CN112649669B - 基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，包括以下步骤：在金属氧化物避雷器接地端串联放电计数器或电阻，在其两端并联工频并联谐振滤波电路；将电网运行电压通过运行母线施加在串联电路上；在金属氧化物避雷器上采用相位采集器采集避雷器接地端的电压相位角和电网电压相位角，得其相角差得到避雷器相角；将在金属氧化物避雷器两端采集的电压相位角分别同步发送至检测主机；电流互感器获取流经金属氧化物避雷器的运行泄漏电流结合所述避雷器相角，经向量分解计算，得运行状态下流经避雷器的阻性电流；通过阻性电流判别避雷器的性能状态；依托工频并联谐振滤波电路采集避雷器的接地端电压相位角，有效提升避雷器相角的测量精度。

Description

基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法

技术领域

本发明涉及避雷器带电检测领域，具体是基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法。

背景技术

目前，10kV及以上电压等级避雷器带电测试，通过在与避雷器接地端相串联的放电计数器上截取泄漏电流的方式，获取运行状态下流过避雷器的全电流向量。同时，通过与避雷器相并联的电压互感器低压侧二次端子处，获取运行状态下避雷器上的电压向量。根据全电流向量和电压向量，经向量分解，计算出避雷器的相角和阻性电流，从而判断避雷器的性能。但在采用这种方法时还存在很多缺点，例如避雷器泄漏电流的获取方式，实质上是将与避雷器接地端串联的放电计数器进行了旁路短接，使泄漏电流经旁路进入相应测量电路，而流经放电计数器的泄漏电流变为零。因为电网电压本来是施加在避雷器与放电计数器串联的电路上，现有方法测试时将放电计数器进行短接后，电网电压就只施加在避雷器上，并且接地点(零电位点)由放电计数器接地端转移至避雷器的接地端，会导致避雷器上的电场分布发生变化。该测试方式改变了运行时避雷器所在串联电路的电路结构，以及运行状态下避雷器上的电场分布，测得的全电流向量、电压向量不能真实反映运行时避雷器的实际状况；避雷器上电压向量的获取方式，是通过与避雷器高压侧相并联的电压互感器，经幅值等比例缩小后从其二次端子处获得电压向量。由于电压互感器二次端子间隔距离很小，实际接线操作时存在人员误碰、误接线，造成运行电压互感器二次端子短路或接地的重大安全隐患。

目前采用的带电检测方法容易引起安全隐患并且所测量到的避雷器相角精度较低，如何消除测试安全隐患、提高避雷器相角的测量精度是避雷器带电检测领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在进行避雷器带电检测时安全性低、测量到的避雷器相角精度低的不足，提供了一种基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，通过在与避雷器相串联的放电计数器或电阻两端并联接入工频并联谐振滤波电路，同步采集避雷器高压端与接地端的电压相位角，从而有效提升避雷器相角测试的安全性及测量精度。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，包括以下步骤：

S1：在金属氧化物避雷器接地端串联放电计数器或电阻，并在放电计数器或电阻的两端并联工频并联谐振滤波电路；

S2：在电路连接完成后将电网运行电压通过运行母线施加在金属氧化物避雷器与放电计数器或电阻的串联电路上；

S3：在金属氧化物避雷器的接地端，采用相位采集器采集避雷器接地端的电压相位角，在金属氧化物避雷器的高压端，采用相位采集器采集电网电压相位角；

S4：将在金属氧化物避雷器高压端与接地端采集的电压相位角，分别同步发送至检测主机，检测主机根据避雷器高压端与接地端采集的电压相位角比较求出其相角差，得到避雷器的相角；

S5：在放电计数器或电阻与金属氧化物避雷器之间设置电流互感器，电流互感器获取流经金属氧化物避雷器的运行泄漏电流在检测主机内结合所述避雷器相角，经向量分解计算，得到运行状态下流经避雷器的阻性电流；

S6：通过运行状态下流经避雷器的阻性电流判别避雷器的性能状态。

避雷器带电测试方法还有相位角测量法，通过相位采集器获取运行避雷器高压侧的电压相位角，通过电流互感器采集流经避雷器的泄漏电流幅值及相位角，即全电流向量，把总泄漏电流相位角同接收到的电网电压相位角，加以比较求出其相角差、阻性电流，从而判别避雷器的性能。但这种方法仍旧存在很多缺点，由于避雷器本身的非线性电阻特性，在电网系统电压下流经避雷器的总泄漏电流中将产生三次、五次、七次等奇次谐波，引起全电流向量基波波形发生畸变，严重影响全电流向量与电压向量间基波相角差，即避雷器相角的测量精度，造成很大理论误差。所以针对避雷器带电测试常规方法、相位角测量法的缺点，本发明提出基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，首先，本发明采用相位采集器获取运行避雷器高压侧的电压相位角，这样本发明在所述运行状态下避雷器中流过的泄漏电流即为全电流，又由于避雷器本身的非线性电阻特性，全电流中将包含奇次谐波，所述全电流中三次、五次、七次等奇次谐波分量经电容器进入接地点，通过相位采集器采集工频并联谐振滤波电路中电磁式电压互感器一次侧的电压相位角，由于全电流中三次、五次、七次奇次谐波的幅值总和，通常仅占全电流幅值的百分之几甚至更小，因此本发明对运行时避雷器上的电场分布基本无影响，也未改变整体电路的结构，通过滤除奇次谐波有效避免了全电流向量基波波形的畸变带来的对全电流向量与电压向量间基波相角差的影响；此外，由于避雷器上电压向量的获取方式，是通过与避雷器高压侧相并联的电压互感器，经幅值等比例缩小后从其二次端子处获得电压向量。由于电压互感器二次端子间隔距离很小，实际接线操作时存在人员误碰、误接线，造成运行电压互感器二次端子短路的重大安全隐患，本发明中采用分别从避雷器的高压端和接地端两端通过相位采集器的方式获取电压相位角，操作安全距离大，从根本上避免了从运行电压互感器二次端子获取电压相位角引起的人员误碰、误接线的安全隐患，提升了测试工作的安全性；本发明通过设置工频并联谐振滤波电路，并在依托工频并联谐振滤波电路的基础上采集避雷器的高压端与接地端的电压相位角，从而有效提升了避雷器相角的测量精度。

进一步的，所述电流互感器采用罗科夫斯基线圈原理的电流互感器，获取流经避雷器的运行泄漏电流为全电流向量。本发明通过相位采集器获取运行避雷器高低压两端的电压相位角，通过罗科夫斯基线圈原理的电流互感器采集泄漏电流，根据相位角差和泄漏电流求出阻性电流，从而判别避雷器的性能。

进一步的，所述工频并联谐振滤波电路由电磁式电压互感器和电容器组成，电容器并联在电磁式电压互感器的二次端子处，工频下电容器的电容与电磁式电压互感器的激磁阻抗组成并联谐振电路。本发明中的工频并联谐振滤波电路起滤波及放大电压的作用，全电流中的奇次谐波不会流经电磁式电压互感器而被放大，因此能够在电磁式电压互感器一次端子上获得滤波后的工频高电压。在采用二次侧带并联谐振电容的电磁式电压互感器接取避雷器接地端的电压向量，通过电磁式电压互感器经幅值等比例放大后，从其一次端子处安装相位采集器获得避雷器接地端的电压相位角，与避雷器高压端获得的电压相位角比较求出其相角差，即避雷器的相角。由于采用分别从避雷器高、低压两端通过相位采集器的方式获取电压相位角，安全距离大，从根本上避免了从运行电压互感器二次端子获取电压相位角引起的人员误碰、误接线的安全隐患，提升了测试工作的安全性；所述全电流的基波分量经所述放电计数器或电阻流入接地点，对应的基波电压通过所述谐振电路进入电磁式电压互感器二次端，经电磁式电压互感器升压放大，在电磁式电压互感器一次端子上产生高电压。

进一步的，由于电磁式电压互感器的激磁阻抗包含有电阻，将电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效，则激磁电感L上的电压向量为：

其中，U为放电计数器或电阻上的电压向量，即基准电压向量；R为电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效时的激磁电阻。

进一步的，所述激磁电感L上电压向量的相位角，比基准电压向量U的相位角增加

其中

为电磁式电压互感器的激磁阻抗角。在本发明中，基准电压向量U的相位角设定为0，再乘以

向量，即加上

向量的相位角，其相位角即是

本发明中的

为电磁式电压互感器的激磁阻抗角，即为向量R+jωL的相位角。

进一步的，所述电磁式电压互感器的等效串联电路在与电容器发生并联谐振时，存在如下关系式：

即

此时电容器与电磁式电压互感器组成的并联电路中，电压与并联电路的总路电流同相位。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明通过由电磁式电压互感器和电容器组成的工频并联谐振滤波电路，依托电路发生工频并联谐振时，放大工频分量、滤除三次、五次、七次等奇次谐波分量，有效提升了避雷器相角的测量精度。

(2)本发明通过在避雷器接地端的放电计数器或电阻两端并联工频并联谐振滤波电路，运行状态下，避雷器中的泄漏电流基本仍经放电计数器或电阻流入接地点，即是说放电计数器或电阻并未被短接，因此本发明基本不会改变避雷器本体上的电场分布，测试结果能够较真实地反映运行避雷器的实际状况。

(3)本发明克服了常规方法在电压互感器二次端子接线时人员误碰、误接线，造成运行电压互感器二次端子短路的重大安全隐患，提高了测试工作的安全性。

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为本发明采用放电计数器的检测原理图；

图2为本发明采用电阻的检测原理图；

图3为本发明工频并联谐振滤波电路等效电路图；

图4为本发明相角测量向量图。

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。

实施例1：

如图1～2所示，本实施例涉及基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，包括以下步骤：

S1：在金属氧化物避雷器接地端串联放电计数器或电阻，并在放电计数器或电阻的两端并联工频并联谐振滤波电路；

S2：在电路连接完成后将电网运行电压通过运行母线施加在金属氧化物避雷器与放电计数器或电阻的串联电路上；

S3：在金属氧化物避雷器的接地端，采用相位采集器采集避雷器接地端的电压相位角，在金属氧化物避雷器的高压端，采用相位采集器采集电网电压相位角；

S4：将在金属氧化物避雷器高压端与接地端采集的电压相位角，分别同步发送至检测主机，检测主机根据避雷器高压端与接地端采集的电压相位角比较求出其相角差，得到避雷器的相角；

S5：在放电计数器或电阻与金属氧化物避雷器之间设置电流互感器，电流互感器获取流经金属氧化物避雷器的运行泄漏电流在检测主机内结合所述避雷器相角，经向量分解计算，得到运行状态下流经避雷器的阻性电流；

S6：通过运行状态下流经避雷器的阻性电流判别避雷器的性能状态。

所述电流互感器采用罗科夫斯基线圈原理的电流互感器，获取流经避雷器的运行泄漏电流为全电流向量；所述工频并联谐振滤波电路由电磁式电压互感器和电容器组成，电容器并联在电磁式电压互感器的二次端子处，工频下电容器的电容与电磁式电压互感器的激磁阻抗组成并联谐振电路。

本实施例提出基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，本实施例中采用相位采集器获取运行避雷器高压端的电压相位角，采用二次侧带并联谐振电容的电磁式电压互感器接取避雷器接地端的电压向量，通过电磁式电压互感器经幅值等比例放大后，从其一次端子处安装相位采集器获得避雷器接地端的电压相位角，比较求出其相角差，即避雷器的相角，由于采用分别从避雷器高、低压两端通过相位采集器的方式获取电压相位角，安全距离大，从根本上避免了从运行电压互感器二次端子获取电压相位角时引起的人员误碰、误接线的安全隐患，提升了测试工作的安全性，本发明通过由电磁式电压互感器和电容器组成的工频并联谐振滤波电路，依托电路发生工频并联谐振时，放大工频分量、滤除三次、五次、七次等奇次谐波分量，有效的提升了避雷器相角的测量精度。本发明通过在避雷器接地端的放电计数器或电阻两端并联工频并联谐振滤波电路，运行状态下，避雷器中的泄漏电流基本仍经放电计数器或电阻流入接地点，即是说放电计数器或电阻并未被短接，因此该方法基本不会改变避雷器本体上的电场分布，测试结果能够较真实地反映运行避雷器的实际状况。

本实施例中对放电计数器针对的是现有已安装了放电计数器的避雷器进行带电测试，未来新装避雷器时，可不用装放电计数器而是采用带电阻的电路代替，方便开展在线监测。

在本实施例中设放电计数器或电阻上的电压向量为基准电压向量U，将电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效，如图3所示，则激磁电感L上的电压向量为：

由上式可知，R为电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效时的激磁电阻，并且激磁电感L上电压向量的相位角，比基准电压向量U的相位角增加了

其中

为电磁式电压互感器的激磁阻抗角。

所述电磁式电压互感器的等效串联电路在与电容器发生并联谐振时，根据图3电路，存在如下关系式：

即

此时电容器与电磁式电压互感器组成的并联电路中，电压与并联电路的总路电流同相位。且放电计数器或电阻支路的电压与电流也同相位。由此得出，基准电压向量U与避雷器的全电流向量Ix保持同相位。各向量间的相位关系如图4所示。

图4中

为

经电磁式电压互感器幅值等比例放大后的电压向量；

为避雷器本体的电压向量，θ为避雷器的相角；

为电网电压向量，即是避雷器高压侧电压向量，由于避雷器本体的电压向量幅值远远大于基准电压U幅值，幅值通常大三个数量级以上，因此可认为电网电压向量

与电磁式电压互感器一次侧高压端电压向量

间的相角差，即为避雷器的相角与电磁式电压互感器的激磁阻抗角余角之和：δ+θ。在本实施例中避雷器可等效为电容并联非线性电阻。所以“G_避雷器”代表对应的等效电导，“C_避雷器”代表对应的等效电容。

实施例2：

如图1～4所示，本实施例在实施例1的基础上，为了验证基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法的实用性和有效性，本实施例建立了相应的电路模型。本实施例中采用的元器件为：10kV氧化锌避雷器一只(型号HYWZ5-17/45)，放电计数器(或电阻)一只(阻值12.5kΩ)，工频试验变压器一台(型号YDQ-5/50)，电磁式电压互感器一只(变压比95/5V，电感量17H～55H间，直流电阻1.03kΩ)，工频电容器一只(额定电压450V，电容量0.35μF)。

首先，按照图1或图2接好电路，逐步升高工频试验变压器的输出电压至10kV避雷器的运行电压(5.77kV)。在避雷器高压端、电磁式电压互感器一次侧高压端分别安装电压相位采集器X和Y，并通过检测主机接收相位角信号、计算采集器X和Y的相角差。

其次，测量电容器支路、电磁式电压互感器支路以及总路上的电流，当电容器支路电流与总路电流的平方和等于电磁式电压互感器支路电流的平方时，即表示电容器的容抗与电磁式电压互感器的感抗发生了工频并联谐振。实测电容器支路电流161.5μA、电磁式电压互感器支路电流162.6μA、总路电流18.6μA。

然后，在发生工频并联谐振时，根据公式

求出工频并联谐振时对应的电磁式电压互感器的激磁电感L，再计算出对应的激磁阻抗角余角(电阻1.03kΩ、电感28.573H)约为6.5°，结果与采用上述实测电流计算出的激磁阻抗角余角一致。

最后，测得采集器X和Y的相位角差为92.3°，用采集器的相位角差(92.3°)减去电磁式电压互感器的激磁阻抗角余角(6.5°)，即可得出运行避雷器的相角为85.8°。

经停电测量，该氧化锌避雷器的实际相角为85.74°。采用常规避雷器带电测试法，测得相角为83.5°。

综上所述，基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法能有效消除避雷器泄漏电流中奇次谐波对相位角测量的影响，放大避雷器接地端的电压基波分量幅值，有效提升避雷器相角测量的准确度。同时，从根本上消除了常规测试法在运行的电压互感器二次端子接线时人员误碰、误接线，造成运行电压互感器二次端子短路的重大安全隐患，以及测量接线时引起的避雷器上电场分布的改变。基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，测试有效、风险低，实测结果准确、误差小。

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 (5)

1.基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在金属氧化物避雷器接地端串联放电计数器或电阻，并在放电计数器或电阻的两端并联工频并联谐振滤波电路；

S2：在电路连接完成后将电网运行电压通过运行母线施加在金属氧化物避雷器与放电计数器或电阻的串联电路上；

S3：在金属氧化物避雷器的接地端，采用相位采集器采集避雷器接地端的电压相位角，在金属氧化物避雷器的高压端，采用相位采集器采集电网电压相位角；

S4：将在金属氧化物避雷器高压端与接地端采集的电压相位角，分别同步发送至检测主机，检测主机根据避雷器高压端与接地端采集的电压相位角比较求出其相角差，得到避雷器的相角；

S5：在放电计数器或电阻与金属氧化物避雷器之间设置电流互感器，电流互感器获取流经金属氧化物避雷器的运行泄漏电流在检测主机内结合所述避雷器相角，经向量分解计算，得到运行状态下流经避雷器的阻性电流；

S6：通过运行状态下流经避雷器的阻性电流判别避雷器的性能状态；

所述工频并联谐振滤波电路由电磁式电压互感器和电容器组成，电容器并联在电磁式电压互感器的二次端子处，工频下电容器的电容与电磁式电压互感器的激磁阻抗组成并联谐振电路。

2.根据权利要求1所述的基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，其特征在于，所述电流互感器采用罗科夫斯基线圈原理的电流互感器，获取流经避雷器的运行泄漏电流为全电流向量。

3.根据权利要求1所述的基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，其特征在于，由于电磁式电压互感器的激磁阻抗包含有电阻，将电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效，则激磁电感L上的电压向量为：

其中，U为放电计数器或电阻上的电压向量，即基准电压向量；R为电磁式电压互感器的激磁阻抗采用串联电路等效时的激磁电阻。

4.根据权利要求3所述的基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，其特征在于，所述激磁电感L上电压向量的相位角，比基准电压向量U的相位角增加

，其中φ为电磁式电压互感器的激磁阻抗角。

5.根据权利要求3所述的基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法，其特征在于，所述电磁式电压互感器的等效串联电路在与电容器发生并联谐振时，存在如下关系式：

即

此时电容器与电磁式电压互感器组成的并联电路中，电压与并联电路的总路电流同相位。

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