CN111766446A - 一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法，核相装置包括检测主机，避雷器和计数器，所述主机和从机上均装有电流信号采集模块、相位检测模块、收发模块、相位比较模块、卫星授时模块、显示屏、语音模块和电池模块；线路电流引出至避雷器，避雷器与计数器串联后接地，流检测主机并联在计数器两侧，通过在避雷器接地端采集电流信号，避免了传统的高压一次直接核相装置需作业人员用核相杆直接接触一次高压带电部分，大大降低作业风险，同时也避免了间接二次核相装置需要多次调整系统一次接线、多次操作输变电设备、繁琐、效率低的问题。

Description

一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法。

背景技术

在电力系统实际运行过程中经常需要进行核相工作，变电站和输电线路在新建、改建和扩建后投入运行前，以及输电线路检修完毕、向用户送电前，都必须进行三相电路核相试验，以确保投运的电力设备三相相序一致。

目前应用的核相方法主要分为两种：一种是高压一次直接核相，即工作人员使用满足电压等级的绝缘杆将两个发射装置分别靠近或接触待投运、正在运行线路的一次带电部分，通过无线发送模块将数字信号发送至接收器，接收器将接收到的具有相位特性的两个信号进行实时比较，以确定被测设备和参照设备的相序、相位是否一致；一种是间接二次核相，即通过在两台三相电压互感器的二次侧进行参照、测试、对比，来确认电压、相序、相位是否正确。其中，一次核相严重依赖绝缘杆的绝缘强度和制造工艺，雨天、潮湿、污秽、障碍物等复杂工况不能使用，存在较大安全隐患；二次核相有时要进行运行方式调整，可能造成电网风险，甚至引起电网事件的发生，且需要多部门、多班组协作，工作流程长、效率低。

综上分析可知，现有的基于电压相位差值的核相装置存在诸多不足，不满足电力生产工作安全高效的要求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法，包括避雷器A、避雷器B、计数器A、计数器B、检测主机A和监测主机B；参考线路引出的电流流过避雷器A与计数器A串联后接地，检测主机A并联在计数器A两侧；待核相线路引出的电流流过避雷器B与计数器B串联后接地，检测主机B并联在计数器B两侧；

所述检测主机包括电流信号采集模块、相位检测模块、收发模块、相位比较模块、卫星授时模块、和电池模块；

所述电流信号采集模块用于采集避雷器接地端泄露电流信号；

所述相位检测模块用于将采集的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行同步计算识别；

所述收发模块用于检测主机A和监测主机B之间的相互通讯；

所述相位比较模块将检测主机测得的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行差值计算；

所述卫星授时模块用于为检测主机A和监测主机B提供统一的时间基准；

所述电池模块用于给各模块提供工作所需电源。

本技术方案原理：本技术方案在同一标准时间下，通过持续采集参考线路和待核相线路避雷器接地端的对地泄露电流信号，将两同步电流信号的相位进行比较，利用相位差值大小进行相序判断。在采集电流信号时不受电压高低限制，具有通用性，可对不同电压等级线路进行核相，可避免高压一次核相和二次核相带来的安全隐患，提高了核相的安全性，同时解决了目前不能对GIS站新建、扩建线路进行核相的难题。

氧化锌避雷器利用良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小(微安或毫安级)；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。同时，避雷器具有体积小、造价低、保护性能优越、非线性特性好，无续流，流通量大、耐污性能好等优点。

传统的高压一次直接核相方法为：同一标准时间下分别测得运行线路1电压U_A1、U_B1、U_C1和待送电线路2电压U_A2、U_B2、U_C2的相位信息，根据它们之间的相位差值判断运行线路1和送电线路2是否同相。

根据避雷器高压侧电压U、阻性电流Ir和容性电流Ic之间的相位关系可知，运行线路1和送电线路2避雷器的阻性电流Ir、容性电流Ic和电压U之间的相位差值相等，用公式可描述为：

式中，

为运行线路1和送电线路2的电压相位；

为运行线路1和送电线路2避雷器的阻性电流相位；

为运行线路1和送电线路2避雷器的容性电流相位。

因此，可通过同步采集运行线路和送电线路的阻性电流Ir或容性电流Ic的的相位信息进行核相。

下面进一步分析通过避雷器的总泄露电流进行线路核相的可行性。运行线路1和送电线路2避雷器的阻性总泄露电流Ix的相位差值可表述为：

式中，

为运行线路1和送电线路2避雷器的总泄露电流相位；θ₁、θ₂为运行线路1和送电线路2避雷器容性电流Ic和总泄露电流Ix之间的相位夹角。

实际运行经验表明，阻性电流分量Ir仅占总泄露电流Ix的10％～20％，根据反正弦公式可计算得到单只避雷器的夹角θ范围为5.7°～11.5°。因此，在相同相序和同一标准时间下，工况良好的运行线路1采集的避雷器总泄露电流I_x1和送电线路2采集的避雷器总泄露电流的I_x2的相角差最大可能误差为11.5－5.7＝5.8°。也就是说，同高压一次直接核相法中的电压相位差相比，总泄漏电流核相法可能引入5.8°相位差的不确定因素。然而目前核对相位关系时虽认为电流相位差值不大于30°为同相，电流相位差值大于30°为异相，但同相时的相位差往往只有2°左右。因此，目前核对相位关系的相位差准则适用于本文提出的总泄漏电流核相法。

进一步优选方案为，所述检测主机还包括语音模块，语音模块用于播报核相结果。

进一步优选方案为，所述收发模块的通信误码率小于等于1％，无线传输距离大于等于100m。

进一步优选方案为，所述检测主机还包括显示屏，显示屏用于显示各相线路电流相位、相位差值和判断结果。

进一步优选方案为，所述卫星授时模块采用全球定位系统GPS的授时技术，最大误差小于等于100us。

进一步优选方案为，所述电池模块为大容量锂电池组，是由多节锂电池并联而成，持续工作时间大于等于4h。

进一步优选方案为，所述检测主机上设置有电源开关按钮。

本发明还提供一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置的核相方法，具体方法包括：

S1、参考线路A相、B相、C相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地，待核相线路A′相、B′相、C′相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地；

S2、检测主机A并联在A相线路中计数两侧，检测主机B并联在A′相线路中计数两侧；

S3、检测主机A与检测主机B进行同步采集参考线路A相和待核相线路A′相避雷器的对地泄露电流信号；

S4、采集的电流信号在检测主机A与检测主机B之间的双向传输，检测主机A与检测主机B将得到的电流信号进行识别、计算、判断，最后得出电流相位、相位差值和判断结果；

S5、按照上述步骤依次核准B相线路和B′相线路、C相线路和C′相线路。

进一步优选方案为，判断核相结果的判定准则为：泄露电流相位差值小于30°为同相，泄露电流相位差值大于30°为异相。

本方案技术原理：在同一标准时间下，通过持续采集待送电线路和运行线路避雷器接地端的对地泄露电流信号，将两同步电流信号的相位进行比较，利用相位差值大小进行相序判断；核对相位关系时认为电流相位差值不大于30°为同相，电流相位差值大于30°为异相。通过利用避雷器接地端电流信号相位差核对相位关系，不受电压高低限制具有通用性，可对不同电压等级线路进行核相，可避免高压一次核相和二次核相带来的安全隐患，提高了核相的安全性，同时解决了目前不能对GIS站新建、扩建线路进行核相的难题。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法；通过利用避雷器接地端电流信号相位差核对相位关系，不受电压高低限制具有通用性，可对不同电压等级线路进行核相，可避免高压一次核相和二次核相带来的安全隐患，提高了核相的安全性。

2、本发明提供一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法，对110kV、220kV甚至更高电压等级线路进行核相具有通用性，避免了传统高压一次直接核相装置只能针对某一电压等级线路进行核相的弊端。

3、本发明提供一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法，对三相GIS线路装设避雷器后，可以实现对电缆进线且间隔线路侧无三相电压互感器的GIS变电站进行核相。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

在附图中：

图1为避雷器泄露电流信号的核相装示意图。

图2为监测主机内部模块示意图。

图3为避雷器等效电路。

图4为避雷器电压电流矢量图。

图5为三相避雷器电压电流矢量图。

1-避雷器A，2-计数器A，3-检测主机A，4-避雷器B，5-计数器B，6-检测主机B。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

新建、改建或扩建的发电厂和输变工程投产前，必须先进行现场相位核定试验，校核待并联的2回线是否确为同相序和同相位。多年来，广泛采用2种传统相位核定方法——高压一次直接核定法和间接二次核定法。

高压一次直接核定法一般适用于110kV及以下电压等级，在运行电压下，使用2根高绝缘、高阻值的核相棒直接接触待核定的二相高压线，将被测得的电压信号引入核相装置，通过电压相位差差值判断待测的2根高压线是否同相。这种方法的主要弊端是：与高压导线直接接触，严重依赖材料的绝缘强度和制造工艺，雨天、潮湿、污秽、障碍物等复杂工况不能使用，存在较大安全隐患。

间接二次核定法一般适用于220kV及以上电压等级，在现场不具备高压一次直接核相条件时，利用连接在两相高压导线上的同型号的电压互感器，通过电压互感器二次侧进行间接核定。这种方法的主要弊端是：需要多次调整系统一次接线，多次操作输变电设备，繁琐，容易出差错；电压互感器与系统电容可能发生铁磁谐振，引起过电压而损坏设备，造成人身与系统事故；需要多部门、多班组协作，工作流程长、效率低。

此外，对于电缆进线且间隔线路侧无三相电压互感器的GIS变电站，上述两种方法均无法进行核相。

实施例1

如图1所示，使用本发明提供的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，包括避雷器A1、避雷器B4、计数器A2、计数器B5、检测主机A3和监测主机B6；参考线路引出的电流流过避雷器A1与计数器A2串联后接地，检测主机A3并联在计数器A2两侧；待核相线路引出的电流流过避雷器B4与计数器B5串联后接地，检测主机B6并联在计数器B5两侧；

如图2监测主机内部模块示意图所示，所述检测主机包括电流信号采集模块、相位检测模块、收发模块、相位比较模块、卫星授时模块、和电池模块；

所述电流信号采集模块用于采集避雷器接地端泄露电流信号；

所述相位检测模块用于将采集的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行同步计算识别；

所述收发模块用于检测主机A和监测主机B之间的相互通讯；

所述相位比较模块将检测主机测得的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行差值计算；

所述卫星授时模块用于为检测主机A和监测主机B提供统一的时间基准；

所述电池模块用于给各模块提供工作所需电源。

所述检测主机还包括语音模块，语音模块用于播报核相结果。

所述收发模块的通信误码率小于等于1％，无线传输距离大于等于100m。

所述检测主机还包括显示屏，显示屏用于显示各相线路电流相位、相位差值和判断结果。

所述卫星授时模块采用全球定位系统GPS的授时技术，最大误差小于等于100us。

所述电池模块为大容量锂电池组，是由多节锂电池并联而成，持续工作时间大于等于4h。

所述检测主机上设置有电源开关按钮。

如图3所示，避雷器的等效电路由非线性电阻R和电容C并联组成。其中，Ix为避雷器的总泄露电流，Ir为阻性电流，Ic为容性电流。

由图4避雷器的电压和电流的矢量图可知，避雷器的阻性电流Ir与电压U同相位，而容性电流Ic超前电压U的相位角为90°。图4中，θ为容性电流Ic和总泄露电流Ix之间的相位夹角，总泄露电流Ix为阻性电流Ir和容性电流Ic的矢量和。

同理，在同一标准时间下可得到线路侧三相避雷器的电压电流矢量图，如图5所示。

传统的高压一次直接核相方法为：同一标准时间下分别测得运行线路1电压U_A1、U_B1、U_C1和待送电线路2电压U_A2、U_B2、U_C2的相位信息，根据它们之间的相位差值判断运行线路1和送电线路2是否同相。

根据图4中电压U、阻性电流Ir、容性电流Ic和总泄露电流Ix之间的相位关系，可将传统高压一次核相方法中进行电压相位差值判断的方法转换为本发明基于避雷器泄露电流相位信息的的核相方法。

对于运行状况良好的避雷器，一般图4中的阻性电流Ir仅占总泄露电流Ix的10％～20％，根据反正弦公式可计算得到夹角θ为5.7°～11.5°。因此，在相同相序和同一标准时间下，工况良好的运行线路1采集的避雷器总泄露电流I_x1和送电线路2采集的避雷器总泄露电流的I_x2的相角差最大为11.5－5.7＝5.8°，满足电流相位差值不大于30°为同相的判断标准；反之，在不同相序和同一时间标准下，其总泄露电流的I_x的相角差必定大于30°。

避雷器的阻性电流Ir与电压U同相位，而容性电流Ic超前电压U的相位角为90°。因此，也可通过采集运行线路和送电线路的阻性电流Ir或容性电流Ic的的相位信息进行核相。

实施例2

某一220kV变电站某一110kV出线电缆改迁工程完毕后，需进行送电前的核相工作。在该待送电间隔开关断开、仅线路侧避雷器带电的情况下，工作人员采用避雷器带电测试仪对该待送电线路和一运行线路的三相避雷器的泄露电流信号进行了同步采集，根据基于避雷器泄露电流信号的核相装置使用本发明提供的的核相方法，具体方法包括：

S1、参考线路A相、B相、C相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地，待核相线路A′相、B′相、C′相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地；

S2、检测主机A并联在A相线路中计数两侧，检测主机B并联在A′相线路中计数两侧；

S3、检测主机A与检测主机B进行同步采集参考线路A相和待核相线路A′相避雷器的对地泄露电流信号；

S4、采集的电流信号在检测主机A与检测主机B之间的双向传输，检测主机A与检测主机B将得到的电流信号进行识别、计算、判断，最后得出电流相位、相位差值和判断结果；

S5、按照上述步骤依次核准B相线路和B′相线路、C相线路和C′相线路。

核相结果的判定准则为：泄露电流相位差值小于30°为同相，泄露电流相位差值大于30°为异相。

采集数据如表1所示。

表1运行线路和待送电线路的核相结果

根据表1中的泄露电流相位信息和目前的相位核对准则可判断出，该待送电线路的相序正确，可合开关、刀闸完成送电工作。此外，为了验证本文提出核相方法的正确性，采用高压一次直接核相方法进行了再次核相，结果同样表明相序正确。

使用避雷器泄露电流信号的核相方法仅需在避雷器接地端取电流信号，避免作业人员用核相杆直接接触一次高压带电部分，大大降低作业风险；基于该方法研制的核相装置可适用于各种电压等级的线路、变压器等设备核相，装置具有通用性；该发明可解决目前传统方法无法进行涉及GIS的线路核相问题。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，包括避雷器A(1)、避雷器B(4)、计数器A(2)、计数器B(5)、检测主机A(3)和监测主机B(6)；参考线路引出的电流流过避雷器A与计数器A串联后接地，检测主机A并联在计数器A两侧；待核相线路引出的电流流过避雷器B(4)与计数器B(5)串联后接地，检测主机B(6)并联在计数器B(5)两侧；

所述检测主机包括电流信号采集模块、相位检测模块、收发模块、相位比较模块、卫星授时模块、和电池模块；

所述电流信号采集模块用于采集避雷器接地端泄露电流信号；

所述相位检测模块用于将采集的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行同步计算识别；

所述收发模块用于检测主机A(3)和监测主机B(6)之间的相互通讯；

所述相位比较模块将检测主机测得的运行线路电流信号相位和待核相线路的电流信号相位进行差值计算；

所述卫星授时模块用于为检测主机A(3)和监测主机B(6)提供统一的时间基准；

所述电池模块用于给各模块提供工作所需电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述检测主机还包括语音模块，语音模块用于播报核相结果。

3.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述收发模块的通信误码率小于等于1％，无线传输距离大于等于100m。

4.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述检测主机还包括显示屏，显示屏用于显示各相线路电流相位、相位差值和判断结果。

5.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述卫星授时模块采用全球定位系统GPS的授时技术，最大误差小于等于100us。

6.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述电池模块为大容量锂电池组，是由多节锂电池并联而成，持续工作时间大于等于4h。

7.根据权利要求1所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置，其特征在于，所述检测主机上设置有电源开关按钮。

8.一种基于避雷器泄露电流信号的核相方法，其特征在于，具体方法包括：

S1、参考线路A相、B相、C相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地，待核相线路A′相、B′相、C′相均引出电流流过一组避雷器与计数器串联后接地；

S2、检测主机A并联在A相线路中计数两侧，检测主机B并联在A′相线路中计数两侧；

S3、检测主机A与检测主机B进行同步采集参考线路A相和待核相线路A′相避雷器的对地泄露电流信号；

S4、采集的电流信号在检测主机A与检测主机B之间的双向传输，检测主机A与检测主机B将得到的电流信号进行识别、计算、判断，最后得出电流相位、相位差值和判断结果；

S5、按照以上步骤依次核准B相线路和B′相线路、C相线路和C′相线路。

9.根据权利要求8所述的一种基于避雷器泄露电流信号的核相方法，其特征在于，核相结果的判定准则为：泄露电流相位差值小于30°为同相，泄露电流相位差值大于30°为异相。

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