CN112305347B - 一种moa旁路式取样全电流测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于MOA电力检测技术领域，涉及一种MOA旁路式取样全电流测量方法。现有的MOA全电流旁路式测量方法存在测量误差较大、测量方法复杂且成本较高的问题。本申请提供一种MOA旁路式取样全电流测量方法，通过在放电计数器上设置并联有微小电阻的旁路电路，将MOA接地线路中的放电计数器等效为电阻Rx和电容Cx并联；建立物理参数模型，通过试验接入微小电阻，得出相关物理参数，再联立方程组进行求解，从而获取MOA的全电流。本申请可通过多次试验，确定接入电路的微小电阻的电阻值，从而使测量结果更接近真实值，有利于精准测量MOA的全电流。本申请测量精度高、方法简便、成本较低且应用范围较广，适于行业内推广运用。

Description

一种MOA旁路式取样全电流测量方法

技术领域

本申请涉及MOA电力检测技术领域，尤其涉及一种MOA旁路式取样全电流测量方法。

背景技术

20世纪70年代以来金属氧化物避雷器(MOA)优越的非线性特性逐渐被人们发现并了解，在国内外引起了广泛的关注和研究，并在市场上逐渐取代了传统的SIC避雷器。金属氧化物避雷器以其通流容量大、响应迅速、性能稳定等特点，迅速成为电力系统重要的过电压保护设备，对电力系统及其设备的安全有效运行具有重要的意义。金属氧化物避雷器在正常工作状况下呈现高阻状态，当线路中的过电压超过避雷器参考电压时，其等效阻抗迅速转变为低阻并泄放电路中的过电流，有效的抑制过电压，从而保证电力系统的安全可靠运行。

金属氧化物避雷器长期在线工作会受到大气温度、湿度以及感应、操作和雷电过电压等因素的影响，使得避雷器内部发生不可逆的变化，避雷器发生老化劣化现象，最终丧失对电力系统及其设备的保护作用；特殊情况下，受损的金属氧化物避雷器会出现爆炸现象，给设备以及工作人员的安全带来很大的危害。这些因素影响下的避雷器内部的一些绝缘缺陷往往并无预防性试验下的明显特征，以至于很难发现。近年来的研究成果表明，避雷器泄漏电流由阻性分量(有功电流)和容性分量(无功电流)组成，当避雷器发生老化劣化现象时，其阻性泄漏电流分量明显增大，导致流过避雷器的泄漏电流显著增加。由于金属氧化物避雷器一般可等效为由非线性电阻和晶界电容组成，但这两者的值一般无法直接获得，因此有必要对提取阻性泄漏电流分量的方法进行研究。

因此，光靠预防性试验无法真实反映金属氧化物避雷器的真实绝缘情况。同时，早期的电力系统检修中，是按照固定的周期对设备采取停电例行试验来进行检查，随着电网电压等级以及客户数量的大规模增加，停电检修以及设备故障引起的停电所带来的损失呈几何倍数增加，所以在线检测得到了蓬勃的发展，并逐渐取代停电例行试验。近年来，有学者相继做了其他避雷器在线监测方法的研究。比较常用的方法有用电流传感器在测量电流的方式，该种方法只能用于在线监测，存在精度低、泛化性差，实时检测性欠佳的问题。由于MOA全电流十分微弱，电流传感器无法避免噪声带来的干扰，误差较大。另一种在避雷器计数器并联电阻的方法，又称旁路法，该种方法能够较方便的测量氧化锌避雷器全电流，但是旁路上的电流并不是流过氧化锌避雷器的全部电流，在原理上无法真实还原氧化锌避雷器的全电流，存在测量误差较大、测量方法复杂且成本较高的问题。

发明内容

本申请提供了一种MOA旁路式取样全电流测量方法，以解决现有的旁路式测量方法存在的测量误差较大、测量方法复杂且成本较高的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种MOA旁路式取样全电流测量方法，包括以下步骤：

将MOA接地线路中的放电计数器等效为内阻抗回路，所述内阻抗回路等效为电阻Rx和电容Cx并联；

设置旁路电路，所述旁路电路与所述内阻抗回路并联，所述旁路电路进一步设置为电阻R0、r1、r2并联，在r1的支路上设置开关S1、在r2的支路上设置开关S2；

设测量电流时MOA运行在线性区，所述MOA等效为恒定电流源，令为I；

试验环节，将S1、S2均断开，此时测得放电计数器的两端电压为U0，将S1闭合、S2断开，此时测得放电计数器的两端电压为U1,将S1断开、S2闭合，此时测得放电计数器的两端电压为U2，联立方程得：

通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I。

可选的，在所述通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I的步骤之后，还包括：

搭建实验平台，测量不同的r1、r2电阻值条件下，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn；

在不并联旁路电路的条件下，测量真实全泄漏电流Ix的值；

在计算得出的MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn中，寻找最接近真实全泄漏电流Ix的值，并将此全泄漏电流值条件下的两个电阻作为旁路电路中的r1、r2；

执行所述试验环节，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流。

可选的，所述电阻r1和r2的电阻值不相等。

可选的，所述电阻R0的电阻值取值范围为：0.1Rx≤R0≤0.5Rx。

可选的，所述电阻r1和r2的电阻值小于等于所述电阻R0的电阻值的百分之一。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请实现MOA(金属氧化物避雷器)全电流的精确测量，有效解决了传统MOA全电流测量时带来的噪声干扰和准确性不足的问题。通过放电计数器的内阻抗模型参数的不断修正，可提高带电或在线检测下对全电流的测量精度。本申请通过相关模型参数的取值即可以完成MOA尤其是氧化锌避雷器全电流的测量。本申请能够实现对电网中氧化锌避雷器全电流的精准获取，操作简单安全，为氧化锌避雷器性能评估、电力设备安全等提供可靠保障，为电力系统的安全可靠运行及改修决策提供技术支撑，具体体现在以下几个方面：

(1)本申请在进行MOA尤其是氧化锌避雷器的全电流测量时，不需要借助其他复杂的设备，并且精准度高；

(2)降低测量成本，可以实现大规模的应用。由于重在优化了测量方式方法，采用的装置和器件也相对廉价，进一步降低了成本，所以可以实现大规模的应用；

(3)应用场合较广，可以应用于电力系统中绝大多数需要对氧化锌避雷器进行带电检测的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为本申请中放电计数器安装结构示意图；

图2为本申请中MOA旁路式取样全电流测量示意图；

图3为本申请的等效电路原理示意图；

图示说明：

其中，图1中，当MOA金属氧化物避雷器通过雷电波、操作波和工频过电压时，强大的工作电流从计数器的非线性电阻通过，经过直流变换，对电磁线圈放电而使计数器吸动一次，来实现记录避雷器动作次数。图1示出了具体的安装位置。

图2中，Rx为阻值较大的保护电阻，作用一是保护电路不因过大的电流烧毁，作用二是引入适当的电压避免其电流过小导致测量精度不足。S1、S2为开关，用于调整在监测电压信号时挡位切换以及幅值调整。当电阻r1足够小时，计数器内阻抗回路与旁路电路支路所构成的并联电路可等效为纯电阻支路，令其等效电阻为R1。

在测量泄漏电流时，MOA工作于线性区，电阻极大，电压母线的绝大部分电压加在避雷器两端，此时避雷器可等效为恒定电流源，MOA的全电流为I,即流经放电计数器的电流。如附图3所示。等效电路Z为内阻抗回路和旁路电路并联的电路，令等效电路Z两端电压为U，则U正比于R，且R随着r的减小而减小。若并联电阻r取的过小，将导致R两端电压幅值过低，测量精度无法保证，反之若并联电阻r取的过大，则虚线框内放电计数器与r的并联回路将无法等效为纯电阻支路，此时测得的泄漏电流将与真实值产生相差，影响测量精度。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请中放电计数器安装结构示意图。

本申请提供的一种MOA旁路式取样全电流测量方法，包括以下步骤：

将MOA接地线路中的放电计数器等效为内阻抗回路，所述内阻抗回路等效为电阻Rx和电容Cx并联；

设置旁路电路，所述旁路电路与所述内阻抗回路并联，所述旁路电路进一步设置为电阻R0、r1、r2并联，在r1的支路上设置开关S1、在r2的支路上设置开关S2；

设测量电流时MOA运行在线性区，所述MOA等效为恒定电流源，令为I；

试验环节，将S1、S2均断开，此时测得放电计数器的两端电压为U0，将S1闭合、S2断开，此时测得放电计数器的两端电压为U1,将S1断开、S2闭合，此时测得放电计数器的两端电压为U2，联立方程得：

通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I。

本实施例中，MOA全电流测量时一般运行在线性区，放电计数器等效内阻抗

其中ω对应角频率，j为虚部符号，通过上述方程组可解得Rx、Cx的值，乃至计算出MOA的全泄漏电流I。

可选的，在所述通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I的步骤之后，还包括：

搭建实验平台，测量不同的r1、r2电阻值条件下，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn；

在不并联旁路电路的条件下，测量真实全泄漏电流Ix的值；

在计算得出的MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn中，寻找最接近真实全泄漏电流Ix的值，并将此全泄漏电流值条件下的两个电阻作为旁路电路中的r1、r2；

执行所述试验环节，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流。

本实施例中，搭建实验平台，对r的取值进行比对。搭建如附图2所示的实验平台，首先不并联小电阻r，测得真实全泄漏电流Ix。而后根据计数器内阻抗等效电路R、C的取值，使计数器回路分别与不同阻值的r1、r2、r3…rn，得到数组避雷器全电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn，通过相位幅值比对算法，从抗干扰以及精确性层面分析，当测试值Ixn与不并联小电阻r测得真实全泄漏电流Ix之间的偏差最小时，此时采用的r取值为最佳值。

参考附图3，为本申请的等效电路原理示意图。从附图3可知，当r满足要求时,S1、S2均闭合，测得等效电路即并联回路的两端电压Ux,则避雷器全电流为：

可选的，所述电阻r1和r2的电阻值不相等。

可选的，所述电阻R0的电阻值取值范围为：0.1Rx≤R0≤0.5Rx。

可选的，所述电阻r1和r2的电阻值小于等于所述电阻R0的电阻值的百分之一。

本申请实现MOA(金属氧化物避雷器)全电流的精确测量，有效解决了传统MOA全电流测量时带来的噪声干扰和准确性不足的问题。通过放电计数器的内阻抗模型参数的不断修正，可提高带电或在线检测下对全电流的测量精度。本申请通过相关模型参数的取值即可以完成MOA尤其是氧化锌避雷器全电流的测量。本申请能够实现对电网中氧化锌避雷器全电流的精准获取，操作简单安全，为氧化锌避雷器性能评估、电力设备安全等提供可靠保障，为电力系统的安全可靠运行及改修决策提供技术支撑，具体体现在以下几个方面：

(1)本申请在进行MOA尤其是氧化锌避雷器的全电流测量时，不需要借助其他复杂的设备，并且精准度高；

(2)降低测量成本，可以实现大规模的应用。由于重在优化了测量方式方法，采用的装置和器件也相对廉价，进一步降低了成本，所以可以实现大规模的应用；

(3)应用场合较广，可以应用于电力系统中绝大多数需要对氧化锌避雷器进行带电检测的场合。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种MOA旁路式取样全电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将MOA接地线路中的放电计数器等效为内阻抗回路，所述内阻抗回路等效为电阻Rx和电容Cx并联；

设置旁路电路，所述旁路电路与所述内阻抗回路并联，所述旁路电路进一步设置为电阻R0、r1、r2并联，在r1的支路上设置开关S1、在r2的支路上设置开关S2；

设测量电流时MOA运行在线性区，所述MOA等效为恒定电流源，令为I；

试验环节，将S1、S2均断开，此时测得放电计数器的两端电压为U0，将S1闭合、S2断开，此时测得放电计数器的两端电压为U1,将S1断开、S2闭合，此时测得放电计数器的两端电压为U2，联立方程得：

通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I。

2.根据权利要求1所述的MOA旁路式取样全电流测量方法，其特征在于，在所述通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流I的步骤之后，还包括：

搭建实验平台，测量不同的r1、r2电阻值条件下，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn；

在不并联旁路电路的条件下，测量真实全泄漏电流Ix的值；

在计算得出的MOA的全泄漏电流Ix1、Ix2、Ix3…Ixn中，寻找最接近真实全泄漏电流Ix的值，并将此全泄漏电流值条件下的两个电阻作为旁路电路中的r1、r2；

执行所述试验环节，通过计算方程组，得出MOA的全泄漏电流。

3.根据权利要求1所述的MOA旁路式取样全电流测量方法，其特征在于，所述电阻r1和r2的电阻值不相等。

4.根据权利要求1所述的MOA旁路式取样全电流测量方法，其特征在于，所述电阻R0的电阻值取值范围为：0.1Rx≤R0≤0.5Rx。

5.根据权利要求1所述的MOA旁路式取样全电流测量方法，其特征在于，所述电阻r1和r2的电阻值小于等于所述电阻R0的电阻值的百分之一。

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