CN102095941B - 雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法及其系统。所述方法包括：获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容值和等效电阻值；获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，当所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；根据所述等效电容值、所述等效电阻值和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。本发明提供的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法及其系统可实现110kV以上电压等级变电站雷电过电压下耦合电容杂散参数的自诊断。可通过安装罗氏线圈电流测量装置测量耦合电容回路的响应电流，与被测输电线的电流回路没有直接的电联系，有利于变电站安全可靠运行。

Description

雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法及其系统

技术领域

本发明涉及输电线过压下耦合电容回路的参数自诊断技术领域，尤其涉及一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，以及一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，对电网运行的安全性和可靠性提出更高的要求，根据相关资料统计表明，雷电过电压侵入波是造成变电站事故的主要原因之一，严重影响了电网的安全有效运行。雷电过电压尽管作用时间短，但是其峰值高、波形陡，对变电站中的电气设备的绝缘性造成不可逆的损害，多次雷电过电压的损害累积会使电气设备的绝缘水平下降，甚至可能击穿。因此监测电力系统雷电过电压对于分析过电压引起的事故、电气设备的设计和制造、电力系统的设计和运行都有重大的意义。但是，在实际运行中，变电站内现有的电压测量设备的频率响应难以满足测量雷电过电压的要求，并且无法测量大幅值、高频率的雷电过电压，所以一般通过测量输电线上耦合电容回路在过电压下的响应电流，间接实现输电线上雷电过电压监测。所述耦合电容回路中的杂散电感对反推侵入波过电压有很大影响，因此首先要检测所述耦合电容回路中的杂散电感。

然而，所述耦合电容回路中电感参数值很小，一般只有微亨级别，无法直接测量，因此使对输电线上雷电过电压监测也变得比较困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是方便地测量输电线上的耦合电容回路在所述输电线上出现过电压时的等效电感，为实现输电线上雷电过电压监测提供准确的依据。

为解决上述技术问题，本发明提供一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，所述方法可以根据测量所述耦合电容回路响应电流的特征，准确计算所述耦合电容回路中的等效电感。

一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，包括以下步骤：获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻；获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，当所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；其中，将相邻的两个采样值相减，并将相减的结果转换为n和-n组成的第一数列，其中，相减结果为正数的以n表示，相减结果为负数的以-n表示；将所述第一数列中相邻的两项相减，获得以0、2n和-2n组成的第二数列，其中，所述第二数列中数值为2n和-2n的项为极值点；将两个相邻的极值点所对应的采样时间相减，作为所述响应电流的1/2振荡周期；根据所述等效电容、所述等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，包括参数获取模块、响应电流周期计算模块、等效电感计算模块，所述参数获取模块用于获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻；所述响应电流周期计算模块用于获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，并在所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；其中，所述响应电流周期计算模块包括：第一数列计算模块，用于将相邻的两个采样值相减，并将相减的结果转换为由n和-n组成的第一数列，其中，相减结果为正数的以n表示，相减结果为负数的以-n表示；第二数列计算模块，用于将所述第一数列中相邻的两项相减，获得以0、2n和-2n组成的第二数列，其中，所述第二数列中数值为2n和-2n的项为极值点；周期计算模块，用于将两个相邻的所述极值点所对应的采样时间相减，作为所述响应电流的1/2振荡周期；所述等效电感计算模块用于根据所述等效电容、所述等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

与现有技术相比较，本发明的一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法及其系统中，对所述耦合电容回路上的响应电流进行采样，并在采样的响应电流幅值超过预定值时计算所述响应电流的振荡周期，然后根据所述耦合电容回路中的等效电容、等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。因此无需直接测量所述耦合电容回路的杂散电感，比较方便，可实现110kV以上电压等级变电站雷电过电压下耦合电容杂散参数的自诊断。

进一步地，可通过在所述输电线的电容式电压互感器接地线处安装罗氏线圈电流测量装置，测量所述电容式电压互感器的耦合电容回路的响应电流，对所述响应电流进行采样。因为加装的罗氏线圈电流测量装置结构简单，体积小巧，并且利用电磁场耦合原理测量响应电流，与被测输电线的电流回路没有直接的电联系，有利于变电站安全可靠运行。

附图说明

图1是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法的步骤流程图；

图2是本发明的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统的结构示意图；

图3是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统一种优选实施方式的结构示意图；

图4是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统中的响应电流周期计算模块一种优选实施方式的结构示意图；

图5是在耦合电容回路中安装罗氏线圈电流测量装置之后的等效电路图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法的步骤流程图。

所述测量方法包括以下步骤：

步骤S101，获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻。

在本步骤中，首先输入变电站的电压等级、容性设备的额定电容以及工频下介损等数据。

在计算所述耦合电容回路的等效电容时，由于高频下等效电容的变化与耦合电容介电常数的变化成正比，因此只需计算耦合电容介电常数的变化情况，再根据工频下的额定电容即可计算高频下的等效电容。

所述耦合电容的材料一般是膜纸复合结构，其中的电容器纸的介电常数计算公式为：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{yz}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_a\left(\mathrm{\ω}\right)}{{\mathrm{\ϵ}}_a\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{\ϵ}}_y-\mathrm{kg}{\mathrm{\ρ}}_x/{\mathrm{\ρ}}_c({\mathrm{\ϵ}}_a\left(\mathrm{\ω}\right)/{\mathrm{\ϵ}}_y-1)};$

其中，ε_a(ω)是所述耦合电容回路上的耦合电容的电容器纸的纤维素介电常数，ε_y是液体介质的介电常数，k是极间介质的压紧系数，g为重力加速度，ρ_x是电容器纸的密度，ρ_c是纤维素的密度。

上述公式中的ε_a(ω)由频率决定：

${\mathrm{\ϵ}}_a\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{\ϵ}}_{\∞}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_a-{\mathrm{\ϵ}}_{\∞}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}^2};$

其中，ε_a是静介电常数，ε_∞是光的相对介电常数，τ为极化松弛时间，ω为角频率，可根据公式ω＝2πf计算获得，其中，f为雷电过电压频率，可根据变电站现场运行经验，将所述过电压的频率集中区域的取值作为近似值，在本实施方式中优选取f=500kHz。

所述耦合电容的膜纸复合介质的介电常数的计算公式如下：

${\mathrm{\ϵ}}_f\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{yz}}\left(\mathrm{\ω}\right){\mathrm{\ϵ}}_m}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{yz}}{x}_{\mathrm{jm}}-{\mathrm{\ϵ}}_m(1-x_{\mathrm{jm}})};$

其中，ε_m是所述耦合电容的聚丙烯膜的介电常数，x_jm是膜的厚度比例。

再获取所述耦合电容在工频下的额定电容和工频下的介电常数，根据介电常数和电容大小成正比的关系，即可计算出所述待测输电线上出现过电压时的等效电容。

在计算所述耦合电容回路的等效电阻时，由介电常数频率特性的德拜公式：

$\tan \mathrm{\δ}=\frac{({\mathrm{\ϵ}}_a-{\mathrm{\ϵ}}_{\∞})\mathrm{\ω\τ}}{{\mathrm{\ϵ}}_a+{\mathrm{\ϵ}}_{\∞}{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}^2};$

其中，ε_∞是光的相对介电常数，ε_a是极性介质的相对介电常数，τ是极化松弛时间。

以及，容性设备的在串联回路中的介损计算公式：

tanδ＝ωRC；

其中，ω为角频率，C为等效电容。

由上述两式联立解方程可以获得等效电阻的取值计算公式：

$R=\frac{({\mathrm{\ϵ}}_a-{\mathrm{\ϵ}}_{\∞})\mathrm{\τ}}{({\mathrm{\ϵ}}_a+{\mathrm{\ϵ}}_{\∞}{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}^2)C};$

根据上式即可计算出所述耦合电容回路的等效电阻。同时根据耦合电容器相关标准规定：高频下串联等值电阻不应大于40欧姆，所以当计算结果超出40欧姆时，可判断计算结果出错，或者设备损坏。

步骤S102，获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值。

在本实施方式中，优选地，在变电站的电容式电压互感器接地线处安装罗氏线圈电流测量装置，对所述电容式电压互感器耦合电容回路的响应电流进行采样，并可进一步通过所述罗氏线圈电流测量装置的采样值判断输电线上是否出现过电压。

当输电母线在正常工频电压下运行时，所述耦合电容回路中的电流很小；而当所述输电母线上出现高频过电压时，所述耦合电容回路出现幅值很大的呈周期振荡的响应电流。所以，可以根据实际需要设定一个电流预定值，所述电流预定值介于正常工频电流的幅值和高频过电压下的电流幅值之间，当所述罗氏线圈电流测量装置采样的响应电流幅值超过所述电流预定值时，判断采样的响应电流为高频过电压下的响应电流。

所述罗氏线圈测量电流装置优选的采样率为10MHz，采样点数为4000个点。

步骤S103，当所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期。

优选地，在对所述响应电流进行采样之后，执行本步骤之前，先对所述响应电流的采样值进行低通数字滤波，由于干扰信号的频率一般都大于5MHz，因此将滤波的截止频率为5MHz。

具体地，采用低通数字滤波器进行滤波，所述低通数字滤波器的阶数设定为10阶，由Matlab计算得出固定滤波系数为0.0051，-0，-0.0419，0，0.2885，0.4968，0.2885，0，-0.0419，-0，0.0051，用滤波系数与采样波形做卷积运算，输出的结果即为滤波后的电流波形。

因为变电站是一个强电磁干扰环境，因此测量的电流波形中有很多毛刺，通过采用低通数字滤波器进行滤波，可以使测量、计算的结果更加准确。

在本步骤中，通常将采样值进行量化后，通过计算得出所述响应电流采样值中的幅值对应的时间点，从而计算出所述响应电流的振荡周期和振荡频率。

优选地，本实施方式中提供一种根据采样值计算所述响应电流的振荡周期的方法：

首先所述响应电流的采样值中，相邻的两个采样值相减，相减结果为正数的以1表示，相减结果为负数的结果以-1表示，因此获得由1和-1组成的第一数列表示；然后，将所述第一数列中相邻的两项再相减，获得以0、2和-2组成的第二数列，所述第二数列中取值为2和-2的项为极值点；将两个相邻的极值点所对应的采样时间相减，相减的结果即为所述响应电流的1/2振荡周期，将所述1/2振荡周期乘以2即可计算出振荡周期，也可以计算出振荡频率。

所述第一数列中的1和-1，所述第二数列中的2和-2都是为了说明方便而选取的值，并不用于限制本发明，本领域的技术人员可将所述第一数列用n和-n，将所述第二数列用0、2n和-2n表示。

进一步地，本步骤中，获得所述第二数列之后，可进一步根据所述第二数列判断所述响应电流是否振荡电流。具体地，如果所述第二数列中的极值点的个数多于预定个数，则说明所述响应电流为振荡电流，因此判断所述响应电流的采样值有效，可以继续进行计算；如果所述第二数列中的极值点的个数小于预定个数，则表示所述响应电流不是振荡电流，因此可判断所述响应电流的采样值无效，结束计算。其中，所述预定个数可以根据实际需要预先设定。例如，如果采样率为10MHz，采样点数为4000个点，并去掉采样波形的前后10个点，则如果计算得到所述第二数列中的极值点多于10个，则说明所述响应电流为振荡电流，采样值有效，可以继续进行计算；否则，结束计算。

进一步地，本步骤中，计算出所述响应电流的1/2振荡周期之后，可进一步根据所述第二数列分析所述响应电流的振荡周期是否计算正确。具体地，可在所述第二数列中截取包含多个极值点的分析区间；根据所述分析区间中包含的不同极值点分别计算出多个所述振荡周期的时间值，比较各个所述振荡周期的时间值，如果两个所述振荡周期的时间值的误差在预定误差范围内，则判断所述振荡周期有效；如果误差超出所述预定误差范围，则判断所述振荡周期无效。例如，如果采样率为10MHz，采样点数为4000个点，并去掉采样波形的前后10个点，则所述误差范围可设定为1微秒，当两个所述振荡周期的时间值的误差在1微秒范围内时，说明本次计算有效，计算所述振荡周期和振荡频率；如果误差超过1微秒，则说明采样到的电流不是过电压下的响应电流，结束计算。

步骤S104，根据所述等效电容值、所述等效电阻值和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

由于所述耦合电容回路中的电感主要由容性设备内部杂散电感和容性设备引线杂散电感组成。由电阻和电感大概取值范围可以确定：当符合下列等式时，二阶电路一定出现振荡电流：

$R<2\sqrt{\frac{L}{C}}.$

根据等效电容和等效电阻的计算，以及二阶电路电流振荡周期公式：

$\mathrm{j\&omega;}=\sqrt{{\left(\frac{R}{2L}\right)}^2-\frac{1}{\mathrm{LC}}};$

其中，ω为角频率，由步骤S103中计算的振荡周期决定，j为虚数单位，可以计算出所述耦合电容回路中等效电感的取值。在解上述方程时，因为解一元二次方程组会出现两个根，电感的值不能为负，应当舍去负数解。

与现有技术相比较，本发明的一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法中，对所述耦合电容回路上的响应电流进行采样，并在采样的响应电流幅值超过预定值时计算所述响应电流的振荡周期，然后根据所述耦合电容回路中的等效电容、等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。因此无需直接测量所述耦合电容回路的杂散电感，比较方便，可实现110kV以上电压等级变电站雷电过电压下耦合电容杂散参数的自诊断。

并且，因为加装的罗氏线圈电流测量装置结构简单，体积小巧，并且利用电磁场耦合原理测量响应电流，与被测输电线的电流回路没有直接的电联系，有利于变电站安全可靠运行。

请参阅图2，图2是本发明的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统的结构示意图。

所述雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统包括：参数获取模块21、响应电流周期计算模块22、等效电感计算模块23，所述参数获取模块21用于获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻；所述响应电流周期计算模块22用于获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，并在所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；所述等效电感计算模块22用于根据所述等效电容、所述等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

所述参数获取模块21中首先输入变电站的电压等级、容性设备的额定电容以及工频下介损等数据，然后根据以下公式计算所述耦合电容中的电容器纸的介电常数：

${\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{yz}}=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_a\left(\mathrm{\&omega;}\right)}{{\mathrm{\&epsiv;}}_a\left(\mathrm{\&omega;}\right)/{\mathrm{\&epsiv;}}_y-\mathrm{kg}{\mathrm{\&rho;}}_x/{\mathrm{\&rho;}}_c({\mathrm{\&epsiv;}}_a\left(\mathrm{\&omega;}\right)/{\mathrm{\&epsiv;}}_y-1)};$

其中，ε_a(ω)是所述耦合电容回路上的耦合电容的电容器纸的纤维素介电常数，ε_y是液体介质的介电常数，k是极间介质的压紧系数，g为重力加速度，ρ_x是电容器纸的密度，ρ_c是纤维素的密度。

上述公式中的ε_a(ω)由频率决定：

${\mathrm{\&epsiv;}}_a\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\mathrm{\&epsiv;}}_{\&infin;}+\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_a-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\&infin;}}{1+{\mathrm{\&omega;}}^2{\mathrm{\&tau;}}^2};$

其中，ε_a是静介电常数，ε_∞是光的相对介电常数，τ为极化松弛时间，ω为角频率，可根据公式ω＝2πf计算获得，其中，f为雷电过电压频率，此处可根据变电站现场运行经验，将所述过电压的频率集中区域的取值作为近似值，在本实施方式中优选取f=500kHz。

再根据以下公式可以计算耦合电容的膜纸复合介质的介电常数：

${\mathrm{\&epsiv;}}_f\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{yz}}\left(\mathrm{\&omega;}\right){\mathrm{\&epsiv;}}_m}{{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{yz}}{x}_{\mathrm{jm}}-{\mathrm{\&epsiv;}}_m(1-x_{\mathrm{jm}})};$

其中，ε_m是所述耦合电容的聚丙烯膜的介电常数，x_jm是膜的厚度比例。

再根据所述耦合电容在工频下的额定电容和工频下的介电常数，以及介电常数和电容大小成正比的关系，即可计算出所述待测输电线上出现过电压时的等效电容。

另一方面，所述参数获取模块21根据以下计算公式计算所述耦合电容回路的等效电阻：

$R=\frac{({\mathrm{\&epsiv;}}_a-{\mathrm{\&epsiv;}}_{\&infin;})\mathrm{\&tau;}}{({\mathrm{\&epsiv;}}_a+{\mathrm{\&epsiv;}}_{\&infin;}{\mathrm{\&omega;}}^2{\mathrm{\&tau;}}^2)C};$

其中，ε_∞是光的相对介电常数，ε_a是极性介质的相对介电常数，τ是极化松弛时间，C是等效电容。

同时，由于耦合电容器相关标准规定：高频下串联等值电阻不应大于40欧姆，所以当所述参数获取模块21的计算结果超出40欧姆时，可判断计算结果出错，或者设备损坏。

在本实施方式中，优选地，所述响应电流周期计算模块连接一个罗氏线圈电流测量装置（图未示），所述罗氏线圈电流测量装置安装在变电站的电容式电压互感器的接地线处，并与所述响应电流周期计算模块21相连，所述罗氏线圈电流测量装置对所述电容式电压互感器的耦合电容回路的响应电流进行采样，并在所述响应电流的采样幅值超过预定值时，将所述响应电流的采样值输出至所述响应电流周期计算模块，否则，不输出所述响应电流的采样值。所述预定值可以根据实际需要在正常工频电流的幅值和高频过电压下的电流幅值之间设定。

所述罗氏线圈测量电流装置优选的采样率为10MHz，采样点数为4000个点。

请进一步参阅图3，图3是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统一种优选实施方式的结构示意图。

所述雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统进一步包括滤波模块24，所述滤波模块24用于对所述响应电流的采样值进行低通数字滤波，并将滤波处理后的所述响应电流的电流波形输出至所述响应电流周期计算模块22，由于干扰信号的频率一般都大于5MHz，因此所述滤波模块24中低通滤波的截止频率优选设置为5MHz。

因为变电站是一个强电磁干扰环境，因此测量的电流波形中有很多毛刺，通过所述滤波模块24对采样的电流波形进行滤波，可以使测量、计算的结果更加准确。

所述响应电流周期计算模块22将采样值进行量化后，通过计算得出所述响应电流采样值中的幅值对应的时间点，从而计算出所述响应电流的振荡周期和振荡频率。

请进一步参阅图4，图4是本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统中的响应电流周期计算模块一种优选实施方式的结构示意图。

在本实施方式中，所述响应电流周期计算模块22包括：

第一数列计算模块221，用于将相邻的两个采样值相减，并将相减的结果以n和-n组成的第一数列表示，其中，相减结果为正数的以n表示，相减结果为负数的结果设置为-n；

第二数列计算模块222，用于将所述第一数列中相邻的两项相减，获得以0、2n和-2n组成的第二数列，其中，所述2n和-2n为极值点；

周期计算模块224，用于将两个相邻的所述极值点所对应的采样时间相减，相减结果即为所述响应电流的1/2振荡周期。将所述1/2振荡周期乘以2即可计算出振荡周期，也可以计算出振荡频率。

通过将复杂的电流采样波形转换为简单的数列，可以将计算振荡周期或频率的过程大大简化，提高计算速度。

进一步地，所述响应电流周期计算模块22还包括采样值判断模块223，所述采样值判断模块223用于在获得所述第二数列之后，判断所述第二数列中的极值点的个数是否多于预定个数，如果是，则判断所述响应电流的采样值有效，否则，判断所述响应电流的采样值无效。其中，所述预定个数可以根据实际需要预先设定。例如，如果采样率为10MHz，采样点数为4000个点，并去掉采样波形的前后10个点，则如果计算得到所述第二数列中的极值点多于10个，则说明所述响应电流为振荡电流，采样值有效，可以继续进行计算；否则，结束计算。

通过所述采样值判断模块223，可以检验所述响应电流是否振荡电流，提高电感参数计算的准确度，在判断不是振荡电流时，也可以提早结束计算过程，提高处理效率和处理资源利用率。

进一步地，所述响应电流周期计算模块22还包括周期判断模块225，所述周期判断模块225用于在所述第二数列中截取包含多个极值点的分析区间，并根据所述分析区间中包含的不同极值点分别计算出多个所述振荡周期的时间值，比较各个所述振荡周期的时间值，如果每两个所述振荡周期的时间值的误差在预定误差范围内，则判断所述振荡周期有效；如果误差超出所述预定误差范围，则判断所述振荡周期无效。例如，如果采样率为10MHz，采样点数为4000个点，并去掉采样波形的前后10个点，则所述周期判断模块225中的所述误差范围可设定为1微秒，当两个所述振荡周期的时间值的误差在1微秒范围内时，说明本次计算有效，计算所述振荡周期和振荡频率；如果误差超过1微秒，则说明采样到的电流不是过电压下的响应电流，结束计算。

通过所述周期判断模块225可以验证所述响应电流的振荡周期是否计算正确，进一步提高所述电感参数测量计算准确度。

所述等效电感计算模块23块根据所述等效电容值和所述等效电阻值，以及二阶电路电流振荡周期公式：

$\mathrm{j\&omega;}=\sqrt{{\left(\frac{R}{2L}\right)}^2-\frac{1}{\mathrm{LC}}};$

计算所述耦合电容的电感值L，其中，ω为角频率，由响应电流周期计算模块22计算的振荡周期决定，j为虚数单位。在解上述方程时，因为解一元二次方程组会出现两个根，电感的值不能为负，应当舍去负数解。

进一步参阅图5，图5是在耦合电容回路中安装罗氏线圈电流测量装置之后的等效电路图。

所述耦合电容回路连接输电母线50，所述耦合电容回路包括等效电容51、等效电感52、等效电阻53，在所述耦合电容回路接地处安装了罗氏线圈电流测量装置54，所述罗氏线圈电流测量装置54连接至本发明雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，将对所述电容耦合电路上的响应电流的采样值传送至所述雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，计算所述耦合电容回路的等效电感。

因为加装的罗氏线圈电流测量装置54结构简单，体积小巧，并且利用电磁场耦合原理测量响应电流，与被测输电线的电流回路没有直接的电联系，有利于变电站安全可靠运行。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻；

获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，当所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；其中，将相邻的两个采样值相减，并将相减的结果转换为n和-n组成的第一数列，其中，相减结果为正数的以n表示，相减结果为负数的以-n表示；

将所述第一数列中相邻的两项相减，获得以0、2n和-2n组成的第二数列，其中，所述第二数列中数值为2n和-2n的项为极值点；

将两个相邻的极值点所对应的采样时间相减，作为所述响应电流的1/2振荡周期；

根据所述等效电容、所述等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

2.如权利要求1所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，在获得所述第二数列之后进一步执行以下步骤：

如果所述第二数列中的极值点的个数多于预定个数，判断所述响应电流的采样值有效，否则，判断所述响应电流的采样值无效。

3.如权利要求1所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，在获得所述第二数列之后进一步执行以下步骤：

在所述第二数列中截取包含多个极值点的分析区间；

根据所述分析区间中包含的不同极值点分别计算出多个所述振荡周期的时间值，比较各个所述振荡周期的时间值，如果两个所述振荡周期的时间值的误差在预定误差范围内，则判断所述振荡周期有效；如果误差超出所述预定误差范围，则判断所述振荡周期无效。

4.如权利要求1所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，计算所述耦合电容回路的等效电感的步骤中，根据所述等效电容和所述等效电阻，以及二阶电路电流振荡周期公式：

$\mathrm{j\&omega;}=\sqrt{{\left(\frac{R}{2L}\right)}^2-\frac{1}{\mathrm{LC}}};$

计算所述耦合电容的等效电感L，其中，ω为角频率，j为虚数单位。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，对所述响应电流进行采样之后，进一步包括以下步骤：

对所述响应电流的采样值进行低通数字滤波，其中，滤波的截止频率为5MHz。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量方法，其特征在于，获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值的方法为：

在变电站的电容式电压互感器接地线处安装罗氏线圈电流测量装置，对所述电容式电压互感器耦合电容回路的响应电流进行采样。

7.一种雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于包括：

参数获取模块，用于获取待测输电线上耦合电容回路的等效电容和等效电阻；

响应电流周期计算模块，用于获取所述耦合电容回路上的响应电流的采样值，并在所述采样值的幅值超过预定值时，根据所述采样值计算所述响应电流的振荡周期；

其中，所述响应电流周期计算模块包括：

第一数列计算模块，用于将相邻的两个采样值相减，并将相减的结果转换为由n和-n组成的第一数列，其中，相减结果为正数的以n表示，相减结果为负数的以-n表示；

第二数列计算模块，用于将所述第一数列中相邻的两项相减，获得以0、2n和-2n组成的第二数列，其中，所述第二数列中数值为2n和-2n的项为极值点；

周期计算模块，用于将两个相邻的所述极值点所对应的采样时间相减，作为所述响应电流的1/2振荡周期；

等效电感计算模块，用于根据所述等效电容、所述等效电阻和所述响应电流的振荡周期，计算所述耦合电容回路的等效电感。

8.如权利要7所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于，所述响应电流周期计算模块进一步包括：

采样值判断模块，用于在获得所述第二数列之后，判断所述第二数列中的极值点的个数是否多于预定个数，如果是，则判断所述响应电流的采样值有效，否则，判断所述响应电流的采样值无效。

9.如权利要求7所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于，所述响应电流周期计算模块进一步包括：

周期判断模块，用于在所述第二数列中截取包含多个极值点的分析区间，并根据所述分析区间中包含的不同极值点分别计算出多个所述振荡周期的时间值，比较各个所述振荡周期的时间值，如果每两个所述振荡周期的时间值的误差在预定误差范围内，则判断所述振荡周期有效；如果误差超出所述预定误差范围，则判断所述振荡周期无效。

10.如权利要求7所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于，所述等效电感计算模块根据所述等效电容值和所述等效电阻值，以及二阶电路电流振荡周期公式：

$\mathrm{j\&omega;}=\sqrt{{\left(\frac{R}{2L}\right)}^2-\frac{1}{\mathrm{LC}}};$

计算所述耦合电容的等效电感L，其中，ω为角频率，j为虚数单位。

11.如权利要求7至10中任意一项所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于：所述响应电流周期计算模块连接一个罗氏线圈电流测量装置，所述罗氏线圈电流测量装置安装在变电站的电容式电压互感器的接地线处，并与所述响应电流周期计算模块相连，所述罗氏线圈电流测量装置对所述电容式电压互感器的耦合电容回路的响应电流进行采样，并在所述响应电流的采样幅值超过预定值时，将所述响应电流的采样值输出至所述响应电流周期计算模块，否则，不输出所述响应电流的采样值。

12.如权利要求7至10中任意一项所述的雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统，其特征在于：所述雷电过电压下耦合电容回路的等效电感测量系统还包括滤波模块，所述滤波模块用于对所述响应电流的采样值进行低通数字滤波，并将滤波处理后的所述响应电流的电流波形输出至所述响应电流周期计算模块，其中，滤波的截止频率为5MHz。

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