氧化锌避雷器带电测试实验

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1、氧化锌避雷器带电测试实验课程名称：电气设备故障诊断技术实验组员；笑庆（信电 09-8）丁慧慧（信电 09-8）王喜乐（信电 09-8）朱星奎（信电 09-8）目录一、实验目的3二、实验容 3三、实验原理3四、实验方法4五、主要实验仪器设备4六、数据采集与分析步骤51、数据采集52、符号意义53、波形采集64、波形还原75、分析96、小波分形10七、实验总结 14一、实验目的1、初步了解氧化锌避雷器的部构造；2、通过实验了解判定氧化锌避雷器性能优劣的方法；3、通过实验掌握氧化锌避雷器的故障特征和相应的故障诊断方法。二、实验容分别对三只氧化锌避雷器进行上电加压实验，利用电流基波与电压基 波的相位差

2、 来判断氧化锌避雷器故障状态。三、实验原理避雷器是一种过电压保护装置，当电网电压升高到避雷器规定的动作 电压时，避雷器动作，释放过电压电荷，将电网电压升高的幅值限制在一 定的水平之下，从而保护设备绝缘不受损坏。避雷器按结构分为保护间隙和管式避雷器、阀式避雷器、磁吹式避雷 器和金属氧化物避雷器。金属氧化物避雷器（MON ）又称氧化锌避雷器，是一种与传统避雷器概念有很大不同的新型避雷器，区别在于：传统的避 雷器其部空气间隙起着十分重要的作用，在正常运行时，靠间隙将阀片与 电源隔开，出现过电压，间隙才被击穿，阀片放点泄流。而氧化锌避雷器 是用氧化锌阀片叠装而成，可以完全取消间隙，这解决了因间隙放电时

3、的 限及放电稳定性所引起的各种问题。由于氧化锌阀片具有非线性特性好的 特点，从而是避雷器的特性和结构发生了重大改变。氧化锌避雷器是以氧化锌为主，并掺入Sb、Bi、Mn、Cr 等金属氧化物烧制而成。氧化锌的电阻率为1-10 /cm，晶界层的电阻率是 1013-1014 /cm，当施加较低电压时， 晶界层近似绝缘状态， 电压几乎都加在晶界层， 流过避雷器的电流只有微安级；电压升高时，晶界层由高阻变低阻，流过 的电流急剧增大。在交流电压下，避雷器的总泄漏电流（全电流）包含阻性分量（有功 分量）和容性分量 （无功分量） ，在正常的运行情况下， 流过避雷器的主要 为容性分量，阻性电流只占很小的一部分，约

4、为百分之十到百分之二十， 但当阀片老化时，避雷器受潮，部绝缘部件受损以及表面严重污秽时，容 性电流变化不多，而阻性电流大大增加。阻性电流的变化对阀片初期；老 化的反映较为灵敏。在运行电压下，测试全电流，阻性电流也可以在一定 的程度上反映氧化锌避雷器的运行状态。当电流基波与电压基波的相位差 值小于 75时，表明氧化锌避雷器（ MON ）已经劣化，性能很差，应停电实验，测量1mA 下直流参考电压及 0.75 倍直流参考电压下的泄露电流。 根据停电实验结果来决定是否替换 避雷器。当 值大于 75时，认为其正常，可继续运行。四、实验方法按照实验接线原理图进行接线，并认真检查，取下接地棒。通过操作 控制

5、箱输入电源，转动器手轮，在避雷器上施加一个较小的电压，用来调 节示波器。 待示波器调试完成后， 继续升压， 同时观察示波器的波形变化， 保证波形不失真。完成后，将电压降至零，然后用接地棒对避雷器进行充 分的放电，更换避雷器，重复上述步骤。五、主要实验仪器设备1、操作控制箱 TY2、高压实验变压器 B：TQSB（JZC）6/50 型，输入 0200V，输出 050kV，6kVA3、穿芯式电流互感器 CT：LMZJ10.5 型4、氧化锌避雷器： YH5WS 17/50 型5、HYBL氧化锌避雷器测试仪六、数据采集与分析步骤1、数据采集氧化锌避雷器的实验数据为拍照所得，以下为拍照所得数据：2、符号意

6、义：U0：实验电压有效值，只含 1、3、5、7 次谐波 I0：总泄露电流有效值。I P：总泄露电流峰值I 3：总泄露电流 3 次谐波峰值。I rip ：阻性电流峰值Icip:容性电流峰值 1 ：基波电流超前基波电压相位差。P1： MOA 基本功耗3、波形采集氧化锌避雷器的实验波形为拍照所得，以下为拍照所得波形：3、波形还原： 波形为电压和电流波形，将图形放大后一格读作一，电压为一列，电 流为一列，将数值记录并存入 excel 表格，由图形可以读出 200 多组数据， 然后通过 matlab 编程，将 excel 表格的数据读入，描点作图，画出波形。 【程序】； clc;% 清空屏幕 clear

7、;%清除工作空间变量N=222;% 傅里叶分析时的点数 c1=xlsread(dushu1.csv);% 读入采样信号 c2=c1(:,1);% 取采样信号的第一列 c3=c1(:,2)% 取采样信号的第二列 plot(1:N),c2(1:N)% 画出波形图 hold onplot(1:N),c3(1:N)% 画出波形图hold offgrid【波形图】：文档4、分析【程序】：function MOA_solution(filename,f)%f 采样频率，单位 KHz%filename 待分析的 CSV格式的文件名，放到 MATLAB软件安装位置的 work 文件夹下%调用该程序的格式，在

8、MATLAB命令窗口中输入； function MOA_solution ( dfi.csv,10)Ua=0;Ub=0;Ia=0;Ib=0; fid=fopen(filename);a1,count=fscanf(fid,%g,%g,2,inf);file=a1;N=0.125*f*1000;%从第 500个采样点开始，对一周期的采样点进行分析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)

9、Ub=Ub+file(fid(:),1)*sin(2*pi*fid(:)/N);Ib=Ib+file(fid(:),2)*sin(2*pi*fid(:)/N);endPhu=-atan(Ub/Ua)*180/pi;Phi=-atan(Ib/Ia)*180/pi;%fai 为所求的电压和电流的相位差Fai=abs(Phu-Phi);if Fai=90Fai=180-Fai;endFai【结果】 :仿真后得到的三次 值分别为： 76.0340、 88.8607、 78.6652。经过计算可看出电压电流波形相差的相位值几乎稳定在一个固定的围，通过查阅表格分析避雷器的性能优劣。87798387性能指

10、标差中良优有干扰表 MOA 性能评价指标参照表由上表可以看出，实验 1 和实验 3 的 MOA 性能中，而实验二的 MOA 在实验时存在干扰，无法判断性能优劣。5、小波分形小波这一术语，顾名思义， “小波 ”就是小的波形。所谓 “小”是指它具 有衰减性； 而称之为 “波 ”则是指它的波动性， 其振幅正负相间的震荡形式。 与傅里叶变换相比，小波变换是时间（空间）频率的局部化分析，它通过 伸缩平移运算对信号 （函数 ）逐步进行多尺度细化，最终达到高频处时间细 分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析的要求，从而可聚焦到信 号的任意细节，解决了傅里叶变换的困难问题，成为继傅里叶变换以来在 科学方法

11、上的重大突破。有人把小波变换称为 “数学显微镜 ”。小波就是人们可以观察到的最短、最简单的振动。小波分析是傅里叶 分析的重要发展，它既保留了傅氏理论的优点，又克服了它的不足。小波 分析是基于一簇由母波函数生成的“相似”函数子波而展开的。分形理论是描述其有无规结构的复杂系统形态的一门新兴边缘学科， 研究的对象主要是一类具有“自相似性” 、“自仿射性”的分形体。其分形 度量为维数；从工程技术上讲，从一个信号的局部可得到与整个信号一样 的细节，则该信号是具有分形特征的信号。利用小波窗进行小波分形，观察谐波的含量，图形如下：实验 1 的电压电流波形分解实验 2 的电压电流波形分解实验 3 的电压电流波

12、形分解【结果】：电压波形在中频段的分量较多，具体为40Hz 50Hz 之间。电流波形的小波分解图中高频部分和低频部分的分量均不多，电流波形中直流分量 较大，此电流波形应不是全电流波形。七、实验总结本实验为氧化锌避雷器带电测试实验，课堂中简单地了解了避雷器的 部结构，工作原理，以及如何判断性能优劣。本实验中，知道了氧化锌避 雷器耐压实验的过程，以及氧化锌避雷器与其他避雷器的异同点，掌握了 氧化锌避雷器的故障特征和相应的故障诊断方法。通过对氧化锌避雷器加压实验，得到电压与电流的波形。我们知道氧 化锌避雷器中可以看成含有容性阻抗和阻性阻抗，全波电流中含有容性电 流和阻性电流。通过得到的基波电流超前基波电压的相位差，与避雷器性 能判据表中数据进行比较，判断出氧化锌避雷器的性能优劣。实验中运用小波分形方法，对波形进行分离，研究其中所含成分，如 本实验中小波的图形，通过各次波形的对比可以看到不同之处。总之，本次实验对于避雷器有了进一步的认识，绝缘性能的优劣有了 进一步的探讨。