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摘要：为了带电检测氧化锌避雷器的绝缘状态，设计了一台在运行电压下检测避雷器绝缘性能的测试仪器。该仪器通过采集线路电压互感器的计量电压来计算避雷器的阻性电流，进而判断氧化锌避雷器绝缘性能的优劣。仪器主要由STM32嵌入式微处理器控制，实现对氧化锌避雷器运行状态下阻性电流的测量、数据存储和实时数据显示的功能。试验表明，系统运行稳定可靠，可满足带电检测避雷器整体绝缘性能的要求，为避雷器带电检测的应用提供了依据，并对带电检测氧化锌避雷器阻性电流的研究具有重要的理论意义和实践价值。
关键词：避雷器，阻性电流，带电检测
引言
氧化锌避雷器(MOA)是现代电力系统中过电压保护的重要器件。由于长期工作在室外，其内部很容易老化以及受潮，这不仅影响氧化锌避雷器的工作效果，更容易引起事故。为保证其发挥正常作用，需要定期进行检测。即在停电的直流试验项目上，再增加使用试验变加压的阻性电流测试，则愈加凸显出各种弊端，同时也不利于系统以及电网的迅速发展。因此，本项目设计一台在运行电压下检测氧化锌避雷器阻性电流的测试仪器，它通过无线传感技术解决常规带电测试仪所面临的的接线及抗干扰问题，明显提高试验结果的准确度、试验安全性和工作效率，便于对避雷器开展定期的带电测试工作，根据测试结果进行分析，以便能够对异常设备开展实时性的跟踪监视，准确分析缺陷的发展状况，便于做出合理的检修计划，因此具有较高技术先进性和较好的实用性。
1工作原理
氧化锌避雷器通常采用氧化锌阀片的绝缘结构，阻性电流是衡量避雷器绝缘性能优劣最直接、有效的参数，在设备的运行过程中准确检测阻性电流的大小尤为重要。因此，本仪器采用了嵌入式计算机系统，具备极强的数学运算功能，并且专门设计和使用了一种以快速傅里叶变换（FFT）为核心的纯数学方法，来准确求取全电流中阻性电流的分量。即取线路PT的二次计量电压信号，通过无线发射装置，将电压信号传输到控制主机，经过数模转换模块将模拟信号转换为数字信号，再由控制器根据电压、相位以及避雷器全电流计算出阻性电流。
2硬件部分
该检测仪采用模块化设计结构，主要由控制系统模块、数模转换模块、无线通讯模块、液晶显示模块和快速接线装置五部分构成。
2.1控制系统模块
嵌入式微处理器模块是检测仪的核心部件，具备强大的数据处理及端口控制功能。阻性电流测试仪的信号处理模块采用目前性能最优良的32位数字信号处理芯片，TI公司的STM32芯片，并根据其特点精心设计了核心及外围电路，对2812的功能进行了充分的扩展并预留相应的功能扩展接口，可以满足阻性电流带电检测仪的需要。微处理器硬件系统结构如图1。
图1硬件系统结构图
2.2数模转换模块
为了能准确的采集电流值，本系统选用片外高度集成CS5522模数转换器（A/D）,它采用电荷平衡技术达到24-bit的性能。本A/D有八个通道可以同时采集八组数据，内部还集成一个低输入电流、斩波稳定仪表放大器和一个可编程增益放大器，为了应用于低基准热电偶，芯片内还集成了一个电泵驱动电路来提供负偏置电压，满足本系统的精度要求。
2.3无线通讯模块
无线通讯模块是检测仪的关键部件，为了能够实时、准确的将采集到的电压信号传输的控制器，本仪器采用RS485无线通讯模块，此模块具有8个通道，传输距离达到800米，且为收发一体，数据收发自动转换，转换时间短，自动过滤空间电场磁场的干扰，长期使用可靠性好，故障率极低，满足该仪器测量中的要求，保证了数据的准确性。
2.4液晶显示模块
现场采集的电压以及从测试设备采集到避雷器的全电流经过微处理器处理分析，最后经液晶屏显示阻性电流的大小、全电流、运行电压、功率损耗以及相角，通过这些参数，仪器自动判断避雷器实时的绝缘状况。如图2所示。
图2液晶显示屏
2.5快速接线装置
由于现场中氧化锌避雷器泄漏电流表计安装位置较高，平均距地面约2.8米。绝大多数测试人员伸手无法直接触及表计，并且出于安全考虑，制度规定也不允许人员直接触碰避雷器泄漏电流表。尽管此表计处于地电位，泄流电流也只有几个毫安，但仍然是存在很大的安全隐患。介于此，本仪器采用一种快速接线工具。使用时，将绝缘伸缩杆的最上端与连接构件下端固定球插入连接，使绝缘伸缩杆与连接构件联为一体，通过旋转绝缘伸缩杆即可实现接线夹钳的加紧和松扣。绝缘伸缩杆内部布置电气连接测试线联结伸缩杆首尾：当绝缘伸缩杆全部缩回时，可将内部测试线多余部分由上端接线穿孔拉出，缠绕于绝缘伸缩杆周身；当绝缘伸缩杆全部展开时，电气测试线可全部置于伸缩杆内腔，同时电气测试线配有Φ4mm插头，可插于接线夹钳后部插口处。绝缘伸缩杆根部亦配有标准Φ4mm插口，仪器测试线插头可接于此处，即可实现仪器测试线与接线夹钳的电气联通。既可以达到快速接线的目的，又能避免安全危险，缩短工作时间，提高工作效率。如图1所示：
图3快速接线装置图
3软件部分
3.1嵌入式系统设计
本系统主要由按键功能处理、A/D采集、数据显示、数据存储和下位机通信等模块组成。键功能是对系统的“开始”、“停止”、“复位”以及相应参数的设定；A/D数模转换模块用于将电压隔离器采集的电压信号转换为数字信号通过无线传输模块送到微处理器进行分析；数据处理是将采集的电压值、微处理器处理分析的数据进行SD卡存储；下位机通信实现下位机对系统的控制，并将采集的数据在液晶屏上实时显示。整个系统程序运行稳定可靠、结构简单。主程序流程图如图5：
4数据分析
仪器调试完毕，进入现场测试，分别对三组避雷器进行了测试，数据如表1.
由表1可以看出，检测的阻性电流数据占全电流均小于20%，符合《输变电状态检修试验规程》要求，并且系统运行可靠，满足在运行电压下准确检测阻性电流的要求。
5结论
该氧化锌避雷器阻性电流监测仪可以带电检测阻性电流判断避雷器的绝缘性能，解决了氧化锌避雷器运行状态下阻性电流无法测量的难题。
运行经验及研究结果表明，虽然带电检测阻性电流为现场测试带来了很多便利，但是其不能实时的在线监测避雷器的运行状况，需要后期进一步研究出可以在线和离线两用的设备，从而更好的监测避雷器的绝缘性能。
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