氧化鋅避雷器帶電測(cè)試實(shí)驗(yàn)

1、氧化鋅避雷器帶電測(cè)試實(shí)驗(yàn)課程名稱：電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)實(shí)驗(yàn)組員；張笑慶（信電09-8）丁慧慧（信電09-8） 王喜樂(lè)（信電09-8）朱星奎（信電09-8）目錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3三、 實(shí)驗(yàn)原理 3四、實(shí)驗(yàn)方法 4五、主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 4六、數(shù)據(jù)采集與分析步驟 51、數(shù)據(jù)采集52、符號(hào)意義53、波形采集64、波形還原75、分析96、小波分形10七、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 14一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、初步了解氧化鋅避雷器的內(nèi)部構(gòu)造；2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解判定氧化鋅避雷器性能優(yōu)劣的方法；3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握氧化鋅避雷器的故障特征和相應(yīng)的故障診斷方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別對(duì)三只氧化鋅避雷器進(jìn)行上電加壓實(shí)驗(yàn)，利用電流基波與

2、電壓基波的相位差來(lái)判斷氧化鋅避雷器故障狀態(tài)。三、實(shí)驗(yàn)原理避雷器是一種過(guò)電壓保護(hù)裝置，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高到避雷器規(guī)定的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作，釋放過(guò)電壓電荷，將電網(wǎng)電壓升高的幅值限制在一定的水平之下，從而保護(hù)設(shè)備絕緣不受損壞。避雷器按結(jié)構(gòu)分為保護(hù)間隙和管式避雷器、閥式避雷器、磁吹式避雷器和金屬氧化物避雷器。金屬氧化物避雷器（MON）又稱氧化鋅避雷器，是一種與傳統(tǒng)避雷器概念有很大不同的新型避雷器，區(qū)別在于：傳統(tǒng)的避雷器其內(nèi)部空氣間隙起著十分重要的作用，在正常運(yùn)行時(shí)，靠間隙將閥片與電源隔開(kāi)，出現(xiàn)過(guò)電壓，間隙才被擊穿，閥片放點(diǎn)泄流。而氧化鋅避雷器是用氧化鋅閥片疊裝而成，可以完全取消間隙，這解決了因間隙放電

3、時(shí)的限及放電穩(wěn)定性所引起的各種問(wèn)題。由于氧化鋅閥片具有非線性特性好的特點(diǎn)，從而是避雷器的特性和結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變。氧化鋅避雷器是以氧化鋅為主，并摻入Sb、Bi、Mn、Cr等金屬氧化物燒制而成。氧化鋅的電阻率為1-10/cm，晶界層的電阻率是1013-1014/cm，當(dāng)施加較低電壓時(shí)，晶界層近似絕緣狀態(tài)，電壓幾乎都加在晶界層，流過(guò)避雷器的電流只有微安級(jí)；電壓升高時(shí)，晶界層由高阻變低阻，流過(guò)的電流急劇增大。在交流電壓下，避雷器的總泄漏電流（全電流）包含阻性分量（有功分量）和容性分量（無(wú)功分量），在正常的運(yùn)行情況下，流過(guò)避雷器的主要為容性分量，阻性電流只占很小的一部分，約為百分之十到百分之二十，但當(dāng)

4、閥片老化時(shí)，避雷器受潮，內(nèi)部絕緣部件受損以及表面嚴(yán)重污穢時(shí)，容性電流變化不多，而阻性電流大大增加。阻性電流的變化對(duì)閥片初期；老化的反映較為靈敏。在運(yùn)行電壓下，測(cè)試全電流，阻性電流也可以在一定的程度上反映氧化鋅避雷器的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電流基波與電壓基波的相位差值小于75°時(shí)，表明氧化鋅避雷器（MON）已經(jīng)劣化，性能很差，應(yīng)停電實(shí)驗(yàn)，測(cè)量1mA下直流參考電壓及0.75倍直流參考電壓下的泄露電流。根據(jù)停電實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)決定是否替換避雷器。當(dāng)值大于75°時(shí)，認(rèn)為其正常，可繼續(xù)運(yùn)行。四、實(shí)驗(yàn)方法按照實(shí)驗(yàn)接線原理圖進(jìn)行接線，并認(rèn)真檢查，取下接地棒。通過(guò)操作控制箱輸入電源，轉(zhuǎn)動(dòng)器手輪，在避雷器上

5、施加一個(gè)較小的電壓，用來(lái)調(diào)節(jié)示波器。待示波器調(diào)試完成后，繼續(xù)升壓，同時(shí)觀察示波器的波形變化，保證波形不失真。完成后，將電壓降至零，然后用接地棒對(duì)避雷器進(jìn)行充分的放電，更換避雷器，重復(fù)上述步驟。五、主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、 操作控制箱TY2、 高壓實(shí)驗(yàn)變壓器B：TQSB（JZC）6/50型，輸入0200V，輸出050kV，6kVA3、 穿芯式電流互感器CT：LMZJ10.5型4、 氧化鋅避雷器：YH5WS17/50型5、 HYBL氧化鋅避雷器測(cè)試儀六、數(shù)據(jù)采集與分析步驟1、數(shù)據(jù)采集氧化鋅避雷器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為拍照所得，以下為拍照所得數(shù)據(jù)：2、符號(hào)意義：U0：實(shí)驗(yàn)電壓有效值，只含1、3、5、7次諧波I0：

6、總泄露電流有效值。IP：總泄露電流峰值 I3：總泄露電流3次諧波峰值。Irip：阻性電流峰值 Icip:容性電流峰值1：基波電流超前基波電壓相位差。 P1：MOA基本功耗3、波形采集氧化鋅避雷器的實(shí)驗(yàn)波形為拍照所得，以下為拍照所得波形：3、波形還原：波形為電壓和電流波形，將圖形放大后一格讀作一，電壓為一列，電流為一列，將數(shù)值記錄并存入excel表格，由圖形可以讀出200多組數(shù)據(jù)，然后通過(guò)matlab編程，將excel表格的數(shù)據(jù)讀入，描點(diǎn)作圖，畫(huà)出波形?！境绦颉?；clc;%清空屏幕clear;%清除工作空間變量N=222;%傅里葉分析時(shí)的點(diǎn)數(shù)c1=xlsread('dushu1.csv&

7、#39;);%讀入采樣信號(hào)c2=c1(:,1);%取采樣信號(hào)的第一列c3=c1(:,2)%取采樣信號(hào)的第二列plot(1:N),c2(1:N)%畫(huà)出波形圖hold onplot(1:N),c3(1:N)%畫(huà)出波形圖hold offgrid【波形圖】： 4、分析【程序】：function MOA_solution(filename,f)%f 采樣頻率，單位KHz%filename 待分析的CSV格式的文件名，放到MATLAB軟件安裝位置的work文件夾下%調(diào)用該程序的格式，在MATLAB命令窗口中輸入；function MOA_solution（'dfi.csv',10)Ua=0

8、;Ub=0;Ia=0;Ib=0;fid=fopen(filename);a1,count=fscanf(fid,'%g,%g',2,inf);file=a1;N=0.125*f*1000;%從第500個(gè)采樣點(diǎn)開(kāi)始，對(duì)一周期內(nèi)的采樣點(diǎn)進(jìn)行分析for i=200:1:2+floor(N) Ua=Ua+file(fid(:),1)*cos(2*pi*fid(:)/N); Ia=Ia+file(fid(:),2)*cos(2*pi*fid(:)/N);endfor j=200:1:2+floor(N) Ub=Ub+file(fid(:),1)*sin(2*pi*fid(:)/N); I

9、b=Ib+file(fid(:),2)*sin(2*pi*fid(:)/N);endPhu=-atan(Ub/Ua)*180/pi;Phi=-atan(Ib/Ia)*180/pi;%fai為所求的電壓和電流的相位差Fai=abs(Phu-Phi);if Fai>=90 Fai=180-Fai;endFai【結(jié)果】:仿真后得到的三次值分別為：76.0340°、88.8607°、78.6652°。經(jīng)過(guò)計(jì)算可看出電壓電流波形相差的相位值幾乎穩(wěn)定在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，通過(guò)查閱表格分析避雷器的性能優(yōu)劣。<75°75°79°79

10、6;83°83°87°>87°性能指標(biāo)差中良優(yōu)有干擾表MOA性能評(píng)價(jià)指標(biāo)參照表由上表可以看出，實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)3的MOA性能中，而實(shí)驗(yàn)二的MOA在實(shí)驗(yàn)時(shí)存在干擾，無(wú)法判斷性能優(yōu)劣。5、小波分形小波這一術(shù)語(yǔ)，顧名思義，“小波”就是小的波形。所謂“小”是指它具有衰減性；而稱之為“波”則是指它的波動(dòng)性，其振幅正負(fù)相間的震蕩形式。與傅里葉變換相比，小波變換是時(shí)間（空間）頻率的局部化分析，它通過(guò)伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)(函數(shù))逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，解決了傅里葉變換的困難問(wèn)題

11、，成為繼傅里葉變換以來(lái)在科學(xué)方法上的重大突破。有人把小波變換稱為“數(shù)學(xué)顯微鏡”。小波就是人們可以觀察到的最短、最簡(jiǎn)單的振動(dòng)。小波分析是傅里葉分析的重要發(fā)展，它既保留了傅氏理論的優(yōu)點(diǎn)，又克服了它的不足。小波分析是基于一簇由母波函數(shù)生成的“相似”函數(shù)子波而展開(kāi)的。分形理論是描述其有無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)形態(tài)的一門(mén)新興邊緣學(xué)科，研究的對(duì)象主要是一類具有“自相似性”、“自仿射性”的分形體。其分形度量為維數(shù)；從工程技術(shù)上講，從一個(gè)信號(hào)的局部可得到與整個(gè)信號(hào)一樣的細(xì)節(jié)，則該信號(hào)是具有分形特征的信號(hào)。利用小波窗進(jìn)行小波分形，觀察諧波的含量，圖形如下：實(shí)驗(yàn)1的電壓電流波形分解實(shí)驗(yàn)2的電壓電流波形分解實(shí)驗(yàn)3的電壓電流波形分解【結(jié)果】：電壓波形在中頻段的分量較多，具體為40Hz50Hz之間。電流波形的小波分解圖中高頻部分和低頻部分的分量均不多，電流波形中直流分量較大，此電流波形應(yīng)不是全電流波形。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本實(shí)驗(yàn)為氧化鋅避雷器帶電測(cè)試實(shí)驗(yàn)，課堂中簡(jiǎn)單地了解了避雷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，以及如何判斷性能優(yōu)劣。本實(shí)驗(yàn)中，知道了氧化鋅避雷器耐壓實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，以及氧化鋅避雷器與其他避雷器的異同點(diǎn)，掌握了氧化鋅避雷器的故障特征和相應(yīng)的故障診斷方法。通過(guò)對(duì)氧化鋅避雷器加壓實(shí)驗(yàn)，得到電壓與電流的波形。我們知道氧