CN114002475A - 一种避雷器阻性电流在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及阻性电流检测技术领域,具体是指一种避雷器阻性电流在线监测方法。
背景技术
氧化锌避雷器在电力系统中主要是保护其他电力设备遭受到雷电过电压和操作过电压的作用,是电力系统中重要的电力保护设备之一。但是,长期处于工作状况下氧化锌避雷器会受到过电压和环境因素的影响,导致氧化锌避雷器的电气性能发生劣化或老化,严重威胁着氧化锌避雷器以及其保护电力设备的安全运行。通过检测氧化锌避雷器的阻性电流分量的变化趋势,可以判断氧化锌避雷器的劣化或老化程度。本项目的创新点之一是对氧化锌避雷器的阻性电流分量提取方法开展研究及应用。
氧化锌避雷器的绝缘状态对氧化锌避雷器自身以及周围电力设备的安全运行十分重要,但是长期处于工作状态下的氧化锌避雷器的电气性能由于自身以及环境因素的影响而发生劣化或老化,这严重地威胁着氧化锌避雷器的安全运行。在实际工作的情况下,氧化锌避雷器的总泄漏电流包含阻性电流分量和容性电流分量。大量的试验表明,氧化锌避雷器的阻性电流分量与氧化锌避雷器的劣化和老化程度有关,劣化和老化程度的增加会导致阻性电流分量的基波或三次谐波明显地增加。所以,氧化锌避雷器的绝缘状态可以通过监测氧化锌避雷器阻性电流分量进行判断。
在氧化锌避雷器阻性电流分量提取方面,目前以后很多研究,很多种可以实现阻性电流分量提取的方法,主要包括以下几种。
1)全电流法
该方法又称总泄漏电流法,主要是通过检测氧化锌避雷器的总泄漏电流,从而对氧化锌避雷器的工作状态进行判断,这种检测方法原理简单而且很容易实现。在实际工作情况下,氧化锌避雷器的容性电流分量基本上恒定,当由于氧化锌避雷器的劣化或老化程度增加而导致阻性电流分量增加时,氧化锌避雷器的总泄漏电流也会略微有所增加,因此总泄漏电流法能够从某种程度上反映出氧化锌避雷器的绝缘状态。但是,实际运行经验表明,阻性电流分量通常仅为总泄漏电流的10%到20%左右,阻性电流分量占据的比例非常小,有可能阻性电流分量发生变化时,总泄漏电流仍然没有发生变化,因而总泄漏电流法不能够真实地反映出氧化锌避雷器的工作状态。
2)基波法
基波法实现的前提是假设氧化锌避雷器在基波电压作用下的阻性电流分量只存在基波分量。采用FFT变换的方法分别获得氧化锌避雷器的总泄漏电流和激励电压的基波分量的幅值和相位,然后将总泄漏电流的基波分量向激励电压的基波分量方向进行投影而得到基波阻性电流分量。由于这种方法只计算基波阻性电流分量,因此谐波电压对这种方法的影响很小。而且对总泄漏电流和激励的基波相位差的调整,这种方法能够消除相间干扰而拥有较高的精确度。但是,氧化锌避雷器的劣化和老化状态不仅与基波阻性电流分量有关,还与阻性电流分量的三次谐波分量有关。因此,基波法能够诊断出与基波阻性电流分量有关的氧化锌避雷器的劣化或老化,但无法反映出其余情况下的氧化锌避雷器的工作状态。
3)三次谐波法
该方法又称为零序电流法,如2-4所示。互为三相的氧化锌避雷器的基波阻性电流分量相位依次相差2π/3,而且容性电流分量相位也依次相差2π/3,所以互为三相的氧化锌避雷器的总泄漏电流之和为阻性电流分量的三次谐波分量。阻性电流的三次谐波分量可以反映出氧化锌避雷器的老化情况。
但是,由于这种方法是根据三相避雷器总泄漏电流之和获得的阻性电流分量,所以很难判断出导致阻性电流分量变化的氧化锌避雷器是哪一相。而且,激励电压的三次谐波对这种阻性电流分量提取方法的影响很明显。
4)谐波分析方法
利用FFT变换获得氧化锌避雷器的总泄漏电流和激励电压的各次谐波分量的相位和幅值。然后,根据三角函数正交的特点,将总泄漏电流和激励电压的各次谐波依次进行正交处理,从而得到氧化锌避雷器阻性电流分量的各次谐波分量的幅值和相位。这种阻性电流提取方法的计算量大,受电压谐波的影响比较小。
5)容性电流补偿法
通过外电路对氧化锌避雷器的总泄漏电流施加与激励电压呈90°相位差的容性电流,并且通过调整外施容性电流的大小补偿掉氧化锌避雷器中的容性电流分量,从而获得氧化锌避雷器的阻性电流分量。这种阻性电流提取原理简单,已经在工程实践中取得了很好的效果,但是这种方法受电压谐波等因素的影响比较大。
6)波点法
当激励电压和总泄漏电流波形关于90°对称时,两个互为对称点的容性电流分量互为相反数而阻性电流分量相同,所以可以将两个互为对称点的总泄漏电流相加再除以二就可以得到阻性电流分量。这种方法的原理简单,但是只适用于激励电压和总泄漏电流波形关于90°对称的情况,而当激励电压含有谐波时,这种方法的误差很大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对上述问题,提供一种避雷器阻性电流在线监测方法,包括以下步骤:
S1、将非接触式传感器直接卡接在地线上,进行非接触式在线测试,测试过程中不用断开地线,不停电,不在母线取电压相位;
S2、由采样得到的电压和全电流信号,应用傅立叶变换转换到频域进行分解,可分别得到MOA的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量,经相应的数据处理后,再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。
S3、现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中,其表达式为式中,C11为被测相MOA的对地电容,C12、C13为相间杂散电容,u1为被测相MOA的电压,u2、u3为邻相MOA电压,由于系统的三相电压的对称性,因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3,以及时频域转换后的容性电流Ic,利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值,然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic;
S4、MOA的阻性电流可用指数波其中A是指数波的幅值,g是与指数波的形状有关的参数,进行曲线拟合,考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等,故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流,其表达式为:式中,A1为阻性电流的正峰值,A2为阻性电流的负峰值;
S5、利用处理过的时域信号Ix消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir,采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g;
S6、采用固定步长多次搜索优化各个变量,直到误差满足工程计算的精度要求,最终的计算结果就可得到MOA的阻性电流。
进一步地,所述S1中非接触式传感器同时对避雷器接地线连接可靠性进行在线监测,对避雷器泄放电流、地电位反击电压进行同步监测,从而判断避雷器寿命。
进一步地,所述S1中采集到的电压信号由非接触式传感器采集,非接触式传感器采用反向绕线设计,内含两个大小相等、绕线相反的罗氏线圈,其内部产生相反方向的磁场,耦合磁通量为零,可对地电位电压进行测量。
本发明与现有技术相比的优点在于:该提高配网供电可靠性的方法,不用断开地线,不停电,不在母线取电压相位,将非接触式传感器直接卡接地线上,采用非接触式在线测试,通过阻性电流提取算法软件计算得到被测相MOA的阻性电流,此方法计算精度较高,消除了系统频率波动﹑高次谐波、TV相移和相间杂散电容对计算被测相MOA阻性电流的影响,为判断MOA在系统中的运行状况提供了准确的判据;同时非接触式传感器对避雷器接地线连接可靠性进行在线监测,对避雷器泄放电流、地电位反击电压进行同步监测,从而判断避雷器寿命。
附图说明
图1为本发明一种避雷器阻性电流在线监测方法的带电检测示意图。
图2为本发明一种避雷器阻性电流在线监测方法的MOA等效电路图。
图3为本发明一种避雷器阻性电流在线监测方法的MOA电压电流矢量图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
实施例
一种避雷器阻性电流在线监测方法,包括以下步骤:
S1、将非接触式传感器直接卡接在地线上,进行非接触式在线测试,测试过程中不用断开地线,不停电,不在母线取电压相位,非接触式传感器同时对避雷器接地线连接可靠性进行在线监测,对避雷器泄放电流、地电位电压进行同步监测,从而判断避雷器寿命;
S2、由采样得到的电压和全电流信号,应用傅立叶变换转换到频域进行分解,可分别得到MOA的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量,经相应的数据处理后,再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。
S3、现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中,其表达式为式中,C11为被测相MOA的对地电容,C12、C13为相间杂散电容,u1为被测相MOA的电压,u2、u3为邻相MOA电压,由于系统的三相电压的对称性,因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3,以及时频域转换后的容性电流Ic,利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值,然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic;
S4、MOA的阻性电流可用指数波其中A是指数波的幅值,g是与指数波的形状有关的参数,进行曲线拟合,考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等,故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流,其表达式为:式中,A1为阻性电流的正峰值,A2为阻性电流的负峰值;
S5、利用处理过的时域信号Ix消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir,采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g;
S6、采用固定步长多次搜索优化各个变量,直到误差满足工程计算的精度要求,最终的计算结果就可得到MOA的阻性电流。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种避雷器阻性电流在线监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将非接触式传感器直接卡接在地线上,进行非接触式在线测试,测试过程中不用断开地线,不停电,不在母线取电压相位;
S2、由采样得到的电压和全电流信号,应用傅立叶变换转换到频域进行分解,可分别得到MOA的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量,经相应的数据处理后,再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流Ic。
S3、现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中,其表达式为式中,C11为被测相MOA的对地电容,C12、C13为相间杂散电容,u1为被测相MOA的电压,u2、u3为邻相MOA电压,由于系统的三相电压的对称性,因而由电压u1得到的采样信号可依次得到u2、u3,以及时频域转换后的容性电流Ic,利用海森矩阵可计算得到C11、C12和C13的值,然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic;
S4、MOA的阻性电流可用指数波其中A是指数波的幅值,g是与指数波的形状有关的参数,进行曲线拟合,考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等,故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流,其表达式为:式中,A1为阻性电流的正峰值,A2为阻性电流的负峰值;
S5、利用处理过的时域信号Ix消除相间杂散电容后的Ic和拟合曲线Ir,采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g;
S6、采用固定步长多次搜索优化各个变量,直到误差满足工程计算的精度要求,最终的计算结果就可得到MOA的阻性电流。
2.根据权利要求1所述的一种避雷器阻性电流在线监测方法,其特征在于:所述S1中非接触式传感器同时对避雷器接地线连接可靠性进行在线监测,对避雷器泄放电流、地电位反击电压进行同步监测,从而判断避雷器寿命。
3.根据权利要求1所述的一种避雷器阻性电流在线监测方法,其特征在于:所述S1中采集到的电压信号由非接触式传感器采集,非接触式传感器采用反向绕线设计,内含两个大小相等、绕线相反的罗氏线圈,其内部产生相反方向的磁场,耦合磁通量为零,可对地电位电压进行测量。
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GR01 | Patent grant | ||
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