非线性电阻型消谐器全量程测试系统的研究及应用

国网湖北省电力有限公司孝感供电公司 张 攀 刘 智 胡 焕 罗 恒

目前，市场上的消谐电阻器测试仪种类繁多，但多数测试仪只能实现部分参数的自动检测，无法满足全量程测试的需求。例如，KDZD3000X消谐电阻器参数测试仪能够自动检测消谐器在电流峰值为0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA时的电压峰值或有效值，而REKE3000X消谐电阻器参数测试仪则能自动测量伏安特性，并绘制出消谐器伏安特性曲线图。这些测试仪虽然具有一定的自动化程度，但在测试范围和精度上仍有提升空间。为了解决这一问题，本文提出一种非线性电阻型消谐器全量程测试系统，在中性点和地之间串联非线性电阻器，以消除谐振现象，保证电网的稳定运行。

1 非线性电阻型消谐器全量程测试系统设计概述

消谐器的基本原理。消谐器利用电流相位关系来抵消谐波，在电力系统中，谐波会导致电流的相位发生扭曲，使得电流与电压之间的相位差增大[1]。消谐器通过并联合适大小的电容器到谐波源旁路，使得电容器的电流与谐波源电流具有相反的相位。如此，两者在相位上相互抵消，从而减小或消除了谐波的影响。

非线性电阻型消谐器的特点。非线性电阻型消谐器确实具有优异的高温耐性。如SDR-YCX一次消谐器采用电气性能优异的SiC为基材，这种材料经过上千摄氏度的高温烧结而成。这表明SiC基材的消谐器具有极高的高温稳定性，能够在极端高温环境下保持其电气性能不受影响。在电力系统中，由于许多设备需要在高温环境下运行，双壁热缩管虽然主要用于电线保护，但其耐高温特性也间接说明了在高温环境下对设备进行保护的重要性。然而，双壁热缩管主要针对电线，而线性电阻型消谐器则是专门设计用于电力系统，以消除非线性谐振、限制涌流等问题。因此，线性电阻型消谐器因其优异的高温耐性，成为电力系统中不可或缺的一部分。

全量程测试系统的设计思路。对传感器进行设计与分析，通过有限元分析方法建立传感器电磁场仿真模型，分析传感器电场和磁场参数，并改变传感器尺寸和结构来实现性能优化，设计电路系统和测量气室时，应实现物理隔离，确保本质安全。从全局到局部的思路去设计测试用例，明确测试任务，规范测试行为，对测试系统的性能进行监控，根据系统的设计要求，合理配置硬件资源，并编写相应的软件代码来实现系统功能。

2 非线性电阻型消谐器全量程测试系统技术难点

2.1 非线性电阻型消谐器全量程测试系统项目现状及必要性

铁磁谐振问题不容忽视。在特定条件下，铁磁谐振现象会导致电网的三相对地电压出现波动，不仅影响电网的正常运行，更在严重情况下可能导致弱绝缘设备的损坏，进而引发事故。当电网出现间隙性接地或接地消失时，相对地电压会产生低频自由分量[2]。这种分量会使YO接线的压变进入深度饱和状态，导致一次线圈中通过大量的涌流，进而造成压变熔丝熔断或设备损坏。为了应对这些挑战，业界已经探索了多种防止压变铁磁谐振的方法。其中，运行经验表明，在压变中性点与地之间串接非线性电阻型消谐器是一种有效的策略。这种消谐器不仅能消除压变的饱和谐振，还能限制涌流，同时又不影响压变的正常运行。因此，确保非线性电阻型消谐器的正常工作对于电网的安全运行是势在必行的。

2.2 测试精度不足问题突出

在6～35kV压变中性点不接地电网中，电磁式电压互感器（压变）的广泛应用带来了一系列运行问题，其中尤以铁磁谐振和低频自由分量引起的涌流最为突出。这主要可以归咎于该系统内包含的测量电路以及信号处理算法不够成熟完善[3]。在实际运作过程中，测量电路可能会受到周边环境温度、湿度等外部因素对电气参数产生不当影响，进而导致测量的精准度受到负面冲击。鉴于信号处理算法在面对微弱信号或者复杂干扰时，有可能无法有效地提取并反映出真实的测量数据，进一步恶化了测量的精确性。这种精度上的不足，无疑将使消谐器的性能评估和优化设计过程遭受重大的困难，甚至还可能造成消谐器在实际应用中无法实现预期的良好效果。

2.3 系统稳定性堪忧

稳定堪称是测试系统的关键性能指标之一，但不幸的是，线性电阻型消谐器全量程测试系统在此方面同样饱受困扰。系统不稳定性主要体现为两个方面，第一是测量结果复现性的差距颇大，也就是说对于相同的消谐器进行多次测量，所得出的结果之间存在着相当的差异；其次是系统容易受到外部干扰的侵扰，譬如电磁干扰、机械振动等，均可能致使测量结果出现偏差。这些问题的存在，不仅仅损害了测试系统的可信度，更是为消谐器的性能评估增添了莫大的难题。

2.4 操作复杂耗时

在操作层面上，线性电阻型消谐器全量程测试系统亦略显不足。系统的操作界面流露出的亲和力尚待提高，参数设定与测量过程颇为复杂，对非专业使用者构成了较高的技术门槛。而且系统的测试流程较为烦冗，需要经历多重环节的测量和校准过程，因此测试周期相对较长。上述问题，不仅降低了工作效率，也抬升了操作成本。

3 非线性电阻型消谐器全量程测试系统成果输出

3.1 升级测量电路与元器件，改进信号处理算法

非线性电阻型消谐器采用更高精度的测量电路和元器件，以降低环境温度、湿度等外部因素对电气参数的影响。优化电路布局，在元器件选择上，应优先选择性能稳定、精度高的元器件[4]。可以通过检查有极性的元器件，如发光二极管、电解电容、整流二极管等，以及三极管的管脚是否对应，来构建一个全新的测量电路。该电路具有更宽的带宽、更高的精度和更好的稳定性，能够准确地捕捉和分析消谐器在各种工况下的电气参数。

对于低强度信号及复杂干扰问题，在获取到的信号之中，常常不可避免地包含有形形色色的噪声，诸如达到尖峰条件的高斯白噪声以及突出的脉冲噪声，等等。这些不必要的噪声无疑将会对信号的精确提取与深入分析形成阻碍。为此，在经过改良的信号处理算法中，采纳了一种利用小波变换技术进行噪声抑制的策略。具体来讲，需要先从众多可能的小波基当中挑选出最适宜的一组，并选定适当的分解层次进行信号的小波分解，接着再对分解出来的小波系数运用阈值处理，以便删除那些与噪声有关联的小波系数，

最终，采用小波重构，从而得到一份去除了噪声污染的干净信号。举例说明，假设接收的原始信号是含有一个位于1000Hz频率处的目标信号以及高斯白噪声。这时，便可以选用db4小波基来对该信号实施三层分解。随后，针对小波系数实施阈值处理，将那些同噪声相关的小波系数予以删除。值得注意的是，在设定阈值水平时，选取了25dB/Hz这个数字作为参考标准。最后，增强利用小波重构这一环节，成功地还原出经过噪声消除处理之后的信号，将增强后的信号功率谱轻松变回时域信号。

3.2 完善机械性能测试方法，加强环境适应性测试

模拟不同程度的震动环境，如运输过程中的颠簸、现场使用时的轻微震动等，观察仪器的工作状态和性能是否受到影响。对仪器进行跌落、碰撞等冲击测试，检验其外壳、内部结构以及元器件的抗冲击能力。对仪器的输入输出接口、按键增强、显示屏等连接部件进行插拔、按压等操作，确保其在长时间使用过程中不会松动或损坏。

针对ZXQX-A01消谐电阻器参数测试仪，在-20℃～+50℃的范围内，对仪器进行高低温交变测试，观察其在此温度范围内的性能指标变化情况。特别关注在极端温度下仪器的启动、运行和关闭过程是否正常。在-20℃～+50℃的范围内，对仪器进行高低温交变测试，观察其在此温度范围内的性能指标变化情况。特别关注在极端温度下仪器的启动、运行和关闭过程是否正常。模拟沙尘、雨水等恶劣环境，对仪器的外壳密封性能进行测试，确保其在实际应用中能够抵御外部环境的侵蚀。

3.3 优化测试流程与参数设置，引入自动化与智能化技术辅助测试

为了验证改进信号处理算法的有效性，采用了不同信噪比和不同干扰条件下的线性电阻型消谐器测试数据。将消谐器与ZSXQ-V消谐电阻器测试仪连接，确保测试夹与消谐器的高压端和接地端正确连接。接着，将测试仪接入220V交流电源，打开电源开关，等待仪器软件启动完成并进入测试界面。在测试界面中，根据消谐器的规格和测试要求，设置合适的测试参数。

例如，选择电流测量档位（如0.3mA、0.5mA、1.0mA等），以及电压测量类型（如电压峰值或峰值√2）。这些参数的设置应确保覆盖消谐器的全量程范围。点击“开始”按钮后，系统将自动按照设定的参数进行测试。测试仪将依次输出不同的电流值，并测量对应的电压值。测试过程中，系统应实时显示当前的电流、电压值以及测试进度。在测试过程中，如遇异常情况（如输出电压超出范围、测试线连接不良等），系统应自动停止测试并提示错误信息。测试完成后，系统应自动计算并显示消谐器的伏安特性曲线图，以及各项测试数据。通过编程实现测试流程的自动化，提取关键信息并生成诊断报告。电阻值测试情况见表1。

表1 电阻值测试情况

在不同信噪比和干扰条件下，通过对电流和电压的测量，计算得到的电阻值均落在预期范围内，且被标记为“合格”。这说明在给定的测试环境和参数下，电阻的性能是稳定且可靠的。无论是在无干扰、轻微干扰还是中等干扰的条件下，电阻值数值都相对稳定，该批次电阻器在不同工作环境下的性能表现是满足要求的。将自动化与智能化技术引入线性电阻型消谐器的全量程测试系统中，可以大幅度提高测试效率。

4 结语

通过概述系统的基本原理，识别了原有测试系统存在的关键缺陷，这些缺陷在一定程度上限制了测试的精确度和效率。为了解决这些问题，提出了一系列优化策略，经过优化后的系统展现出了更宽的带宽、更高的精度以及更为稳定的性能，这使得系统能够在各种工况下准确捕捉和分析消谐器的电气参数。特别是通过引入先进的信号处理算法，成功地抑制了测试信号中的噪声干扰，保障了测试数据的可靠性。