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10kV线路多腔室避雷器测试仪设计

一、毕业论文（设计）应完成的内容及要求

（一）主要内容

1.确定研究范围。对10kV线路多腔室避雷器测试仪的研究范围进行界定，搜集相关研究的文献资料；到相关实验室进行试验，了解多腔室避雷器性能测试的难点。通过调研，确定该项目研究范围，分析该项目的设计内容，要实现的主要功能。

2.制定研究方案。选择不同型号的避雷器作为参考，按照避雷器的不同需求分析定制方案，列出可选方案，实现对避雷器性能的测试。

3.系统设计实现。搭建实验器材和采用ATP软件，设计实现对10kV多腔室避雷器性能测试和故障分析。至少应具备以下功能：

（1）能够设计实现10kV多腔室避雷器故障的分析；

（2）运用ATP软件对其仿真调试；

（3）能够进行人机操作；

（4）具有相应的保护措施；

（二）主要任务要求

1.实地调研并了解不同避雷器的性能参数情况，进行文献资料收集，现状综述，数据采用图表表示，在分析调研资料的基础上完成本项目的研究任务。

2.设计思路要清晰，基本技术手段选择要正确，计算过程正确，图纸符合国标，完成的功能要丰富，方法可行，系统具有功能可拓展性。

3.毕业论文观点新颖，论据充分，论述详尽，逻辑严密，结构严谨。查阅参考文献要达到30篇以上，精选参考文献15篇以上，且文献尽量是在5年内文献，文献含著作、网络文献、论文等，含3-5篇外文文献。结合自我理解提出创新观点，并完成符合要求的开题报告。

4.论文整体内容要协调，前后观点要一致，主次分明。摘要和内容、目录与内容要一致。

5.最终完成毕业设计和论文定稿，论文按学校本科毕业论文规范要求撰写，含中英文摘要、关键词、目录、正文、参考文献、附录（可选）、致谢，正文字数不少于8000字。

6.毕设和论文完成后应严格按照学校统一要求进行装订，答辩后按照要求提交论文全套资料。

二、毕业论文（设计）应完成的成果形式（包括各种说明书、图纸等）1.《10kV线路多腔室避雷器测试仪设计》硬件设计，软件仿真；

2.《10kV线路多腔室避雷器测试仪设计》毕业论文定稿；

3.《10kV线路多腔室避雷器测试仪设计》全套毕设资料。

三、毕业论文（设计）的进度安排

2021-10-30—2021-11-19：确定选题，下达任务书

2021-11-20—2021-12-03：查阅资料，调查研究，拟定毕设研究内容和实现的功能，论文写作大纲，撰写开题报告

2021-12-04—2022-03-11：完成论文初稿

2022-03-12—2022-04-10：修改初稿并形成定稿、论文查重

2022-04-11—2022-04-22：开展毕业设计评阅

2022-04-23—2022-04-30：答辩

2022-05-01—2022-05-31：论文档案材料整理存档

 

摘要

多腔室避雷器是一种新型过电压保护器件，普遍应用于电力系统。由于该装置的特点是可以在高压线长时间运行，这些装置可能会对其他电气机器的安全操作造成威胁，因为这些装置会出现闪络和失误。因此，有必要对它的使用进行一定时间的查看与保养，以防止多重电压引爆。推测装置的性能优劣，特别是分析其电压冲击和工频续流时间，对于数以万计的模拟信号转换为低压数字信号，这是所必不可少的要求。

本文分析了多腔室避雷器的工作原理和功能特性，用工频续流和雷电冲击电压试验方法进行测试。按照行业的技术标准以及技术要求，设计一款了多腔室避雷器测试仪。系统的硬件包括调压器调整模块、电压信号采集电路、工频续流测量电路、时序控制电路、接口电路等部分。针对硬件设计的各个部分，采用PLC设计了相应的软件程序。

本文所设计的测试仪，经过使用，性能稳定，基本功能也满足需要。

关键词：多腔室避雷器；雷电冲击；谐波分析；工频续流；LC振荡回路

 

目录

1绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2多腔室测试仪的研究目的和意义 1

1.3多腔室避雷器测试仪的现状 2

1.4本文的主要工作及内容安排 2

2多腔室避雷器工作原理及功能特性 4

2.1多腔室电弧的基本特性 4

2.2多腔室避雷器工作原理 5

2.3多腔室避雷器功能特性 6

3多腔室避雷器测试仪硬件系统设计 8

3.1硬件系统总体设计 8

3.2200kV冲击电压回路设计 8

3.310kV工频振荡回路设计 12

3.4LC振荡回路功率器件的选型 15

4多腔室避雷器测试仪软件系统设计 17

4.1软件系统总体设计 17

4.2软件模块 17

4.3光纤通信设计 20

4.4时序控制设计 20

5测试与总结 23

5.1测试结果及分析 23

5.2总结 24

6结语 25

参考文献 26

致谢 27

1绪论

 

1.1课题研究背景

由于我国配网电气设备多、分布广并且线路自身绝缘水平较低，容易遭受雷击，常常导致电网不能安全运行。据可靠统计，在一些地区，由雷暴造成的跳闸事故非常频率，也不好预防，占正常跳闸总数的30%至60%。在地势险峻、雷雨多发的地区，雷击率的机会会普遍高一点。因此，为了确保系统的正常运作和稳定，必须加强对配网线路的防雷保护。

根据运行经验表明，在线路上安装防雷装置，是最安全科学的防雷渠道之一，但要大尽可能地减少雷击跳闸率的发生频次，就必须在所有的杆塔上，进行线路避雷器装置的配置。由于我国电力供应的范围尤为广泛，线路上安装防雷装置的开支费用很高，因此安装这种装置，通常不会在很少发生雷击的地方进行，必须在雷患地区有选择性地进行，但雷击事件难以绝对避免。近几年，随着配电网结构的加强、继电保护装置的普遍应用和优化，防雷保护间隙成为研究热点，其中并联间隙能够保证线路的绝缘不遭受雷击破坏，并具有结构简单、安装方便及成本低等优点，得到了重视。但并联间隙无法避免雷击跳闸的发生，且并联间隙的电弧灼烧会对绝缘子和导线产生危害，其导弧性能仍需改进。结合并联间隙的特点，并未防止雷击跳闸，俄罗斯曾成功开发出灭弧室绝缘子避雷器，可自动关闭灭弧，其框架组织看起来较容易，具有高气流的特性。但该避雷器的灭弧机理、适用环境、与线路绝缘子的绝缘配合等方面未见深入研究，我国特别是南方地区处于低纬度高落雷密度，气候环境及应用标准的差异使得该避雷器不能直接应用。

本课题所测试的多腔室避雷器，是在空气绝缘被击穿后建立电弧，与此同时，在腔室电弧的作用下，生成非常高的压力，启动吹弧系统，然后等待电弧熄灭关闭，这是一个很短的过程，不会在启动辅助保护装置的同时，释放雷电流，从而大大提高其电力安全性。并且空气具有良好的自我恢复绝缘性能，可以承受住多次雷击。

1.2多腔室测试仪的研究目的和意义

多腔室避雷器是输电线路上的重要设备，它的正常运行对输电线路的安全供电尤为重要。随着时代的发展，多腔室避雷器以其保护装置结构简单、不需接地、具有自清洁性能，动作电压高，雷电耐受能力强，工频续流遮断能力等优势，逐渐取代电力系统中的多余过电压保护装置。自新世纪以来，市场上广为流通线路多腔室避雷器，已在电力系统中使用。尽管这些装置能发挥出优势性能，但人们越来越担心长期充电的多腔室避雷器，会遭到一定程度的毁坏，以及非线性特征是否已经改变。因此，加强对多腔室避雷器的测试十分有意义。

多腔室避雷器工作中存在的劣化、污秽和过压等因素将会损害多腔室电弧的性能，并且直接对电力系统的安全运行产生危害。为了保证多腔室避雷器可以在正常的状态性能下工作，对其进行测试是十分重要的。

1.3多腔室避雷器测试仪的现状

针对多腔室避雷器检测的重要性，专业人员做了大量的试验，总结出，多腔室避雷器的检测方式，如今主要分为两类：带电测试和在线检测。

对于带电测试。也就是说，在带电的静态安置下。检测多腔室避雷器装置的运作，带电测试可以有效发现多腔室内部是否老化以及检测吹弧能力，从而对多腔室的绝缘效果做出判断。在线检测和离线检测是带电测试的两种方式。

在线检测是指在不切断电网电压的情况下，对于多腔室避雷器装置来说，衡量其在雷电撞击下的工作状态，以及在这种工作状态下，其工频续流的运作水平如何。

离线检测是指使用高压试验变压器的情况下，对于多腔室避雷器装置来说，加一个预设的电压在其两端，衡量在这种工作状态下，其雷电冲击电压及其工频续流遮断能力。

通过带电测试的基础上发展起来的在线检测，利用现代化技术来实现系统需要的，基于现实情况，可以针对电网系统的条件。专门对多腔室避雷器的具体信息，实行详细的控制。专业技术工作者能够依据全面的信息，展开推测，从而为了更好地组织机械地养护，于是，这样就可以更进一步的节省养护的支出，从而保证供电系统的稳定程度。这样做的目的，能够尽可能地防止该装置在雷电情况下失效。

为了保证这个装置能够有效地运作，及时对电气设备进行控制。这不仅能够揭示出设备绝缘的正常模式，而且还可以不断电的情况下，最大程度地降低停电的消耗。但是因为避雷器在工作状态下异常的电气信号，支持的波动幅度大，易受现场电磁干扰，使得采集的信息复杂，并且其发展速度也较缓慢。

1.4本文的主要工作及内容安排

根据当前国内市场多腔室避雷器测试仪的空白，本课题依据武汉水院电气有限责任公司试验需要，按照行业的技术标准以及技术要求，设计了一款可靠实用的多腔室避雷器测试仪。

第一章为绪论，简要介绍测试仪的研究背景和意义，以及多腔室避雷器检测方法的研究现状，并介绍本文的研究内容。

第二章为多腔室避雷器工作原理及功能特性，分析多腔室电弧的基本特性，讲述多腔室避雷器的工作原理及优点。

第三章为多腔室避雷器测试仪的硬件系统设计，建立基于200kV冲击电压回路和10kV工频振荡回路的测试平台。

第四章为多腔室避雷器测试仪的软件系统设计，对球间隙、传动结构、PLC控制回路以及外部信号进行分析。

第五章为测试与总结，对测试结果进行分析和总结。

第六章为结语，对本文进行总结。

 

参考文献

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