、滤波电容、倍压电路(电荷泵)、稳压电容、单相二极管(反向漏电流非常非常小)、超级电容(储能池)、输出接口等部分。

        

        2.2 配电终端数据处理平台设计

        

        根据故障诊断算法性能要求采样率为6.4k,研制了基于ADI公司的双核数据处理平台,处理器采用ADI的高性能对称双核Blackfin处理器ADSP-BF606,每核主频高达500MHz,每个核内置两个16位MAC、两个40位ALU和一个40位桶形移位器,每个内核内置148KB的一级SRAM存储器和256KB二级SRAM。

        

        2.3 配电线路绝缘监测方法实现流程

        

        一二次融合设备检测方法包括10个步骤:准备工作,设备安装、传感器安装、传感器自校,无线通讯网络自组网,漏电流采集,数据预处理,无线传输,配电终端接收数据,漏电流数据的大数据分析,主站软件生成测试记录、报告,循环测试。再次检测可从第四个步骤漏电流采集开始进行。

        

        3 配电网线路绝缘状态在线监测与传统终端一体化设计应用

        

        为增加产品实用性及节约成本,在配电网架空线路中一般将线路绝缘状态监测与传统馈线终端功能融合在一起进行一体化设计(图4),这样不仅可实时监测线路的绝缘状态,做到慢性绝缘故障的预警,而且可以应对突发性绝缘故障,做到及时告警、切除故障线路[4]。

        

        控制器的结构特点:非金属外壳特形结构(抗凝露)、杆上抱箍式安装(简单、牢固)、IP67防护等级(可浸水工作)、体积小巧(整机重量小于12kg)、全航空插头连接(简便、密封、牢靠)、定值窗检查维护方便。

        

        4 结语

        

        本文所述线路绝缘状态在线监测方法,在对配电线路进行绝缘检测时操作简单、在线检测,能够实时检测出配电线路的绝缘情况;漏电流传感器将获取的漏电流数据通过配电终端上传至主站,测试结果可信息化管理,还能够进行大数据分析,提高了测试的准确度。

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