CN111579905B - 一种串补氧化锌避雷器带电测试的方法 - Google Patents

一种串补氧化锌避雷器带电测试的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种串补对氧化锌避雷器带电测试影响方法，该方法是在串补氧化锌避雷器进行带电测试时，采集串补两端的氧化锌避雷器泄漏电流信号和二次电压信号，即采集串补电容所在支路的电流I3、氧化锌避雷器MOA1的电流I 1、电容式电压互感器CVT1的电压U 1、氧化锌避雷器MOA1的电流I 2、电容式电压互感器CVT2的电压U 2，计算串补的两端氧化锌避雷器的电压角度差
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，并加上相间干扰补偿角对采集的数据进行修正，以解决串补影响导致的带电测试中存在的测量误差问题，保障电网安全运行。

Description

一种串补氧化锌避雷器带电测试的方法
技术领域
本发明涉及一种串补氧化锌避雷器带电测试的方法，属于电力系统设备管理领域。
背景技术
氧化锌避雷器具有良好保护性能，氧化锌具有良好的非线性伏安特性，使其在正常工作电压时流过避雷器为微安或毫安级的小电流；当过电压作用时，电阻急剧下降，电流猛增，释放过电压的能量，达到保护设备的效果。多年来，其运行情况大部分良好，但在运行中发生损坏或爆炸的事故也时有发生，可见，金属氧化物避雷器对电网安全稳定运行的作用是很大的。
目前，对氧化锌避雷器的运行工况进行检测的方法主要有三种：一是常规停电测试；二是安装避雷器在线监测仪；三是利用仪器进行带电测试。带电测试的优点是：无需停电，不受电网运行方式和试验周期的限制，随时都可以进行测试；操作简单，使用方便灵活；测试安全，省时省力；其缺点是受到现场磁场、电场分布空间的干扰，数据重复性略差。
发明内容
本发明依据氧化锌避雷器带电测试原理，并对串补引起的误差进行分析并修正，提出了采集串补的两端氧化锌避雷器进行带电测试时CVT的电压和电流，依据相角改变的规律，对测量数据进行修正，解决了串补影响导致的测量误差问题；使检修人员对设备的运行情况和性能有更准确全面的了解，为状态检修的深入开展奠定了坚实基础；节省大量人力物力，确保电网安全运行。
本发明方法是在串补氧化锌避雷器进行带电测试时，采集串补两端的氧化锌避雷器泄漏电流信号和二次电压信号，即采集串补电容所在支路的电流I3、氧化锌避雷器MOA1的电流I1、电容式电压互感器CVT1的电压U1、氧化锌避雷器MOA1的电流I2、电容式电压互感器CVT2的电压U2，计算串补的两端氧化锌避雷器的电压角度差β-α，并加上相间干扰补偿角对采集的数据进行修正，以解决串补影响导致的带电测试中存在的测量误差问题。
电电压角度差β-α的计算公式如下：
Figure BDA0002497215250000011
其中XC为串补电容阻抗，XL为高抗阻抗，
Figure BDA0002497215250000012
A相的相间干扰补偿角为-2°～-4°，B相的相间干扰补偿角为0，C相的相间干扰补偿角为2°～4°。
采集的电压或电流信号处理方式如下：
(1)接收避雷器带电测试时会产生误差反馈的信号，对标准输出信号进行幅值和相位调节；同时，对反馈信号进行短时傅里叶(DFT)运算；设定单个周期采样256个点，则fs＝256f0；如果采样点数控制N＝256×10＝4096,可以保证q为整数，即实现了波形的整周期采样，不发生频谱泄漏；对信号进行频谱分析，信号发生时叠加反向谐波信号抵消由于硬件电路引入的噪声及高次谐波，降低波形的失真度；
(2)根据奈奎斯特采样定律，输出序列长度为N＝4096的离散数字信号，将信号传递给采样设备，并控制采样设备进行数模转换；在系统允许的失真度情况下，且保证fs≥2fM，fs越大，由DAC转换的模拟信号越接近原始信号。
本发明方法的优点和技术效果：
本发明依据氧化锌避雷器带电测试原理，结合相角改变的规律，即：串补线路侧电压与变电站内线路电压的角度差与串补两侧避雷器的电流和电压有效值、串补电容之间的关系，计算该角度差，对测量数据进行修正，解决了串补影响导致的测量误差问题，保障电网安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图；
图1是MOA简化等效示意图图；
图2是MOA泄漏电流示意图；
图3是一字排列的避雷器相间干扰示意图；
图4是串补、变电站接线示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
如图1所示，金属氧化锌避雷器的运行参数模型可以简化等效为一个可变电阻和一个不变电容并联的电路。
在交流电压作用下，氧化锌避雷器的总泄漏电流包含阻性电流和容性电流(即有功分量和无功分量)。在正常运行情况下，流过避雷器的主要电流是容性电流，而阻性电流只占很小一部分，大约为10％-25％左右。但当氧化锌避雷器内部老化、受潮或表面严重污秽时，阻性电流将急剧增大，而容性电流变化不多，因此通过测量氧化锌避雷器阻性电流的变化，即可了解氧化锌避雷器的运行状况。输入PT二次电压作为参考信号，同时输入氧化锌避雷器泄漏电流信号，经过傅立叶变换可以得到电压基波U1、电流基波峰值Ix1p和电流电压的角度Φ(图2)。因此与电压同相的分量为阻性电流基波峰(Ir1p)，与其正交的分量是容性电流基波峰值(Ic1p)，有：
Ir1p＝Ix1pCOSΦ
Ic1p＝Ix1pSINΦ
用
Figure BDA0002497215250000031
和Ir1p均能直观衡量MOA性能。
现场测量时，一字排列的避雷器(图3)，中间B相通过杂散电容对A、C泄漏电流产生影响，使A相
Figure BDA0002497215250000032
减小，阻性电流增大，C相
Figure BDA0002497215250000033
增大，阻性电流减小甚至为负，这种现象称相间干扰。
一种方法是补偿相间干扰：假设Ia、Ic无干扰时相位相差120°，假设B相对A、C相干扰是相同的；将电压取B相，电流取C相，测得
Figure BDA0002497215250000034
再将电流取A相，测得
Figure BDA0002497215250000035
则C相电流与A相电流之间的相位差
Figure BDA0002497215250000036
即可得到校正角
Figure BDA0002497215250000037
也可不必补偿相间干扰(即补偿角度为0)，从阻性电流的变化趋势判断避雷器性能。如果允许，可以只给待测相加电，以取得绝对数据。
GB11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》规定，新投运的110kV及以上的金属氧化物避雷器，3个月测量1次运行电压下的交流泄漏电流，3个月后，每半年测量1次，运行1年后，每年雷雨季节前测量1次。在运行电压下，全电流、阻性电流或功率损耗的测量值与初始值比较，有明显变化时应加强监测，当阻性电流增加1倍时，应停电检查。但阻性电流基波值受运行电压大小、天气、湿度等影响，因此根据多年的现场使用经验和仪器使用说明，避雷器性能可以从阻性电流基波峰值Ir1p判断，但从电流电压角度Φ判断更有效，因为90°-Φ相当于介损角。如果规定阻性电流小于总电流的25％，对应的
Figure BDA0002497215250000038
为75°；无相间干扰时，Φ大多在81°～86°之间。按“阻性电流不能超过总电流的25％”要求，Φ不能小于75.5°，可参考表1对MOA性能分段评价：但是在实际使用中Φ<80°时应当引起注意。
表1 MOA性能分段评价表
Figure BDA0002497215250000039
Figure BDA0002497215250000041
有相间干扰时，产生误差，可按表2以下角度修正：
表2相间干扰补偿角参考
A相 B相 C相
-2°～-4° 0 +2°～+4°
如图4所示，串补站和变电站相临而建，两站相距1公里左右；串补在正常运行的情况下，可等效为一个电容器。串补的两端有氧化锌避雷器MOA1、MOA2，但只有线路侧有CVT1，而串补另外一侧的CVT在变电站内，理想情况下，对MOA1进行带电测试的时候，应该采集CVT1的电压和MOA1的电流，而对MOA2进行带电测试的时候，则应该采集CVT2的电压和MOA2的电流，然而CVT2在变电站内，两者相距达1公里，不可能牵1公里的电缆采集电压，虽然现在有一些避雷器带电测试仪具有无线功能，但仪器昂贵，并且暂未发现可以在有围墙等障碍阻隔条件下传输1公里的仪器。因此，在MOA2带电测试的时候，只能采集CVT1的电压和MOA2的电流。但CVT1和CVT2测量到的电压受串补电容的影响，相角已经有所改变，因此要找出相角改变的规律，对测量数据进行修正。
表3电气设备名称
MOA1、MOA2串补两侧避雷器 CVT1串补线路侧电压互感器
CVT2变电站内线路电压互感器 CT1变电站内高抗电流互感器
CT2变电站内线路电流互感器 CT3串补电流互感器
从保护或监控后台可读出CVT1、CVT2、CT1、CT2、CT3的有效值，串补电容C、高抗L参数已知，设CVT1、CVT2、CT1、CT2、CT3测量矢量值分别为
Figure BDA0002497215250000042
串补电容C阻抗为XC，高抗阻抗为XL，设通过A点的复功率为
Figure BDA0002497215250000043
通过B点的复功率为
Figure BDA0002497215250000044
电容产生的复功率为
Figure BDA0002497215250000045
则
Figure BDA0002497215250000046
Figure BDA0002497215250000047
因为电容器只产生无功，所以A、B两点有功相等，可得：
Figure BDA0002497215250000051
Figure BDA0002497215250000052
令串补流过的电流
Figure BDA0002497215250000053
以其为参考，设
Figure BDA0002497215250000054
可得：
U1I3cos(α)＝U2I3cos(β) (5)
Figure BDA0002497215250000055
整理得：
U1I3cos(α)＝U2I3cos(β) (7)
U1sin(α)+I3XC＝U2sin(β) (8)
求解可得：
Figure BDA0002497215250000056
Figure BDA0002497215250000057
则β-α即为
Figure BDA0002497215250000058
的角度差；
在现场带电测量MOA2时，除了按照常规的接线连接线路CVT1的电压信号和MOA2的电流信号，还要同时观察监控后台，记录下当前的串补线路侧CVT1电压U1、变电站内线路CVT2电压U2和流过串补电容的电流I3，计算出β-α即为U2、U1的角度差，加上相间干扰补偿角即为修正后的角度。
即U2、U1的角度差为β-α，修正后的角度为:补偿角+β-α；
针对受串补影响导致串补变电站侧避雷器所加电压有角度差，在进行避雷器带电测试时会产生误差，另外，为了保证数据采集时数据的正确性，信号不失真，采用以下措施对数据进行采集：
(1)接收避雷器带电测试时会产生误差反馈的信号，对标准输出信号进行幅值和相位调节。同时，对反馈信号进行短时傅里叶(DFT)运算。设定单个周期采样256个点，则fs＝256f0。如果采样点数控制N＝256×10＝4096,可以保证q为整数，即实现了波形的整周期采样，不发生频谱泄漏。对信号进行频谱分析，信号发生时叠加反向谐波信号抵消由于硬件电路引入的噪声及高次谐波，降低波形的失真度。
(2)根据奈奎斯特采样定律，输出序列长度为N＝4096的离散数字信号，将信号传递给采样设备，并控制采样设备进行数模转换。在系统允许的失真度情况下，且保证fs≥2fM，fs越大，由DAC转换的模拟信号越接近原始信号。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实+施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

Claims (3)

1.一种串补氧化锌避雷器带电测试的方法，其特征在于：在串补氧化锌避雷器进行带电测试时，采集串补两端的氧化锌避雷器泄漏电流信号和二次电压信号，即采集串补电容所在支路的电流I3、氧化锌避雷器MOA1的电流I1、电容式电压互感器CVT1的电压U1、氧化锌避雷器MOA2的电流I2、电容式电压互感器CVT2的电压U2，计算串补的两端氧化锌避雷器的电压角度差β-α，并加上相间干扰补偿角对采集的数据进行修正，以解决串补影响导致的带电测试中存在的测量误差问题；
串补站和变电站相临而建，串补的两端有氧化锌避雷器MOA1、MOA2，线路侧有CVT1，而串补另外一侧的CVT2在变电站内；
所述电压角度差β-α的计算公式如下：
Figure FDA0003457770150000011
其中XC为串补电容阻抗，XL为高抗阻抗，
Figure FDA0003457770150000012
2.根据权利要求1所述的串补氧化锌避雷器带电测试的方法，其特征在于：A相的相间干扰补偿角为-2°～-4°，B相的相间干扰补偿角为0，C相的相间干扰补偿角为2°～4°。
3.根据权利要求1所述的串补氧化锌避雷器带电测试的方法，其特征在于：采集的电压或电流信号处理方式如下：
(1)接收避雷器带电测试时会产生误差反馈的信号，对标准输出信号进行幅值和相位调节；同时，对反馈信号进行短时傅里叶运算；设定单个周期采样256个点，则fs＝256f0；如果采样点数控制N＝256×10＝4096,可以保证周期q为整数，即实现了波形的整周期采样，不发生频谱泄漏；对信号进行频谱分析，信号发生时叠加反向谐波信号抵消由于硬件电路引入的噪声及高次谐波，降低波形的失真度；
(2)根据奈奎斯特采样定律，输出序列长度为N＝4096的离散数字信号，将信号传递给采样设备，并对采样设备进行数模转换；在系统允许的失真度情况下，且保证fs≥2fM，fs越大，由DAC转换的模拟信号越接近原始信号。
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