CN102854431A - 一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法，将避雷器泄漏电流的三个容性线性电流分量、线性阻性电流分量和非线性阻性电流分量叠加合成，即：IX＝IC+IR+IF，在寻找参考点之前，将三个泄漏电流分量分为IC+IR的线性部分和IF的非线性部分，在获得一个完整周期的从零点开始的泄漏全电流波形后，在前1/4周期内寻找极大值，该点为线性部分的最大值Im，其所在的位置为tm；通过计算，得到了IF非线性阻性电流分量，取得IF的最大值IF_Max此为IF非线性阻性电流分量的峰值，以此作为参考点，其所在位置为tF，在全电流波形IX上找到位置tF-T/4的值IX(tF-T/4)，此就是IC容性线性电流分量的峰值，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值通过计算获得。该方法具有成本低、精度高、实施方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法。
技术背景
氧化锌避雷器是保护电器设备免受过电压侵害的一种保护设备。由于氧化锌避雷器优越的非线性特性和良好的通流能力，现已被广大电力部门的用户接受而广泛使用，然而随着氧化锌避雷器的大量使用，因避雷器本身发生事故而导致被保护设备发生损坏与引起电力事故也有发生，尤其是110KV及以上电压等级氧化锌避雷器一旦发生事故将给用户造成巨大损失。
在避雷器处于正常运行电压状态下阻性电流分量远远小于容性分量，一般阻性泄漏电流分量占全电流的比例不会超过10-15％的数值，所以阻性分量即使增加一倍，全电流的变化不会超过5.0％。只检测全电流，就不能有效监视避雷器的内部性能劣化的趋势。
阻性电流增大对全电流增大的幅度并不大，全电流不能快速、正确发现避雷器内部的质量变化，检测阻性电流才能有效的、可靠的反映氧化锌避雷器内部的质量变化。
因此，在之前公开的公开号为CN101359610A、发明专利申请名称为“一种无电压参考量检测避雷器阻性电流的监视仪实现方法”和公开号为CN1892240A、发明专利申请名称为“一种对避雷器泄漏电流中阻性电流值的在线监测方法”的基础上，如何强调在测量到的避雷器泄漏全电流上寻找参考点的方法，以弥补原先的在线检测方法中的漏洞，是本申请人一直以来致力研究的内容之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法，通过在测量到的避雷器泄漏全电流上寻找参考点，精确分析避雷器泄漏电流的各种分量，便于对各类避雷器的泄漏电流在线监视，而且能有效的对各种避雷器泄漏电流在线监视仪进行计量、标定和检验。
实现上述目的的技术方案是：一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方
法，包括下列步骤：
步骤1，将避雷器泄漏电流的三个分量叠加合成，分别是超前90度
的容性线性电流分量、线性阻性电流分量和非线性阻性电流分量，即：
IX＝IC+IR+IF 式①
IC＝(Um/ZC)×Cos(ωt) 式②
IR＝(Um/ZR)×Sin(ωt) 式③
IF＝Sgn[Sin(ωt)]×F(Q) 式④
Q＝|Um Sin(ωt)|-K 式⑤
式①中，IX为避雷器泄漏全电流，IC为容性线性电流分量，IR为线性阻性电流分量，IF为非线性阻性电流分量；
式②中，IC为容性线性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZC为容性阻抗，ZC＝1/(2πfC)，f为工频频率，C为避雷器等效电容回路电容，ω＝2πf；
式③中，IR为线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZR为避雷器等效线性电阻回路的阻抗，ω＝2πf；
式④和式⑤中，IF为非线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，F(Q)为任何一种单调递增函数，其中主要是但不仅仅是幂函数或指数函数或是根据实际避雷器厂商给出的直流电压下的电流变化参数拟合的多项式函数，K为避雷器非线性突变的拐点值，ω＝2πf；
步骤2，在寻找参考点之前，将式①中的三个泄漏电流分量分为IC+IR的线性部分和IF的非线性部分，其中IC+IR的表达式转化为如下：
IC+IR＝Im×Sin(ωt+α) 式⑥
其中，Im为线性部分的最大值：
Im＝[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]1/2
α为全电流与阻性电流的夹角：
Cos(α)＝(Um/ZR)/[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]-1/2
步骤3，在获得一个完整周期的从零点开始的泄漏全电流波形后，在前1/4周期内寻找极大值，这个点为所述的线性部分的最大值Im，其所在的位置为tm；
步骤4，式①-式⑥，得到了IF非线性阻性电流分量，取得IF的最大值IF_Max此为IF非线性阻性电流分量的峰值，以此作为参考点，其所在位置为tF，在全电流波形IX上找到位置tF-T/4的值IX(tF-T/4)，此就是IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)通过以下表达式计算：
α＝(tF-tm)×360°/T 式⑦
Um/ZR＝Im×Cos(α)。
在上述的在线检测避雷器泄漏阻性电流方法中，如果式①-式⑥结果为零，则表明避雷器泄漏全电流没有IF非线性阻性电流分量，此时需要以感应电压的过零点t0为参考点，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)以及IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)通过以下表达式计算：
α＝(t0-tm+T/4)×360°/T 式⑦
Um/ZR＝Im×Cos(α)
Um/ZC＝Im×Sin(α)。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过在测量到的避雷器泄漏全电流上寻找参考点，精确分析避雷器泄漏电流的各种分量，便于对各类避雷器的泄漏电流在线监视，而且能有效的对各种避雷器泄漏电流在线监视仪进行计量、标定和检验。该方法具有成本低、精度高、实施方便等优点。
具体实施方式
本发明，即一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法，包括下列步骤：
步骤1，将避雷器泄漏电流的三个分量叠加合成，分别是超前90度的容性线性电流分量、线性阻性电流分量和非线性阻性电流分量，即：
IX＝IC+IR+IF 式①
IC＝(Um/ZC)×Cos(ωt) 式②
IR＝(Um/ZR)×Sin(ωt) 式③
IF＝Sgn[S in(ωt)]×F(Q) 式④
Q＝|Um Sin(ωt)|-K 式⑤
式①中，IX为避雷器泄漏全电流，IC为容性线性电流分量，IR为线性阻性电流分量，IF为非线性阻性电流分量；
式②中，IC为容性线性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZC为容性阻抗，ZC＝1/(2πfC)，f为工频频率，C为避雷器等效电容回路电容，ω＝2πf；
式③中，IR为线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZR为避雷器等效线性电阻回路的阻抗，ω＝2πf；
式④和式⑤中，IF为非线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，F(Q)为任何一种单调递增函数，其中主要是但不仅仅是幂函数或指数函数或是根据实际避雷器厂商给出的直流电压下的电流变化参数拟合的多项式函数，K为避雷器非线性突变的拐点值，ω＝2πf；
步骤2，在寻找参考点之前，将式①中的三个泄漏电流分量分为IC+IR的线性部分和IF的非线性部分。其中IC+IR的表达式转化为如下：
IC+IR＝Im×Sin(ωt+α) 式⑥
其中，Im为线性部分的最大值：
Im＝[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]1/2
α为全电流与阻性电流的夹角：
Cos(α)＝(Um/ZR)/[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]-1/2，
步骤3，在获得一个完整周期的从零点开始的泄漏全电流波形后，在前1/4周期内寻找极大值，这个点为所述的线性部分的最大值Im，其所在的位置为tm，根据上述条件可以模拟一条曲线，理论上的表达式就是权利要求6所述的式⑥。
步骤4，式①-式⑥，得到了IF非线性阻性电流分量，取得IF的最大值IF_Max此为IF非线性阻性电流分量的峰值，以此作为参考点，其所在位置为tF，在全电流波形IX上找到位置tF-T/4的值IX(tF-T/4)，此就是IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)通过以下表达式计算：
α＝(tF-tm)×360°/T 式⑦
Um/ZR＝Im×Cos(α)。
如果上述的式①-式⑥结果为零，则表明避雷器泄漏全电流没有IF非线性阻性电流分量，此时需要以感应电压的过零点t0为参考点，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)以及IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)通过以下表达式计算：
α＝(t0-tm+T/4)×360°/T式⑦
(Um/ZR)＝Im×Cos(α)
(Um/ZC)＝Im×Sin(α)。
综上所述，本发明强调了在测量到的避雷器泄漏全电流上寻找参考点的方法，弥补了现有的在线检测方法中的漏洞，特别是以下四点：
1、对氧化锌避雷器泄漏电流的各个分量阐述更加全面明确，包含了全部可能存在的分量。在概念上完全发生了变化。
2、区域内寻找线性泄漏电流的极值点，而非容性最大点，在概念上完全发生了变化。
3、在泄漏全电流有非线性阻性电流分量时，以非线性阻性电流的极值点为参考点，计算容性电流分量和线性阻性电流分量。而非原先的以容性电流分量极值点为参考点，计算阻性电流分量。在方法上有质的区别。
4、在泄漏全电流没有非线性阻性电流分量时，增加以感应电压的过零点为参考点，计算容性电流分量和线性阻性电流分量。
以上实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法，包括下列步骤：
步骤1，将避雷器泄漏电流的三个分量叠加合成，分别是超前90度的容性线性电流分量、线性阻性电流分量和非线性阻性电流分量，即：
IX＝IC+IR+IF 式①
IC＝(Um/ZC)×Cos(ωt) 式②
IR＝(Um/ZR)×Sin(ωt) 式③
IF＝Sgn[Sin(ωt)]×F(Q) 式④
Q＝|Um Sin(ωt)|-K 式⑤
式①中，IX为避雷器泄漏全电流，IC为容性线性电流分量，IR为线性阻性电流分量，IF为非线性阻性电流分量；
式②中，IC为容性线性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZC为容性阻抗，ZC＝1/(2πfC)，f为工频频率，C为避雷器等效电容回路电容，ω＝2πf；
式③中，IR为线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，ZR为避雷器等效线性电阻回路的阻抗，ω＝2πf；
式④和式⑤中，IF为非线性阻性电流分量，Um为施加在避雷器上的工频电压，F(Q)为任何一种单调递增函数，其中主要是但不仅仅是幂函数或指数函数或是根据实际避雷器厂商给出的直流电压下的电流变化参数拟合的多项式函数，K为避雷器非线性突变的拐点值，ω＝2πf；
步骤2，在寻找参考点之前，将式①中的三个泄漏电流分量分为IC+IR的线性部分和IF的非线性部分，其中IC+IR的表达式转化为如下：
IC+IR＝Im×Sin(ωt+α) 式⑥
其中，Im为线性部分的最大值：
Im＝[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]1/2
α为全电流与阻性电流的夹角：
Cos(α)＝(Um/ZR)/[(Um/ZC)2+(Um/ZR)2]-1/2
步骤3，在获得一个完整周期的从零点开始的泄漏全电流波形后，在前1/4周期内寻找极大值，这个点为所述的线性部分的最大值Im，其所在的位置为tm；
步骤4，式①-式⑥，得到了IF非线性阻性电流分量，取得IF的最大值IF_Max此为IF非线性阻性电流分量的峰值，以此作为参考点，其所在位置为tF，在全电流波形IX上找到位置tF-T/4的值IX(tF-T/4)，此就是IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)通过以下表达式计算：
α＝(tF-tm)×360°/T 式⑦
Um/ZR＝Im×Cos(α)。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法，其特征在于：如果式①-式⑥结果为零，则表明避雷器泄漏全电流没有IF非线性阻性电流分量，此时需要以感应电压的过零点t 0为参考点，全电流与阻性电流的夹角α和IR线性阻性电流分量的峰值(Um/ZR)以及IC容性线性电流分量的峰值(Um/ZC)通过以下表达式计算：
α＝(t0-tm+T/4)×360°/T 式⑦
Um/ZR＝Im×Cos(α)
Um/ZC＝Im×Sin(α)。
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