CN104820127A - 一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法和装置，该方法首先获取金属氧化物避雷器过零点的初始泄漏电流；然后检测确定过零点的泄漏电流的频率并通过延迟电路将初始泄漏电流的频率延迟1/4个周期，得到新泄漏电流；再对得到的新泄漏电流与初始泄漏电流通过加法器进行求和，得到组合漏电电流；通过检测组合波形峰值对应的时刻，生成容性泄漏电流；最后通过减法器从初始泄漏电流中减去容性电流，得到所述金属氧化物避雷器阻性电流。该装置包括低通滤波器、模数转换模块、过零检测器、频率检测器、延迟器、加法器、峰值时刻检测器、自动信号生成单元和减法器。本发明可以在不需要测量电压信号的情况下，从泄漏电流中去除容性电流成分，而得到阻性电流进而达到对MOA的老化监测的目的，避免了在测量高电压时的危险性。

Description

一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法和装置

技术领域

本发明涉及电气设备测试技术领域，具体说是一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法和装置。

背景技术

由于金属氧化物避雷器(简称：MOA)具有高度的非线性性能，使其在雷电防护工作中得到很好应用。在电路正常工作时，其呈现高阻抗状态，而不影响电路的正常工作。但雷电浪涌电压产生后，其立刻呈现低阻抗状态，对浪涌电压进行泄放入地。良好的MOA，在泄放浪涌电压后会恢复高阻抗状态。但长期安装在电路中的MOA由于某些因素(例如高湿度，高温度，操作过电压等)，会发生老化现象而丧失保护作用，甚至引起断电事故，因此有必要对MOA的老化情况进行监测。近年关于MOA的老化监测问题被深入研究。泄漏电流有容性电流和阻性电流组成，其中MOA泄漏电流中的阻性成分，可以很好的反应MOA老化情况，因此如何提取MOA阻性电流是一个重要问题。

目前国内外对提取阻性电流做了很多研究工作。陈景亮等使用谐波分次补偿算法，使用FFT算法对电压和电流进行运算，最终求解阻性电流。段大鹏等提出了基于正交分解的MOA泄漏电流有功分量提取算法，徐志钮等提出了利用容性电流成比例的方法计算容性电流的方法求解阻性电流。张志鹏等在补偿算法的基础上进行了改进，进一步提升了阻性电流的精度。王雪等提出了利用传感器测量每相MOA的接地电流，从而计算出阻性电流，对MOA运行情况进行监测。褚法玉等使用改进的容性电流算法，分析了电网谐波对阻性电流的影响。但是这些算法需要使用到电流探针，电压探针等许多设备，在实际工作中，需要较多的人力和物力。此外，在一些变电站或其设施处，泄漏电流可以通过电流分流器进行测量，但是其电压的测量确存在一定困难。一方面测量高电压本身具有一定的危险性，另一方面测量单一相位的电压可能会受到其他相位的电压干扰。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，在不需要测量电压信号的情况下，从泄漏电流中去除容性电流成分，而得到阻性电流，达到对MOA的老化监测的目的。

本发明的另一目的是提供金属氧化物避雷器阻性电流提取装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，包括下列步骤：

(1)获取金属氧化物避雷器过零点的初始泄漏电流；

(2)检测确定泄漏电流的频率并通过延迟电路将初始泄漏电流的频率延迟1/4个周期，得到新泄漏电流；

(3)对步骤2中得到的新泄漏电流与初始泄漏电流通过加法器进行求和，得到组合漏电电流；

(4)检测组合波形峰值对应的时刻，生成容性泄漏电流；

(5)通过减法器从初始泄漏电流中减去容性电流，得到所述金属氧化物避雷器阻性电流。

进一步的设计方案中，步骤1中获取过零点的初始泄漏电流的具体操作为：通过连接在金属氧化物避雷器的接地线路中的低通滤波器滤除泄漏电流中所有高次谐波后得到初始泄漏电流低频信号，初始泄漏电流低频信号经过模数转换模块变成初始泄漏电流数字信号，初始泄漏电流数字信号通过过零检测器获取过零点的初始泄漏电流，过零检测器主要部件为过零检测电路，检测前，线路中原始信号是正弦信号，正弦信号是按照周期变化的，所以每个周期内会有两次通过零点。

进一步的设计方案中，步骤2中使用频率检测器来检测确定过零点的泄漏电流的频率。

进一步的设计方案中，步骤4中使用峰值时刻检测器来检测组合波形峰值对应的时刻，峰值时刻检测器主要由降压电路、整流电路、加法器电路和比较器电路组成的。

一种金属氧化物避雷器阻性电流提取装置，包括低通滤波器、模数转换模块、过零检测器、频率检测器、延迟器、加法器、峰值时刻检测器、自动信号生成单元和减法器，所述低通滤波器连接到金属氧化物避雷器的接地线路中获取初始漏电电流，经数模转换模块转换成初始漏电电流数字信号后分别传给过零检测器、加法器的输入端和减法器的输入端，所述过零检测器、频率检测器及延迟器依次连接，所述延迟器连接到所述加法器的输入端，加法器的输出端与所述峰值时刻检测器、自动信号生成单元、减法器的输入端依次连接。所述过零检测器、频率检测器、延迟器、加法器、峰值时刻检测器、自动信号生成单元和减法器主要通过之中的相应功能电路来实现。所述自动信号生成单元从组合电流中测定峰值时刻、峰值以及频率，从而确定容性电流的峰值，生成一个容性泄漏电流。

进一步的设计方案中，上述过零检测器包括运算放大器和跟随模式运算放大器，所述运算放大器输出端连接电容后连接到跟随模式运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端接地，所述跟随模式运算放大器的同相输入端及输出端分别连接电阻后接地。

进一步的设计方案中，上述频率检测器为电能质量综合监测仪的检测电路模块。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的金属氧化物避雷器阻性电流提取方法和装置，可以在不需要测量电压信号的情况下，从泄漏电流中去除容性电流成分，而得到阻性电流进而达到对MOA的老化监测的目的，避免了在测量高电压时的危险性，同时，还避免了在测量单一相位的电压时可能受到其他相位的电压干扰，提高了提取测量的准确性，节约了金属氧化物避雷器的日常检测成本，经济高效。

附图说明

图1是金属氧化物避雷器等效电路；

图2是金属氧化物避雷器泄露电流矢量图；

图3是本发明金属氧化物避雷器阻性电流提取装置原理图；

图4是本发明金属氧化物避雷器阻性电流提取装置中过零检测器电路图；

图5是本发明金属氧化物避雷器阻性电流提取方法与传统容性电流补偿算法得到的阻性电流结果对比图。

图中：1-低通滤波器，2-模数转换模块，3-过零检测器，4-频率检测器，5-延迟器，6-峰值时刻检测器，7-自动信号生成单元，8-加法器，9-减法器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:

实施例

MOA伏安特性曲线按照电压和电流的随曲线的变化关系，分为三个区，分别是小电流区、非线性区和饱和区三个部分，而小电流区域具体的是指在参考电流小于1kA的之前的曲线部分，这部分的电压值很高，电流很小，其阻值很大，近似一种绝缘状态，需要提取的阻性电流就在此区域中。目前关于阻性电流提取算法中，容性电流补偿算法使用较为广泛。如图1所示，MOA小电流区等效模型，从图1中可知：

i_X＝i_C+i_R  (1)

式中i_X为泄漏电流，i_C为容性电流，i_R为阻性电流。

如图2所示，为泄漏电流的矢量分解图。泄漏电流可以分解为容性电流和阻性电流。由于泄漏电流、容性电流和阻性电流均是随时间变化，故式(1)可以写为下式(2)：

I_X(t)＝I_R(t)+I_C(t)  (2)

在MOA上施加电压所产生的容性电流为电压对时间的导数与电容的乘积。

如公式(3)所示：

$I_C=C\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

结合公式(3)，将公式(2)改写为下式(4)：

I_X(t)＝|I_R|+I_Ccosωt  (4)

[I_R]是包含所有谐波成分的阻性电流。则阻性电流可以通过在公式(4)中增加一个转移π相位的容性电流而获得。则阻性电流可表示为下式(5)：

I_R(t)＝|I_R|+I_Ccosωt+I_Ccos(ωt-π)  (5)

其中 $I_C[\cos \mathrm{\ωt}+\cos (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π})]=2I_C\cos \frac{\mathrm{\π}}{2}\·\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\π}}{2})=0.$

因此，本发明提供一种金属氧化物避雷器阻性电流提取装置(参见图3)，包括低通滤波器1、模数转换模块2、过零检测器3、频率检测器4、延迟器5、加法器8、峰值时刻检测器6、自动信号生成单元7和减法器9，所述低通滤波器1连接到金属氧化物避雷器的接地线路中获取初始漏电电流，经数模转换模块转换成初始漏电电流数字信号后分别传给过零检测器3、加法器8的输入端和减法器9的输入端，所述过零检测器3、频率检测器4及延迟器5依次连接，所述延迟器5连接到所述加法器8的输入端，加法器8的输出端与所述峰值时刻检测器6、自动信号生成单元7、减法器9的输入端依次连接。其中，过零检测器3包括运算放大器和跟随模式运算放大器(参见图4)，运算放大器输出端连接电容C后连接到跟随模式运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端接地，所述跟随模式运算放大器的同相输入端及输出端分别连接电阻R1、R2后接地，模数转换模块2输出端与过零检测器3的运算放大器的同相输入端相连接，过零检测器3的跟随模式运算放大器的输出端与频率检测器4相连接。

可以使用本发明的金属氧化物避雷器阻性电流提取装置，通过以下步骤来提取金属氧化物避雷器阻性电流(参见图3)：

(1)通过连接在金属氧化物避雷器的接地线路中的通滤波器滤除泄漏电流中所有高次谐波后得到初始泄漏电流低频信号，初始泄漏电流低频信号经过模数转换模块2变成初始泄漏电流数字信号，初始泄漏电流数字信号通过过零检测器3获取过零点的初始泄漏电流。

(2)使用频率检测器4来检测确定泄漏电流的频率并通过延迟电路将初始泄漏电流的频率延迟1/4个周期，得到新泄漏电流。

(3)对步骤2中得到的新泄漏电流与初始泄漏电流通过加法器8进行求和，得到组合漏电电流。

(4)通过峰值时刻检测器6检测组合波形峰值对应的时刻，生成容性泄漏电流。

(5)通过减法器9从初始泄漏电流中减去容性电流，从而获取阻性电流。

使用传统的容性电流补偿算法和本发明的金属氧化物避雷器阻性电流提取方法得到的阻性电流进行对比，如图5所示。从图5中可以看出，使用传统容性电流补偿算法计算出的阻性电流和使用本文算法计算出的阻性电流具有很好的一致性。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）获取金属氧化物避雷器过零点的初始泄漏电流；

（2）检测确定过零点的泄漏电流的频率并通过延迟电路将初始泄漏电流的频率延迟1/4个周期，得到新泄漏电流；

（3） 对步骤2中得到的新泄漏电流与初始泄漏电流通过加法器进行求和，得到组合漏电电流；

（4）检测组合波形峰值对应的时刻，生成容性泄漏电流；

（5）通过减法器从初始泄漏电流中减去容性电流，得到所述金属氧化物避雷器阻性电流。

2.根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，其特征在于，步骤1中获取过零点的初始泄漏电流的具体操作为：通过连接在金属氧化物避雷器的接地线路中的低通滤波器滤除泄漏电流中所有高次谐波后得到初始泄漏电流低频信号，初始泄漏电流低频信号经过模数转换模块变成初始泄漏电流数字信号，初始泄漏电流数字信号通过过零检测器获取过零点的初始泄漏电流。

3.根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，其特征在于，步骤2中使用频率检测器来检测确定过零点的泄漏电流的频率。

4.根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，其特征在于，步骤4中使用峰值时刻检测器来检测组合波形峰值对应的时刻。

5.一种金属氧化物避雷器阻性电流提取装置，其特征在于，包括低通滤波器（1）、模数转换模块（2）、过零检测器（3）、频率检测器（4）、延迟器（5）、加法器（8）、峰值时刻检测器（6）、自动信号生成单元（7）和减法器（9），所述低通滤波器（1）连接到金属氧化物避雷器的接地线路中获取初始漏电电流，经数模转换模块转换成初始漏电电流数字信号后分别传给过零检测器（3）、加法器（8）的输入端和减法器（9）的输入端，所述过零检测器（3）、频率检测器（4）及延迟器（5）依次连接，所述延迟器（5）连接到所述加法器（8）的输入端，加法器（8）的输出端与所述峰值时刻检测器（6）、自动信号生成单元（7）、减法器（9）的输入端依次连接。

6.根据权利要求5所述金属氧化物避雷器阻性电流提取装置，其特征在于，所述过零检测器（3）包括运算放大器和跟随模式运算放大器，所述运算放大器输出端连接电容后连接到跟随模式运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端接地，所述跟随模式运算放大器的同相输入端及输出端分别连接电阻后接地。

7.根据权利要求5所述金属氧化物避雷器阻性电流提取装置，其特征在于，所述频率检测器（4）为电能质量综合监测仪的检测电路模块。