CN104849597A - 一种金属氧化物避雷器在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属氧化物避雷器MOA在线监测方法，利用遗传算法将等效模型中泄漏电流计算值拟合逼近泄漏电流实际测量值，求解模型中反应MOA老化的参数，从而准确对其老化情况进行监测。本发明克服了电网电压中谐波电压和频率波动对MOA在线监测准确性的影响，能够更加准确的对MOA老化情况进行监测，且不需要对泄露电流进行复杂的FFT计算，克服的电流信号中干扰信号，从而有效提高了MOA老化监测效果；本发明电路设计简单、工作性能稳定、抗干扰能力强，极易改变无线传输方法，实现对MOA老化的远距离在线监测。

Description

一种金属氧化物避雷器在线监测方法

技术领域

本发明涉及电子、智能电网、电气设备防雷技术领域，具体说是一种金属氧化物避雷器在线监测方法。

背景技术

闪电具有强烈的电磁脉冲现象，对电子设备会造成强烈的破坏作用，闪电灾害已经被联合国公布为10种最严重的自然灾害之一。金属氧化物避雷器(metaloxide arrester,MOA)是电力系统中重要的过电压保护设备，为变压器、电缆线路等提供安全可靠的操作环境。在MOA使用过程中，由于各种因素其性能发生不可逆变的变化，最终会丧失对电路的保护作用，甚至引起电网接地故障，造成停电事故。例如雷电过电压，操作过电压等过电压造成的MOA老化，泄漏电流中阻性电流发热造成的老化恶性循环，此外，大气中的湿度、温度等条件同样会对其性能造成影响。目前电力系统中，通常每两年对线路安装的避雷器进行预防性试验，但线路中避雷器众多，需要耗费巨大的财力、物力和人力，因此，对MOA老化情况进行在线监测成为一个非常热门的研究课题。

目前关于MOA的老化监测技术主要分为补偿法和谐波分析法，但以上两类方法存在着较多的缺陷，例如一种基于容性电流补偿法测量MOA阻性电流的电路(201210078747.X)，一种在线检测避雷器泄漏阻性电流的方法(201110183325.4)，一种避雷器阻性泄漏电流算法(201310300687.6)，一种MOA阻性电流在线监测系统的工作方法(201110322641.5)，一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法(201010288860.1)等利用MOA漏电流中阻性电流对MOA老化进行监测。但这些方法均受电网电压中谐波电压和电网频率波动的影响，会引起监测结果很大误差。

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在线监测方法。

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在线监测方法，包括以下步骤：

(1)检测获取施加于MOA上的电压u和流过MOA的泄漏电流，将泄漏电流通过低通滤波器进行滤波后得到测量泄漏电流i_m；

(2)根据下式建立模拟漏电电流i公式：

i＝tan(u)/k+Cdu/dt①

式中u为步骤1中测得的电压信号，i为模拟漏电电流，k、c为MOA老化参数；

(3)根据下式建立模型泄漏电流与测量泄漏电流最小误差目标方程：

$\mathrm{\ϵ}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[i\left(n\right)-i_m\left(n\right)]}^2$      ②

式中i为步骤2中的模拟泄漏电流，i_m为测量泄漏电流信号，n为采样点数；

(4)根据公式①、②建立联立方程，通过遗传算法求解得到使目标函数ε最小的c和k值，对比初始MOA老化参数k、c值与得到的k、c的变化，实现对MOA老化在线监测。c和k的值共同反应了MOA的老化程度，他们随着MOA的老化而发生变化。关于晶界电容C，MOA由正常工作到完全老化，其电容值也会逐渐增大，对于k，其随着MOA的老化而逐渐减小C、k的值是将模拟漏电流拟合逼近实时检测的漏电流而得到。

本发明进一步的设计方案中，在步骤1中将电压u和测量泄漏电流im通过ZigBee模块发送到终端处理器，利用终端处理器处理、显示MOA老化情况。

本发明进一步的设计方案中，上述ZigBee模块包括ZigBee发送模块和ZigBee接收模块，所述ZigBee发送模块连接在电压互感器及低通滤波器上，所述ZigBee接收模块与终端处理器连接。

本发明具有以下突出的有益效果：

(1)本发明克服了电网电压中谐波电压和频率波动对MOA在线监测准确性的影响，能够更加准确的对MOA老化情况进行监测。

(2)本发明不需要对泄露电流进行复杂的FFT计算，有效克服了电网频率波动造成的频谱泄漏效应，从而提高了在线监测准确性。

(3)本发明对测量实际泄漏电流信号时，克服的电流信号中干扰信号，从而有效提高了MOA老化监测效果。

(4)本发明可以通过ZigBee模块实现无线监测100m范围内MOA老化情况，具有低成本、低时延、高容量等优点。

(5)本发明电路设计简单、工作性能稳定、抗干扰能力强。极易改变无线传输方法，实现对MOA老化的远距离在线监测。

附图说明

图1是本发明金属氧化物避雷器在线监测方法的流程图；

图2是MOA等效模型图；

图3是终端处理器示意图；

图4是遗传算法计算步骤图；

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

图1是本发明的整体流程图。首先通过电压互感器获得施加于MOA上的电压信号u，通过穿心式电流传感器获取流过MOA的泄漏电流信号，此时获取的泄漏电流信号可能存在着较多的高频干扰信号，因此将获取的泄漏电流信号通过低通滤波器进行滤波，消除部分高频信号干扰，从而得到更加接近真实的测量泄漏电流i_m。其次，将电压u和测量泄漏电流i_m通过ZigBee模块发送到终端处理器，利用终端处理器处理判断显示MOA老化情况。ZigBee模块包括ZigBee发送模块和ZigBee接收模块，ZigBee发送模块连接在电压互感器及低通滤波器上，ZigBee接收模块与终端处理器连接。

图2为本发明中使用的MOA等效模型图。将MOA等效为一个非线性电阻和电容并联的模型。施加于非线性电阻上产生的电流为阻性电流，施加在电容上产生的电流为容性电流，MOA安装于电路时，产生的泄漏电流信号即为容性电流和阻性电流之和。容性电流的计算公式i_c＝Cdu/dt进行计算。随着MOA的老化，公式中晶界电容c值会逐渐增大，故其容性电容也会减小。阻性电流使用目前较为广泛的公式i_r＝tan(u)/k。k值同样反应的MOA的老化程度，随着MOA的老化，k值逐渐减小，阻性电流逐渐增大。因此施加在MOA上产生的模拟泄漏电流i即可表示为：i＝tan(u)/k+Cdu/dt。模拟泄漏电流i为关于电容c和k的函数关系。

图3为本发明的终端处理器示意图。终端处理器将得到的电压信号，使用MOA等效模型建立关于i＝f(c,k)的函数关系式。然后，将实际的测量泄漏电流和模型计算的模拟泄漏电流建立最小误差目标方程，见公式(2)，通过遗传算法求解使目标函数最小的c和k值。

$\mathrm{\ϵ}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[i\left(n\right)-i_m\left(n\right)]}^2---\left(2\right)$

式中i为通过模型计算的模拟泄漏电流，i_m为实际的MOA测量泄漏电流。N为示波器采样点数。

图4为本发明遗传算法计算步骤图。将公式(2)所示的关于c和k的目标函数，使用遗传算法求解目标函数的最小值。首先确立目标函数的终止条件，即模型计算泄漏电流与实际测量泄漏电流值之间的误差要求，当计算误差小于该值时，即可结束循环，显示计算结果k和c值，当不满足误差要求，需要继续使用遗传算法对其进行编码、选择、交叉、变异，最后解码进行计算，直至满足误差要求，停止计算，显示计算结果c和k值。

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 (3)

1.一种金属氧化物避雷器在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测获取施加于MOA上的电压u和流过MOA的泄漏电流，将泄漏电流通过低通滤波器进行滤波后得到测量泄漏电流i_m；

(2)根据下式建立模拟漏电电流i公式：

i＝tan(u)/k+Cdu/dt   ①

式中u为步骤1中测得的电压信号，i为模拟漏电电流，k、c为MOA老化参数；

(3)根据下式建立模型泄漏电流与测量泄漏电流最小误差目标方程：

$\mathrm{\ϵ}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[i\left(n\right)-i_m\left(n\right)]}^2$    ②

式中i为步骤2中的模拟泄漏电流，i_m为测量泄漏电流信号，n为采样点数；

(4)根据公式①、②建立联立方程，通过遗传算法求解得到使目标函数ε最小的c和k值，对比初始MOA老化参数k、c值与得到的k、c的变化，实现对MOA老化在线监测。

2.根据权利要求1所述的金属氧化物避雷器在线监测方法，其特征在于，将步骤1中的电压u和测量泄漏电流i_m通过ZigBee模块发送到终端处理器，利用终端处理器处理、显示MOA老化情况。

3.根据权利要求2所述的金属氧化物避雷器在线监测方法，其特征在于，所述ZigBee模块包括ZigBee发送模块和ZigBee接收模块，所述ZigBee发送模块连接在电压互感器及低通滤波器上，所述ZigBee接收模块与终端处理器连接。