國網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司 張 攀 劉 智 胡 煥 羅 恒

目前，市場上的消諧電阻器測試儀種類繁多，但多數(shù)測試儀只能實(shí)現(xiàn)部分參數(shù)的自動檢測，無法滿足全量程測試的需求。例如，KDZD3000X消諧電阻器參數(shù)測試儀能夠自動檢測消諧器在電流峰值為0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA時的電壓峰值或有效值，而REKE3000X消諧電阻器參數(shù)測試儀則能自動測量伏安特性，并繪制出消諧器伏安特性曲線圖。這些測試儀雖然具有一定的自動化程度，但在測試范圍和精度上仍有提升空間。為了解決這一問題，本文提出一種非線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)，在中性點(diǎn)和地之間串聯(lián)非線性電阻器，以消除諧振現(xiàn)象，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 非線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)設(shè)計概述

消諧器的基本原理。消諧器利用電流相位關(guān)系來抵消諧波，在電力系統(tǒng)中，諧波會導(dǎo)致電流的相位發(fā)生扭曲，使得電流與電壓之間的相位差增大[1]。消諧器通過并聯(lián)合適大小的電容器到諧波源旁路，使得電容器的電流與諧波源電流具有相反的相位。如此，兩者在相位上相互抵消，從而減小或消除了諧波的影響。

非線性電阻型消諧器的特點(diǎn)。非線性電阻型消諧器確實(shí)具有優(yōu)異的高溫耐性。如SDR-YCX一次消諧器采用電氣性能優(yōu)異的SiC為基材，這種材料經(jīng)過上千攝氏度的高溫?zé)Y(jié)而成。這表明SiC基材的消諧器具有極高的高溫穩(wěn)定性，能夠在極端高溫環(huán)境下保持其電氣性能不受影響。在電力系統(tǒng)中，由于許多設(shè)備需要在高溫環(huán)境下運(yùn)行，雙壁熱縮管雖然主要用于電線保護(hù)，但其耐高溫特性也間接說明了在高溫環(huán)境下對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的重要性。然而，雙壁熱縮管主要針對電線，而線性電阻型消諧器則是專門設(shè)計用于電力系統(tǒng)，以消除非線性諧振、限制涌流等問題。因此，線性電阻型消諧器因其優(yōu)異的高溫耐性，成為電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

全量程測試系統(tǒng)的設(shè)計思路。對傳感器進(jìn)行設(shè)計與分析，通過有限元分析方法建立傳感器電磁場仿真模型，分析傳感器電場和磁場參數(shù)，并改變傳感器尺寸和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化，設(shè)計電路系統(tǒng)和測量氣室時，應(yīng)實(shí)現(xiàn)物理隔離，確保本質(zhì)安全。從全局到局部的思路去設(shè)計測試用例，明確測試任務(wù)，規(guī)范測試行為，對測試系統(tǒng)的性能進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，合理配置硬件資源，并編寫相應(yīng)的軟件代碼來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

2 非線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)

2.1 非線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)項(xiàng)目現(xiàn)狀及必要性

鐵磁諧振問題不容忽視。在特定條件下，鐵磁諧振現(xiàn)象會導(dǎo)致電網(wǎng)的三相對地電壓出現(xiàn)波動，不僅影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，更在嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致弱絕緣設(shè)備的損壞，進(jìn)而引發(fā)事故。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)間隙性接地或接地消失時，相對地電壓會產(chǎn)生低頻自由分量[2]。這種分量會使YO接線的壓變進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，導(dǎo)致一次線圈中通過大量的涌流，進(jìn)而造成壓變?nèi)劢z熔斷或設(shè)備損壞。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，業(yè)界已經(jīng)探索了多種防止壓變鐵磁諧振的方法。其中，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在壓變中性點(diǎn)與地之間串接非線性電阻型消諧器是一種有效的策略。這種消諧器不僅能消除壓變的飽和諧振，還能限制涌流，同時又不影響壓變的正常運(yùn)行。因此，確保非線性電阻型消諧器的正常工作對于電網(wǎng)的安全運(yùn)行是勢在必行的。

2.2 測試精度不足問題突出

在6～35kV壓變中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)中，電磁式電壓互感器（壓變）的廣泛應(yīng)用帶來了一系列運(yùn)行問題，其中尤以鐵磁諧振和低頻自由分量引起的涌流最為突出。這主要可以歸咎于該系統(tǒng)內(nèi)包含的測量電路以及信號處理算法不夠成熟完善[3]。在實(shí)際運(yùn)作過程中，測量電路可能會受到周邊環(huán)境溫度、濕度等外部因素對電氣參數(shù)產(chǎn)生不當(dāng)影響，進(jìn)而導(dǎo)致測量的精準(zhǔn)度受到負(fù)面沖擊。鑒于信號處理算法在面對微弱信號或者復(fù)雜干擾時，有可能無法有效地提取并反映出真實(shí)的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步惡化了測量的精確性。這種精度上的不足，無疑將使消諧器的性能評估和優(yōu)化設(shè)計過程遭受重大的困難，甚至還可能造成消諧器在實(shí)際應(yīng)用中無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的良好效果。

2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性堪憂

穩(wěn)定堪稱是測試系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，但不幸的是，線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)在此方面同樣飽受困擾。系統(tǒng)不穩(wěn)定性主要體現(xiàn)為兩個方面，第一是測量結(jié)果復(fù)現(xiàn)性的差距頗大，也就是說對于相同的消諧器進(jìn)行多次測量，所得出的結(jié)果之間存在著相當(dāng)?shù)牟町悾黄浯问窍到y(tǒng)容易受到外部干擾的侵?jǐn)_，譬如電磁干擾、機(jī)械振動等，均可能致使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。這些問題的存在，不僅僅損害了測試系統(tǒng)的可信度，更是為消諧器的性能評估增添了莫大的難題。

2.4 操作復(fù)雜耗時

在操作層面上，線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)亦略顯不足。系統(tǒng)的操作界面流露出的親和力尚待提高，參數(shù)設(shè)定與測量過程頗為復(fù)雜，對非專業(yè)使用者構(gòu)成了較高的技術(shù)門檻。而且系統(tǒng)的測試流程較為煩冗，需要經(jīng)歷多重環(huán)節(jié)的測量和校準(zhǔn)過程，因此測試周期相對較長。上述問題，不僅降低了工作效率，也抬升了操作成本。

3 非線性電阻型消諧器全量程測試系統(tǒng)成果輸出

3.1 升級測量電路與元器件，改進(jìn)信號處理算法

非線性電阻型消諧器采用更高精度的測量電路和元器件，以降低環(huán)境溫度、濕度等外部因素對電氣參數(shù)的影響。優(yōu)化電路布局，在元器件選擇上，應(yīng)優(yōu)先選擇性能穩(wěn)定、精度高的元器件[4]?？梢酝ㄟ^檢查有極性的元器件，如發(fā)光二極管、電解電容、整流二極管等，以及三極管的管腳是否對應(yīng)，來構(gòu)建一個全新的測量電路。該電路具有更寬的帶寬、更高的精度和更好的穩(wěn)定性，能夠準(zhǔn)確地捕捉和分析消諧器在各種工況下的電氣參數(shù)。

對于低強(qiáng)度信號及復(fù)雜干擾問題，在獲取到的信號之中，常常不可避免地包含有形形色色的噪聲，諸如達(dá)到尖峰條件的高斯白噪聲以及突出的脈沖噪聲，等等。這些不必要的噪聲無疑將會對信號的精確提取與深入分析形成阻礙。為此，在經(jīng)過改良的信號處理算法中，采納了一種利用小波變換技術(shù)進(jìn)行噪聲抑制的策略。具體來講，需要先從眾多可能的小波基當(dāng)中挑選出最適宜的一組，并選定適當(dāng)?shù)姆纸鈱哟芜M(jìn)行信號的小波分解，接著再對分解出來的小波系數(shù)運(yùn)用閾值處理，以便刪除那些與噪聲有關(guān)聯(lián)的小波系數(shù)，

最終，采用小波重構(gòu)，從而得到一份去除了噪聲污染的干凈信號。舉例說明，假設(shè)接收的原始信號是含有一個位于1000Hz頻率處的目標(biāo)信號以及高斯白噪聲。這時，便可以選用db4小波基來對該信號實(shí)施三層分解。隨后，針對小波系數(shù)實(shí)施閾值處理，將那些同噪聲相關(guān)的小波系數(shù)予以刪除。值得注意的是，在設(shè)定閾值水平時，選取了25dB/Hz這個數(shù)字作為參考標(biāo)準(zhǔn)。最后，增強(qiáng)利用小波重構(gòu)這一環(huán)節(jié)，成功地還原出經(jīng)過噪聲消除處理之后的信號，將增強(qiáng)后的信號功率譜輕松變回時域信號。

3.2 完善機(jī)械性能測試方法，加強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性測試

模擬不同程度的震動環(huán)境，如運(yùn)輸過程中的顛簸、現(xiàn)場使用時的輕微震動等，觀察儀器的工作狀態(tài)和性能是否受到影響。對儀器進(jìn)行跌落、碰撞等沖擊測試，檢驗(yàn)其外殼、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及元器件的抗沖擊能力。對儀器的輸入輸出接口、按鍵增強(qiáng)、顯示屏等連接部件進(jìn)行插拔、按壓等操作，確保其在長時間使用過程中不會松動或損壞。

針對ZXQX-A01消諧電阻器參數(shù)測試儀，在-20℃～+50℃的范圍內(nèi)，對儀器進(jìn)行高低溫交變測試，觀察其在此溫度范圍內(nèi)的性能指標(biāo)變化情況。特別關(guān)注在極端溫度下儀器的啟動、運(yùn)行和關(guān)閉過程是否正常。在-20℃～+50℃的范圍內(nèi)，對儀器進(jìn)行高低溫交變測試，觀察其在此溫度范圍內(nèi)的性能指標(biāo)變化情況。特別關(guān)注在極端溫度下儀器的啟動、運(yùn)行和關(guān)閉過程是否正常。模擬沙塵、雨水等惡劣環(huán)境，對儀器的外殼密封性能進(jìn)行測試，確保其在實(shí)際應(yīng)用中能夠抵御外部環(huán)境的侵蝕。

3.3 優(yōu)化測試流程與參數(shù)設(shè)置，引入自動化與智能化技術(shù)輔助測試

為了驗(yàn)證改進(jìn)信號處理算法的有效性，采用了不同信噪比和不同干擾條件下的線性電阻型消諧器測試數(shù)據(jù)。將消諧器與ZSXQ-V消諧電阻器測試儀連接，確保測試夾與消諧器的高壓端和接地端正確連接。接著，將測試儀接入220V交流電源，打開電源開關(guān)，等待儀器軟件啟動完成并進(jìn)入測試界面。在測試界面中，根據(jù)消諧器的規(guī)格和測試要求，設(shè)置合適的測試參數(shù)。

例如，選擇電流測量檔位（如0.3mA、0.5mA、1.0mA等），以及電壓測量類型（如電壓峰值或峰值√2）。這些參數(shù)的設(shè)置應(yīng)確保覆蓋消諧器的全量程范圍。點(diǎn)擊“開始”按鈕后，系統(tǒng)將自動按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行測試。測試儀將依次輸出不同的電流值，并測量對應(yīng)的電壓值。測試過程中，系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時顯示當(dāng)前的電流、電壓值以及測試進(jìn)度。在測試過程中，如遇異常情況（如輸出電壓超出范圍、測試線連接不良等），系統(tǒng)應(yīng)自動停止測試并提示錯誤信息。測試完成后，系統(tǒng)應(yīng)自動計算并顯示消諧器的伏安特性曲線圖，以及各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)。通過編程實(shí)現(xiàn)測試流程的自動化，提取關(guān)鍵信息并生成診斷報告。電阻值測試情況見表1。

表1 電阻值測試情況

在不同信噪比和干擾條件下，通過對電流和電壓的測量，計算得到的電阻值均落在預(yù)期范圍內(nèi)，且被標(biāo)記為“合格”。這說明在給定的測試環(huán)境和參數(shù)下，電阻的性能是穩(wěn)定且可靠的。無論是在無干擾、輕微干擾還是中等干擾的條件下，電阻值數(shù)值都相對穩(wěn)定，該批次電阻器在不同工作環(huán)境下的性能表現(xiàn)是滿足要求的。將自動化與智能化技術(shù)引入線性電阻型消諧器的全量程測試系統(tǒng)中，可以大幅度提高測試效率。

4 結(jié)語

通過概述系統(tǒng)的基本原理，識別了原有測試系統(tǒng)存在的關(guān)鍵缺陷，這些缺陷在一定程度上限制了測試的精確度和效率。為了解決這些問題，提出了一系列優(yōu)化策略，經(jīng)過優(yōu)化后的系統(tǒng)展現(xiàn)出了更寬的帶寬、更高的精度以及更為穩(wěn)定的性能，這使得系統(tǒng)能夠在各種工況下準(zhǔn)確捕捉和分析消諧器的電氣參數(shù)。特別是通過引入先進(jìn)的信號處理算法，成功地抑制了測試信號中的噪聲干擾，保障了測試數(shù)據(jù)的可靠性。