CN115575856B - 输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法及系统 - Google Patents

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CN115575856B CN202211461232.8A CN202211461232A CN115575856B CN 115575856 B CN115575856 B CN 115575856B CN 202211461232 A CN202211461232 A CN 202211461232A CN 115575856 B CN115575856 B CN 115575856B
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Abstract

本发明公开了一种输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法及系统，为避雷器的检查、维护技术领域，方法包括以下步骤：采集三相电缆主芯上三相电流信号，采集三相电缆护层接地线上三相电流信号，采集三相避雷器的接地系统上三相泄露电流；将采集的电流信号转化为数字信号，采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量；存储电流数据的原始波形、基波幅值及基波相位；判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常；复核避雷器泄露电流的异常状态。本发明应用时能准确监测避雷器的泄露电流中阻性电流与全电流的变化情况，不仅可以减少谐波干扰与噪声干扰的影响，而且不需要测量电网的电压。

Description

输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法及系统
技术领域
本发明涉及避雷器的检查、维护技术，具体是输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法及系统。
背景技术
输电电缆终端场中设置有避雷器，其中，避雷器自身具备优异的非线性伏安特性，其在正常工作电压时电阻很大，流过避雷器的电流很小，而在过电压时电阻会变小，以限制避雷器上的残压，从而保护电力电缆等电力设备。避雷器对于电网中其余电力设备具有重要的保护作用，一旦避雷器产生故障，可能会引发其余电力设备的故障，严重威胁电力系统运行的可靠性。
随着避雷器服役时间的增加，会出现受潮、老化、表面污秽等现象，这易导致避雷器的泄露电流出现异常，从而造成避雷器的发热现象，甚至会造成避雷器的爆炸现象。对避雷器的泄露电流进行在线监测，及时评估避雷器的运行状态、保证避雷器的运行可靠性尤为重要。避雷器的泄露电流分为阻性电流与容性电流，其中阻性电流会产生有功功率导致避雷器产生发热现象，严重缩短避雷器的使用寿命，因此，为了准确评估避雷器的运行状态，对避雷器的泄露电流进行在线监测时必须同时监测避雷器的阻性电流与泄露全电流。
中国专利公开号CN113534007A于2021年10月22日公开了发明创造名称为“一种避雷器泄露电流监测方法及系统”的发明专利申请，其提供了一种借助测量泄漏电流序列和电压序列的过零点偏差获取两者的相位角，从而监测泄露电流中阻性电流的方法，该方案未考虑泄露电流序列与电压序列会存在谐波干扰与噪声干扰，因上，其应用时相位角的计算误差较大，导致阻性电流的监测结果误差较大。中国专利公开号CN112858762A于2021年05月28日公开了发明创造名称为“避雷器阻性电流与谐波电流分析方法”的发明专利申请，其提供了一种利用傅里叶变换算法分析采集的电压、电流数据序列，从而监测泄露电流中阻性电流的方法，该方案应用时需要对全部的频谱数据序列开展傅里叶变换，导致设备的计算负荷较大。上述两篇专利文献所提供的方案应用时均需要对电网的电压进行降压并测量，不仅电压的测量位置难以选取，而且会增加系统的布线难度。
综上所述，现有避雷器泄露电流监测方法无法简便并准确地监测避雷器泄露电流中阻性电流分量，难以及时准确监测避雷器的运行状态。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术无法简便并准确地监测避雷器泄露电流中阻性电流分量，难以及时准确监测避雷器的运行状态的问题，提供了一种输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法，其应用时能准确监测避雷器的泄露电流中阻性电流与全电流的变化情况，不仅可以减少谐波干扰与噪声干扰的影响，而且不需要测量电网的电压。本发明还公开了实现上述输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法的系统。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法，包括以下步骤：
S1、采集三相电缆主芯上A相、B相及C相上电流信号I A、I B、I C，采集三相电缆护层接地线上A相、B相及C相上电流信号I a、I b、I c，采集三相避雷器的接地系统上A相、B相及C相上泄露电流I AT、I BT、I CT；
S2、将采集的电流信号转化为数字信号，采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量，其中，工频基波分量包括基波幅值和基波相位；
S3、存储电流数据的原始波形、基波幅值及基波相位，其中，存储的每一路电流数据包括N 波个周波的原始波形数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波幅值数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波相位数据栈，其中，原始波形数据栈包含N 波 *N T个数据，基波幅值数据栈包含N 基 *N T +1个数据，基波相位数据栈包含N 基 *N T +1个数据，N T为一个基波周期内数据采样点数；
S4、判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常，其中，9通道电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成9个向量，分别记录为9个基准值I A-0、I B-0、I C-0、I a-0、I b-0、I c-0、I AT-0、I BT-0、I CT-0；9通道电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成9个向量，分别记录为9个当前值I A-1、I B-1、I C-1、I a-1、I b-1、I c-1、I AT-1、I BT-1、I CT-1；
S5、复核避雷器泄露电流的异常状态。
进一步的，所述步骤S2中采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量包括以下步骤：
将采集的每路电流信号低通滤波得到电流采样信号，设任意一路低通滤波后电流采样信号为：
Figure 841611DEST_PATH_IMAGE001
式中，i(n)为离散采样后的电流信号，p为谐波的总次数，z为谐波次数，A z 、f z 、
Figure 101691DEST_PATH_IMAGE002
分 别为z次谐波的幅值、频率及初始相角，n为时间采样点，T为采样周期；
对于信号i(n)，其离散傅里叶变换I(k)被定义为：
Figure 711663DEST_PATH_IMAGE003
式中，N为离散傅里叶变换的点数，令N=N T，k为频率采样点，e为自然对数函数的底数，j为虚数单位；
利用欧拉公式对上式进行变换，得到傅氏系数a(k)、b(k)分别为：
Figure 6379DEST_PATH_IMAGE004
Figure 43605DEST_PATH_IMAGE005
通过傅氏系数a(k)和b(k)得到幅值系数A(k)与相位系数
Figure 56560DEST_PATH_IMAGE006
分别为：
Figure 237268DEST_PATH_IMAGE007
Figure 120910DEST_PATH_IMAGE008
式中，arctan()为反正切函数；
从幅值系数A(k)与相位系数
Figure 860196DEST_PATH_IMAGE006
中选择基波分量的幅值A 1与相位
Figure 94868DEST_PATH_IMAGE009
。
进一步的，所述步骤S3中针对每一路电流数据，当进入新的采样时刻，首先将新的电流数据采样值以栈的形式存入原始波形数据栈，然后利用原始波形数据栈中最新的N个波形数据计算基波分量的幅值与相位，同时将幅值数据与相位数据以栈的形式分别存入幅值数据栈与相位数据栈。
进一步的，所述步骤S4判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常时，采 用公式
Figure 46644DEST_PATH_IMAGE010
计算A相负荷电流粗算值
Figure 315951DEST_PATH_IMAGE011
、采用公式
Figure 193515DEST_PATH_IMAGE012
计算B相负荷电流粗算值
Figure 649904DEST_PATH_IMAGE013
、采用公式
Figure 936529DEST_PATH_IMAGE014
计算C相负荷电流粗算值
Figure 794764DEST_PATH_IMAGE015
；
采用公式
Figure 141431DEST_PATH_IMAGE016
计算I AT-0的相位P(I AT-0)与
Figure 350696DEST_PATH_IMAGE011
的相位
Figure 145739DEST_PATH_IMAGE017
的差ΔP A、采用公式
Figure 389638DEST_PATH_IMAGE018
计算I BT-0的相位P(I BT-0)与
Figure 376049DEST_PATH_IMAGE013
的相位
Figure 72609DEST_PATH_IMAGE019
的差ΔP B、采用公式
Figure 169878DEST_PATH_IMAGE020
计算I CT-0的相位P (I CT-0)与
Figure 2705DEST_PATH_IMAGE015
的相位
Figure 658552DEST_PATH_IMAGE021
的差ΔP C；根据ΔP A、ΔP B、ΔP C中是否至少 有2个数据处于[0,180°]判断避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A、ΔP B、ΔP C中至少有2个 数据处于[0,180°]，确定终端场中避雷器处于线路的供电侧；否则，确定终端场中避雷器处 于线路的受电侧；
判断A相避雷器中阻性电流或全电流是否异常包括以下步骤：
若A相避雷器在线路的供电侧，计算得到A相负荷电流为：
Figure 842409DEST_PATH_IMAGE022
式中，I A-1是电缆A相主芯上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量，I a-1是电缆A相护层接地线上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量；
若A相避雷器在线路的受电侧，计算得到A相负荷电流为：
Figure 477790DEST_PATH_IMAGE023
令阻性电流的初值差与初值的占比为P，得到：
Figure 430702DEST_PATH_IMAGE024
式中，||是取向量的模值，I AT-0是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成的向量，I AT-1是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量，θ 1为I AT-0与I AT-1的相位差，θ 2是I AT-1与线路的A相电压向量U A的相位差；
进一步得到：
Figure 758915DEST_PATH_IMAGE025
由于U A是未知量，令
Figure 898910DEST_PATH_IMAGE026
为U A与I A相负荷的相位差，即电力系统的功率因数角；同时令
Figure 636184DEST_PATH_IMAGE027
为I AT-1与I A相负荷的相位差，得到
Figure 178024DEST_PATH_IMAGE028
上式中，功率因数角
Figure 677138DEST_PATH_IMAGE026
未知，因为|I AT-1|>0，|I AT-0|>0，sinθ 1>0，
Figure 570008DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 812770DEST_PATH_IMAGE030
，所以P与
Figure 474696DEST_PATH_IMAGE026
值成反比，进一步得到P与功率因数
Figure 144711DEST_PATH_IMAGE031
成正比；
根据最低功率因数标准为0.8，对应的功率因数角最高标准为36.8699°，在功率因数未知的情况下，确定P的最小值min(P)为：
Figure 757833DEST_PATH_IMAGE032
式中，min(P)中各参数均已知，根据避雷器在运行中持续电流检测的阻性电流初值差≤50%，且全电流初值差≤20%的要求，当min(P)≥50%时，P≥50%一定成立，即可以在未知系统功率因数的情况下，对避雷器泄露电流中阻性电流的变化分量进行监测；
综上，确定A相避雷器的泄露电流异常的判据为：
Figure 804286DEST_PATH_IMAGE033
Figure 586298DEST_PATH_IMAGE034
当A相避雷器泄露电流异常的判据连续成立次数达到设定次数次时，此时认为该终端场的A相避雷器出现异常；
所述B相避雷器中阻性电流或全电流是否异常、C相避雷器中阻性电流或全电流是否异常判断方式与A相避雷器判断方式相同。
进一步的，所述步骤S5复核避雷器泄露电流的异常状态时，采用傅里叶算法计算9个通道的工频基波分量，对于每个通道数据而言，将最后N个数据组成数据序列x(m)，并计算基波分量的傅里叶系数a x与b x:
Figure 427215DEST_PATH_IMAGE035
Figure 560256DEST_PATH_IMAGE036
式中，m为数据序列x(m)的计数变量；
进一步得到基波分量的幅值A x与相位
Figure 144821DEST_PATH_IMAGE037
分别为:
Figure 17224DEST_PATH_IMAGE038
Figure 294622DEST_PATH_IMAGE039
式中，arctan()为反正切函数；
将9个通道数据对应基波分量的幅值A x与相位
Figure 118221DEST_PATH_IMAGE037
分别构成9个向量数据，分别记录 为复核数据I A-2、I B-2、I C-2、I a-2、I b-2、I c-2、I AT-2、I BT-2、I CT-2;
采用公式
Figure 772057DEST_PATH_IMAGE040
计算复核A相负荷电流粗算值
Figure 997502DEST_PATH_IMAGE041
、采用公式
Figure 180221DEST_PATH_IMAGE042
计算复核B相负荷电流粗算值
Figure 532529DEST_PATH_IMAGE043
、采用公式
Figure 458897DEST_PATH_IMAGE044
计算复核C相负荷电流粗算值
Figure 538848DEST_PATH_IMAGE015
；
采用公式
Figure 423628DEST_PATH_IMAGE045
计算I AT-2的相位P(I AT-2)与
Figure 221819DEST_PATH_IMAGE041
的相位
Figure 951878DEST_PATH_IMAGE046
的差ΔP A-2、采用公式
Figure 151915DEST_PATH_IMAGE047
计算I BT-2的相位P(I BT-2)与
Figure 974640DEST_PATH_IMAGE043
的相位
Figure 994549DEST_PATH_IMAGE048
的差ΔP B-2、采用公式
Figure 528298DEST_PATH_IMAGE049
计算I CT-2的 相位P(I CT-2)与
Figure 848421DEST_PATH_IMAGE050
的相位
Figure 543845DEST_PATH_IMAGE051
的差ΔP C-2；根据ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中是否至少有2个数据处于[0,180°]确定终端场中避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中至少有2个数据处于[0,180°]时，确定终端场中避雷器处于线路的供电 侧；否则，确定终端场中避雷器处于线路的受电侧；
复核A相避雷器泄露电流的异常状态包括以下步骤：
若A相避雷器在线路的供电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为：
Figure 582208DEST_PATH_IMAGE052
式中，I A-2为电缆A相主芯上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 949342DEST_PATH_IMAGE037
构成的向量，I a-2 为电缆A相护层接地线上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 123971DEST_PATH_IMAGE037
构成的向量；
若A相避雷器在线路的受电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为：
Figure 521454DEST_PATH_IMAGE053
计算得到A相避雷器泄露电流的阻性分量数值I A相阻性分量为：
Figure 781534DEST_PATH_IMAGE054
式中，I AT-2为A相避雷器接地系统电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 657087DEST_PATH_IMAGE037
构成的向 量， θ 3为I AT-2与线路的A相电压向量U A的相位差，
Figure 453267DEST_PATH_IMAGE055
为U A与I A相负荷-2的相位差，
Figure 756072DEST_PATH_IMAGE056
为I AT-2与I A相负荷-2的相位差；
根据最低功率因数标准为0.8，对应的功率因数角最高标准为36.8699°，而电力系统的最高功率因数为1，对应的功率因数角最低为0°，确定I A相阻性分量的最大值I A相阻性分量-max与最小值I A相阻性分量-min分别为：
Figure 503448DEST_PATH_IMAGE057
Figure 182691DEST_PATH_IMAGE058
获取A相避雷器在出厂时测量的泄露电流中阻性电流数值I A相阻性分量-原与全电流数值 分别I A相全电流-原；根据
Figure 66333DEST_PATH_IMAGE059
判断泄露电流中全电流分量是否异常，当该式成立时， 泄露电流中全电流分量异常，当该式不成立时，泄露电流中全电流分量正常；
分析泄露电流中阻性电流分量，当
Figure 540040DEST_PATH_IMAGE060
成立时，泄露电流中阻性电流 分量异常，当
Figure 7668DEST_PATH_IMAGE061
成立时，泄露电流中阻性电流分量正常，当
Figure 490602DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 228751DEST_PATH_IMAGE061
均不成立时，采用公式
Figure 138938DEST_PATH_IMAGE062
计算上传时刻的功率因数阈值
Figure 595327DEST_PATH_IMAGE063
，获取 输电线路在上传时刻的功率因数值为
Figure 616373DEST_PATH_IMAGE064
，根据
Figure 241652DEST_PATH_IMAGE065
判断泄露电流中阻性电 流分量是否异常，当
Figure 322740DEST_PATH_IMAGE065
成立时泄露电流中阻性电流分量异常，否则泄露电流 中阻性电流分量正常；
复核B相避雷器泄露电流的异常状态的操作步骤和复核C相避雷器泄露电流的异常状态的操作步骤与复核A相避雷器泄露电流的异常状态操作步骤相同。
实现上述输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法的系统，包括电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置、避雷器泄露电流采集装置、电流数据监测模块及远程监控平台，所述电缆主芯电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆主芯上的电缆主芯电流互感器，电缆主芯电流互感器用于采集三相电缆主芯上电流信号I A、I B、I C；所述电缆护层电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆护层接地线上的电缆护层电流互感器，电缆护层电流互感器用于采集三相电缆护层上电流信号I a、I b、I c；所述避雷器泄露电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相避雷器的接地系统上的避雷器泄露电流互感器，避雷器泄露电流互感器采集三相避雷器上泄露电流I AT、I BT、I CT；所述电流数据监测模块用于获取电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置及避雷器泄露电流采集装置采集的电流数据，开展数据处理以分析预警避雷器的异常状态；所述远程监控平台通过NB网络的方式与电流数据监测模块通信，用于收集电流数据监测模块上传的电流数据，并对避雷器的异常状态进行复核。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：（1）本发明利用电流互感器采集避雷器泄露电流相关信号，采用了非接触式测量的方式，与高压设备形成了隔离，保证了测试仪器与安装人员的安全性。
（2）本发明通过合理选择采样频率、分析窗口长度，设计了单点的傅里叶变换方法计算监测电流中工频基波分量的幅值与相位，不仅可以降低频谱泄露与栅栏效应的影响，而且可以降低系统的运算量。
（3）本发明通过分析避雷器泄露电流与电缆中负荷电流的关系，提出了一套避雷器泄露电流异常的判断方法，可以有效预警避雷器的异常状态，同时该方法无需测量避雷器的电压，可以有效简化整个测试系统的布线。
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为本发明一个具体实施例以A相、B相或C相安装时的安装示意图；
图2为本发明一个具体实施例的流程图；
图3为A相避雷器中电气量的向量分析结果图；
图4为P与功率因数
Figure 846DEST_PATH_IMAGE031
的关系示意图；
图5为复核情况下A相避雷器电气量的向量分析结果图。
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：
如图1所示，输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法的系统，包括电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置、避雷器泄露电流采集装置、电流数据监测模块及远程监控平台，所述电缆主芯电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆主芯上的电缆主芯电流互感器，电缆主芯电流互感器用于采集三相电缆主芯上电流信号I A、I B、I C；所述电缆护层电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆护层接地线上的电缆护层电流互感器，电缆护层电流互感器用于采集三相电缆护层上电流信号I a、I b、I c；所述避雷器泄露电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相避雷器的接地系统上的避雷器泄露电流互感器，避雷器泄露电流互感器采集三相避雷器上泄露电流I AT、I BT、I CT；所述电流数据监测模块用于获取电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置及避雷器泄露电流采集装置采集的电流数据，开展数据处理以分析预警避雷器的异常状态；所述远程监控平台通过NB网络的方式与电流数据监测模块通信，用于收集电流数据监测模块上传的电流数据，并对避雷器的异常状态进行复核。图1中各附图标记所对应的名称为：1、电缆主芯电流互感器，2、电缆护层电流互感器，3、避雷器泄露电流互感器，4、电流数据监测模块，5、远程监控平台，6、架空导线，7、电缆终端，8、电缆主芯，9、电缆主芯电流互感器极性方向，10、电缆护层电流互感器极性方向，11、电缆护层接地线，12、避雷器，13、避雷器接地线，14、避雷器泄露电流互感器极性方向。本实施例的电流数据监测模块采用现有的单片机系统实现，远程监控平台采用现有的计算机系统实现。
如图2所示，本实施例应用时包括以下步骤：S1、采集三相电缆主芯上A相、B相及C相上电流信号I A、I B、I C，采集三相电缆护层接地线上A相、B相及C相上电流信号I a、I b、I c，采集三相避雷器的接地系统上A相、B相及C相上泄露电流I AT、I BT、I CT；S2、将采集的电流信号转化为数字信号，采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量，其中，工频基波分量包括基波幅值和基波相位；S3、存储电流数据的原始波形、基波幅值及基波相位，其中，存储的每一路电流数据包括N 波个周波的原始波形数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波幅值数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波相位数据栈，其中，原始波形数据栈包含N 波 *N T个数据，基波幅值数据栈包含N 基 *N T +1个数据，基波相位数据栈包含N 基 *N T +1个数据，N T为一个基波周期内数据采样点数；S4、判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常，其中，9通道电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成9个向量，分别记录为9个基准值I A-0、I B-0、I C-0、I a-0、I b-0、I c-0、I AT-0、I BT-0、I CT-0；9通道电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成9个向量，分别记录为9个当前值I A-1、I B-1、I C-1、I a-1、I b-1、I c-1、I AT-1、I BT-1、I CT-1；S5、复核避雷器泄露电流的异常状态。
本实施例采用电流数据监测模块监测电流中工频基波信号，电流数据监测模块将9路电流数据由模拟量转化为数字量，分别为3路电缆主芯电流I A、I B、I C；3路电缆护层电流I a、I b、I c；3路避雷器泄露电流I AT、I BT、I CT。该模块的采样频率f s为2kHz，根据奈奎斯特采样频率准则，该设备的最大分析频率为1kHz，可以避免能量较强的20次以内谐波发生频谱混叠现象，因此可以准确测量9路电流中50Hz的工频基波分量。
为了实时跟踪9路电流中工频基波分量的变化，电流数据监测模块采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量，设低通滤波后某路电流的采样信号为
Figure 825583DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中：i(n)是离散采样后的电流信号；p是谐波的总次数；z是谐波次数；A z 、f z 、
Figure 538324DEST_PATH_IMAGE002
分 别为z次谐波的幅值、频率和初始相角，n为时间采样点，T为采样周期。
对于信号i(n)，其离散傅里叶变换I(k)被定义为：
Figure 790314DEST_PATH_IMAGE003
(2)
式中：N是离散傅里叶变换的点数，通常情况下，令N=N T，k为频率采样点，e为自然对数函数的底数，j为虚数单位。
利用欧拉公式对式(2)进行变换，可得傅氏系数a(k)、b(k)分别为
Figure 985409DEST_PATH_IMAGE004
(3)
Figure 82678DEST_PATH_IMAGE005
(4)
从而得到幅值系数A(k)与相位系数
Figure 649926DEST_PATH_IMAGE006
分别为
Figure 72817DEST_PATH_IMAGE007
(5)
Figure 725515DEST_PATH_IMAGE008
(6)
式中，arctan()为反正切函数。
为了解析电流中基波分量，需要从幅值系数A(k)与相位系数
Figure 892054DEST_PATH_IMAGE006
准确选择基波分 量的幅值A 1与相位
Figure 579388DEST_PATH_IMAGE009
。为了避免频谱泄露与栅栏效应现象影响基波分量的解析，傅里叶变 换的点数N设置为40个采样点，对应的频率分辨率为2 kHz/40=50 Hz，基波分量50Hz正好为 频率分辨率50Hz的整数倍，此时可以近似为同步采样，在同步采样的情况下，频谱泄露与栅 栏效应的影响较低。由于基波分量的频率50Hz正好为频率分辨率50Hz的1倍，因此令式（3） 和式（4）中k为1，就可以得到基波分量的傅氏系数a 1、b 1分别为
Figure 940224DEST_PATH_IMAGE066
(7)
Figure 80218DEST_PATH_IMAGE067
(8)
进一步得到基波分量的幅值A 1与相位
Figure 519290DEST_PATH_IMAGE009
分别为
Figure 326709DEST_PATH_IMAGE068
(9)
Figure 825823DEST_PATH_IMAGE069
(10)
本实施例将傅里叶变换的点数N设置为40个采样点，得到的频率分辨率为2 kHz/40=50 Hz，基波分量50Hz正好为频率分辨率50Hz的整数倍，此时可以近似为同步采样，在同步采样的情况下，频谱泄露与栅栏效应的影响较低。
本实施例针对每一路电流数据，电流数据监测模块设置有5个周波（200个数据）的原始波形数据栈、2个周波又1个数据点（81个数据）的基波幅值数据栈、2个周波又1个数据点（81个数据）的基波相位数据栈。针对每一路电流数据，当进入新的采样时刻，首先将新的电流数据采样值以栈的形式存入原始波形数据栈，然后利用原始波形数据栈中最新的40个波形数据计算基波分量的幅值与相位，同时将幅值数据与相位数据以栈的形式分别存入幅值数据栈与相位数据栈。本实施例保证基准值与当前值相差2个周波，通过比对基准值与当前值，观察阻性电流或全电流是否在2个周波的时间内突然产生了异常变化。
本实施例的电流数据监测模块上传数据至远程监控平台，电流数据监测模块上传数据可分为整点上传与故障上传2种方式，整点上传是指电流数据监测模块会在设定的整点时间将9个通道对应5个周波（200个数据）的原始波形数据栈上传。故障上传是指电流数据监测模块会在监测到避雷器泄露电流中阻性电流或全电流异常增大时，将9个通道对应5个周波（200个数据）的原始波形数据栈上传。
故障上传的方式为：将9通道数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成9个向量，分别记录为9个基准值I A-0、I B-0、I C-0、I a-0、I b-0、I c-0、I AT-0、I BT-0、I CT-0；将9通道数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成9个向量，分别记录为9个当前值I A-1、I B-1、I C-1、I a-1、I b-1、I c-1、I AT-1、I BT-1、I CT-1，此时确定基准值与当前值相差2个周波（80个数据）。本实施例定义了2个周波又1个数据点（81个数据）的基波幅值数据栈、2个周波又1个数据点（81个数据）的基波相位数据栈，栈中第一个数与最后一个数相差81-1=80个数据点，即2个周波的数据。
本实施例采用公式
Figure 718693DEST_PATH_IMAGE010
计算A相负荷电流粗算值
Figure 471709DEST_PATH_IMAGE011
、采用公式
Figure 399214DEST_PATH_IMAGE012
计算B相负荷电流粗算值
Figure 334809DEST_PATH_IMAGE013
、采用公式
Figure 183816DEST_PATH_IMAGE014
计算C相负荷电流粗算值
Figure 495849DEST_PATH_IMAGE015
；
采用公式
Figure 12281DEST_PATH_IMAGE016
计算I AT-0的相位P(I AT-0)与
Figure 620242DEST_PATH_IMAGE011
的相位
Figure 956546DEST_PATH_IMAGE017
的差ΔP A、采用公式
Figure 806690DEST_PATH_IMAGE018
计算I BT-0的相位P(I BT-0)与
Figure 443208DEST_PATH_IMAGE013
的相位
Figure 455026DEST_PATH_IMAGE019
的差ΔP B、采用公式
Figure 809784DEST_PATH_IMAGE020
计算I CT-0的相位P (I CT-0)与
Figure 696575DEST_PATH_IMAGE015
的相位
Figure 187599DEST_PATH_IMAGE021
的差ΔP C；根据ΔP A、ΔP B、ΔP C中是否至少 有2个数据处于[0,180°] 判断避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A、ΔP B、ΔP C中至少有2个 数据处于[0,180°]，确定终端场中避雷器处于线路的供电侧；否则，确定终端场中避雷器处 于线路的受电侧。
以A相避雷器为例，如果是在线路的供电侧，计算得到A相负荷电流为
Figure 635898DEST_PATH_IMAGE022
(11)
式中，I A-1是电缆A相主芯上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量，I a-1是电缆A相护层接地线上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量。
如果是在线路的受电侧，计算得到A相负荷电流为
Figure 946794DEST_PATH_IMAGE023
(12)
进一步得到A相避雷器中电气量的向量分析结果图如图3所示。
图3中θ 1为I AT-0与I AT-1的相位差；θ 2是I AT-1与线路的A相电压向量U A的相位差；
Figure 138741DEST_PATH_IMAGE027
是I AT-1与I A相负荷的相位差，也是θ 2与
Figure 749851DEST_PATH_IMAGE026
之和。
令阻性电流的初值差与初值的占比为P，得到
Figure 103472DEST_PATH_IMAGE024
(13)
式中，||是取向量的模值，I AT-0是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成的向量，I AT-1是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量。
进一步得到
Figure 668707DEST_PATH_IMAGE025
(14)
由于U A是未知量，令
Figure 398766DEST_PATH_IMAGE026
为U A与I A相负荷的相位差，即电力系统的功率因数角；同时令
Figure 864382DEST_PATH_IMAGE027
为I AT-1与I A相负荷的相位差，得到
Figure 654484DEST_PATH_IMAGE028
(15)
上式中，功率因数角
Figure 939972DEST_PATH_IMAGE026
未知，因为|I AT-1|>0，|I AT-0|>0，sinθ 1>0，
Figure 739300DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 292379DEST_PATH_IMAGE030
，所以可以确定P与
Figure 253382DEST_PATH_IMAGE026
值成反比，进一步得到P与功率因数
Figure 26166DEST_PATH_IMAGE031
成正比。
由于θ 1、
Figure 363606DEST_PATH_IMAGE027
、|I AT-1|和|I AT-0|均为实际可以测试获取的量，所以假设θ 1=20°，
Figure 272657DEST_PATH_IMAGE070
， |I AT-1|/|I AT-0|=1.01时，得到P与功率因数
Figure 670140DEST_PATH_IMAGE031
的关系如图4所示，从图中可以看出，P与功 率因数
Figure 166106DEST_PATH_IMAGE031
成正比。
水利电力部、国家物价局文件关于颁发《功率因数调整电费办法》的通知，（83）水电财字第215号，其附件第二条、功率因数的标准值及其适用范围，该条款规定最低功率因数标准为0.8，其对应的功率因数角最高标准为36.8699°，因此在功率因数未知的情况下，可以确定P的最小值min(P)为
Figure 307237DEST_PATH_IMAGE032
(16)
从式(16)中可以看出，min(P)中各参数均已知。针对国家电网公司企业标准Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》第5条交流设备的第5.16.1.1款金属氧化物避雷器巡检及例行试验项目的表46所记载的金属氧化物避雷器例行试验项目，其记载的例行试验项目“运行中持续电流检测（带电）”要求避雷器在运行中持续电流检测（带电）的阻性电流初值差≤50%，且全电流初值差≤20%的要求，当min(P)≥50%时，那么P≥50%一定成立，即可以在未知系统功率因数的情况下，对避雷器泄露电流中阻性电流的变化分量进行监测。综上所述，确定A相避雷器的泄露电流异常的判据为
Figure 70794DEST_PATH_IMAGE033
(17)
Figure 639178DEST_PATH_IMAGE034
(18)
本实施例在A相避雷器泄露电流异常的判据连续成立20次时，即式(17)或(18)连续成立20次，此时认为该终端场中A相避雷器的阻性电流或全电流突然异常增大，并且一定超过设定的标准值。延迟80个采样点后，将9个通道对应5个周波（200个数据）的原始波形数据栈上传。
本实施例按照A相避雷器的泄露电流监测步骤，重复监测B相与C相的避雷器泄露电流。
本实施例通过远程监控平台复核避雷器泄露电流的异常状态，电流数据监测模块会通过NB网络的方式将9个通道对应5个周波（200个数据）的原始波形数据栈传输给远程监控平台，远程监控平台接受到数据后，采用傅里叶算法计算9个通道的工频基波分量，对于每个通道数据而言，将最后40个数据组成数据序列x(m)，并计算基波分量的傅里叶系数a x与b x。
Figure 386554DEST_PATH_IMAGE035
(19)
Figure 800218DEST_PATH_IMAGE036
(20)
式中，m为数据序列x(m)的计数变量；
进一步得到基波分量的幅值A x与相位
Figure 683860DEST_PATH_IMAGE037
分别为
Figure 187261DEST_PATH_IMAGE038
(21)
Figure 156354DEST_PATH_IMAGE039
(22)
式中，arctan()为反正切函数。
将上传的9个通道数据对应基波分量的幅值A x与相位
Figure 639288DEST_PATH_IMAGE037
分别构成9个向量数据，分 别记录为复核数据I A-2、I B-2、I C-2、I a-2、I b-2、I c-2、I AT-2、I BT-2、I CT-2。
采用公式
Figure 377437DEST_PATH_IMAGE040
计算复核A相负荷电流粗算值
Figure 287624DEST_PATH_IMAGE041
、采用公式
Figure 744013DEST_PATH_IMAGE042
计算复核B相负荷电流粗算值
Figure 266523DEST_PATH_IMAGE043
、采用公式
Figure 124758DEST_PATH_IMAGE044
计算复核C相负荷电流粗算值
Figure 940267DEST_PATH_IMAGE050
；
采用公式
Figure 883952DEST_PATH_IMAGE045
计算I AT-2的相位P(I AT-2)与
Figure 708689DEST_PATH_IMAGE041
的相位
Figure 421430DEST_PATH_IMAGE046
的差ΔP A-2、采用公式
Figure 449253DEST_PATH_IMAGE047
计算I BT-2的相位P(I BT-2)与
Figure 614655DEST_PATH_IMAGE043
的相位
Figure 977503DEST_PATH_IMAGE048
的差ΔP B-2、采用公式
Figure 75909DEST_PATH_IMAGE049
计算I CT-2的 相位P(I CT-2)与
Figure 233221DEST_PATH_IMAGE050
的相位
Figure 151499DEST_PATH_IMAGE051
的差ΔP C-2；根据ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中是否至少有2个数据处于[0,180°] 确定终端场中避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中至少有2个数据处于[0,180°]时，确定终端场中避雷器处于线路的供电 侧；否则，确定终端场中避雷器处于线路的受电侧。
以A相避雷器为例，如果是在线路的供电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为
Figure 819503DEST_PATH_IMAGE052
(23)
式中，I A-2为电缆A相主芯上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 506836DEST_PATH_IMAGE037
构成的向量，I a-2 为电缆A相护层接地线上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 835049DEST_PATH_IMAGE037
构成的向量。
如果是在线路的受电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为
Figure 240623DEST_PATH_IMAGE053
(24)
进一步得到复核情况下，A相避雷器的向量分析结果图如图5所示。图中θ 3是I AT-2与U A的相位差；
Figure 945273DEST_PATH_IMAGE055
是U A与I A相负荷-2的相位差，也是数据上传时刻的电力系统功率因数角；
Figure 487113DEST_PATH_IMAGE056
是I AT-2与I A相负荷-2的相位差。
计算得到A相避雷器泄露电流的阻性分量数值I A相阻性分量为
Figure 750342DEST_PATH_IMAGE054
(25)
式中，I AT-2为A相避雷器接地系统电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure 643212DEST_PATH_IMAGE037
构成的向 量。
由于I AT-2、I A相负荷-2可以通过上传数据得到，因此|I AT-2|、
Figure 885974DEST_PATH_IMAGE056
均为已知量。由式(25)可 知，因为|I AT-2|>0，θ 3>0°和θ 3<90°，所以可知I A相阻性分量与
Figure 547900DEST_PATH_IMAGE055
成正比，进一步得到I A相阻性分量与上 传时刻功率因数角
Figure 483495DEST_PATH_IMAGE064
成反比。根据水利电力部、国家物价局文件关于颁发《功率因数调 整电费办法》的通知，（83）水电财字第215号，其附件第二条、功率因数的标准值及其适用范 围，该条款规定最低功率因数标准为0.8，其对应的功率因数角最高标准为36.8699°，而电 力系统的最高功率因数为1，对应的功率因数角最低为0°，确定I A相阻性分量的最大值I A相阻性分量-max 与最小值I A相阻性分量-min分别为：
Figure 863660DEST_PATH_IMAGE057
（26）
Figure 411579DEST_PATH_IMAGE058
（27）
获取A相避雷器在出厂时测量的泄露电流中阻性电流数值I A相阻性分量-原与全电流数值 分别I A相全电流-原。针对国家电网公司企业标准Q/GDW1168-2013《输变电设备状态检修试验规 程》第5条交流设备的第5.16.1.1款金属氧化物避雷器巡检及例行试验项目的表46所记载 的金属氧化物避雷器例行试验项目，其记载的例行试验项目“运行中持续电流检测（带电）” 要求避雷器在运行中持续电流检测（带电）的阻性电流初值差≤50%，且全电流初值差≤20% 的要求，首先分析泄露电流中全电流分量，分为以下2种情况：根据
Figure 928011DEST_PATH_IMAGE059
判断泄 露电流中全电流分量是否异常，当该式成立时，泄露电流中全电流分量异常，当该式不成立 时，泄露电流中全电流分量正常。
分析泄露电流中阻性电流分量，当
Figure 34507DEST_PATH_IMAGE060
成立时，泄露电流中阻性电流 分量异常，当
Figure 636390DEST_PATH_IMAGE061
成立时，泄露电流中阻性电流分量正常，当
Figure 486534DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 123052DEST_PATH_IMAGE061
均不成立时，采用公式
Figure 633405DEST_PATH_IMAGE062
计算上传时刻的功率因数阈值
Figure 988163DEST_PATH_IMAGE063
，获取 输电线路在上传时刻的功率因数值为
Figure 376419DEST_PATH_IMAGE064
，根据
Figure 601864DEST_PATH_IMAGE065
判断泄露电流中阻性电 流分量是否异常，当
Figure 315742DEST_PATH_IMAGE065
成立时泄露电流中阻性电流分量异常，否则泄露电流 中阻性电流分量正常。
按照A相避雷器的泄露电流异常的判定步骤，继续判定B相与C相的避雷器泄露电流是否异常。
目前的避雷器泄露电流监测方法存在抗干扰能力差、计算量大的问题，同时，现有的避雷器泄露电流监测方法还需要在现场测量高压电缆的电压，不仅会增加布线的难度，而且会导致测试过程存在安全隐患。
本实施例的目的是提供一种适用于输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法及系统，该方法可以准确监测避雷器的泄露电流中阻性电流与全电流的变化情况，不仅可以减少谐波干扰与噪声干扰的影响，而且不需要测量电网的电压。具有技术先进、操作简单、安全可靠的优点。
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 (4)

1.输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集三相电缆主芯上A相、B相及C相上电流信号I A、I B、I C，采集三相电缆护层接地线上A相、B相及C相上电流信号I a、I b、I c，采集三相避雷器的接地系统上A相、B相及C相上泄露电流I AT、I BT、I CT；
S2、将采集的电流信号转化为数字信号，采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量，其中，工频基波分量包括基波幅值和基波相位；
S3、存储电流数据的原始波形、基波幅值及基波相位，其中，存储的每一路电流数据包括N 波个周波的原始波形数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波幅值数据栈、N 基个周波又1个数据点的基波相位数据栈，其中，原始波形数据栈包含N 波 *N T个数据，基波幅值数据栈包含N 基 *N T +1个数据，基波相位数据栈包含N 基 *N T +1个数据，N T为一个基波周期内数据采样点数；
S4、判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常，其中，9通道电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成9个向量，分别记录为9个基准值I A-0、I B-0、I C-0、I a-0、I b-0、I c-0、I AT-0、I BT-0、I CT-0；9通道电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成9个向量，分别记录为9个当前值I A-1、I B-1、I C-1、I a-1、I b-1、I c-1、I AT-1、I BT-1、I CT-1；
S5、复核避雷器泄露电流的异常状态；
所述步骤S4判断避雷器泄露电流中阻性电流或全电流是否异常时，采用公式
Figure QLYQS_1
计算A相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_2
、采用公式
Figure QLYQS_3
计算B相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_4
、采用公式
Figure QLYQS_5
计算C相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_6
；
采用公式
Figure QLYQS_7
计算I AT-0的相位P(I AT-0)与
Figure QLYQS_11
的相位
Figure QLYQS_13
的差ΔP A、采用公式
Figure QLYQS_9
计算I BT-0的相位P(I BT-0)与
Figure QLYQS_12
的相位
Figure QLYQS_14
的差ΔP B、采用公式
Figure QLYQS_15
计算I CT-0的相位P(I CT-0)与
Figure QLYQS_8
的相位
Figure QLYQS_10
的差ΔP C；根据ΔP A、ΔP B、ΔP C中是否至少有2个数据处于[0,180°]判断避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A、ΔP B、ΔP C中至少有2个数据处于[0,180°]，确定终端场中避雷器处于线路的供电侧；否则，确定终端场中避雷器处于线路的受电侧；
判断A相避雷器中阻性电流或全电流是否异常包括以下步骤：
若A相避雷器在线路的供电侧，计算得到A相负荷电流为：
Figure QLYQS_16
；
式中，I A-1是电缆A相主芯上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量，I a-1是电缆A相护层接地线上对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量；
若A相避雷器在线路的受电侧，计算得到A相负荷电流为：
Figure QLYQS_17
；
令阻性电流的初值差与初值的占比为P，得到：
Figure QLYQS_18
；
式中，||是取向量的模值，I AT-0是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的第一个数据构成的向量，I AT-1是A相避雷器接地系统对应的电流数据中幅值栈与相位栈的最后一个数据构成的向量，θ 1为I AT-0与I AT-1的相位差，θ 2是I AT-1与线路的A相电压向量U A的相位差；
进一步得到：
Figure QLYQS_19
；
由于U A是未知量，令
Figure QLYQS_20
为U A与I A相负荷的相位差，即电力系统的功率因数角；同时令
Figure QLYQS_21
为I AT-1与I A相负荷的相位差，得到
Figure QLYQS_22
；
上式中，功率因数角
Figure QLYQS_23
未知，因为|I AT-1|>0，|I AT-0|>0，sinθ 1>0，
Figure QLYQS_24
，
Figure QLYQS_25
，所以P与
Figure QLYQS_26
值成反比，进一步得到P与功率因数
Figure QLYQS_27
成正比；
根据最低功率因数标准为0.8，对应的功率因数角最高标准为36.8699°，在功率因数未知的情况下，确定P的最小值min(P)为：
Figure QLYQS_28
；
式中，min(P)中各参数均已知，根据避雷器在运行中持续电流检测的阻性电流初值差≤50%，且全电流初值差≤20%的要求，当min(P)≥50%时，P≥50%一定成立，即可以在未知系统功率因数的情况下，对避雷器泄露电流中阻性电流的变化分量进行监测；
综上，确定A相避雷器的泄露电流异常的判据为：
Figure QLYQS_29
；
Figure QLYQS_30
；
当A相避雷器泄露电流异常的判据连续成立次数达到设定次数次时，此时认为该终端场的A相避雷器出现异常；
所述B相避雷器中阻性电流或全电流是否异常、C相避雷器中阻性电流或全电流是否常判断方式与A相避雷器判断方式相同；
所述步骤S5复核避雷器泄露电流的异常状态时，采用傅里叶算法计算9个通道的工频基波分量，对于每个通道数据而言，将最后N个数据组成数据序列x(m)，并计算基波分量的傅里叶系数a x与b x:
Figure QLYQS_31
；
Figure QLYQS_32
；
式中，m为数据序列x(m)的计数变量；
进一步得到基波分量的幅值A x与相位
Figure QLYQS_33
分别为:
Figure QLYQS_34
；
Figure QLYQS_35
；
式中，arctan()为反正切函数；
将9个通道数据对应基波分量的幅值A x与相位
Figure QLYQS_36
分别构成9个向量数据，分别记录为复核数据I A-2、I B-2、I C-2、I a-2、I b-2、I c-2、I AT-2、I BT-2、I CT-2；
采用公式
Figure QLYQS_37
计算复核A相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_38
、采用公式
Figure QLYQS_39
计算复核B相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_40
、采用公式
Figure QLYQS_41
计算复核C相负荷电流粗算值
Figure QLYQS_42
；
采用公式
Figure QLYQS_44
计算I AT-2的相位P(I AT-2)与
Figure QLYQS_48
的相位
Figure QLYQS_49
的差ΔP A-2、采用公式
Figure QLYQS_45
计算I BT-2的相位P(I BT-2)与
Figure QLYQS_46
的相位
Figure QLYQS_50
的差ΔP B-2、采用公式
Figure QLYQS_51
计算I CT-2的相位P(I CT-2)与
Figure QLYQS_43
的相位
Figure QLYQS_47
的差ΔP C-2；根据ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中是否至少有2个数据处于[0,180°]确定终端场中避雷器处于供电侧或受电侧，当ΔP A-2、ΔP B-2、ΔP C-2中至少有2个数据处于[0,180°]时，确定终端场中避雷器处于线路的供电侧；否则，确定终端场中避雷器处于线路的受电侧；
复核A相避雷器泄露电流的异常状态包括以下步骤：
若A相避雷器在线路的供电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为：
Figure QLYQS_52
；
式中，I A-2为电缆A相主芯上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure QLYQS_53
构成的向量，I a-2为电缆A相护层接地线上电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure QLYQS_54
构成的向量；
若A相避雷器在线路的受电侧，计算得到复核数据A相负荷电流I A相负荷-2为：
Figure QLYQS_55
；
计算得到A相避雷器泄露电流的阻性分量数值I A相阻性分量为：
Figure QLYQS_56
；
式中，I AT-2为A相避雷器接地系统电流信号通道数据中幅值A x与相位
Figure QLYQS_57
构成的向量， θ 3为I AT-2与线路的A相电压向量U A的相位差；
Figure QLYQS_58
为U A与I A相负荷-2的相位差；
Figure QLYQS_59
为I AT-2与I A相负荷-2的相位差；
根据最低功率因数标准为0.8，对应的功率因数角最高标准为36.8699°，而电力系统的最高功率因数为1，对应的功率因数角最低为0°，确定I A相阻性分量的最大值I A相阻性分量-max与最小值I A相阻性分量-min分别为：
Figure QLYQS_60
；
Figure QLYQS_61
；
获取A相避雷器在出厂时测量的泄露电流中阻性电流数值I A相阻性分量-原与全电流数值分别I A相全电流-原；根据
Figure QLYQS_62
判断泄露电流中全电流分量是否异常，当该式成立时，泄露电流中全电流分量异常，当该式不成立时，泄露电流中全电流分量正常；
分析泄露电流中阻性电流分量，当
Figure QLYQS_63
成立时，泄露电流中阻性电流分量异常，当
Figure QLYQS_66
成立时，泄露电流中阻性电流分量正常，当
Figure QLYQS_69
和
Figure QLYQS_65
均不成立时，采用公式
Figure QLYQS_68
计算上传时刻的功率因数阈值
Figure QLYQS_70
，获取输电线路在上传时刻的功率因数值为
Figure QLYQS_71
，根据
Figure QLYQS_64
判断泄露电流中阻性电流分量是否异常，当
Figure QLYQS_67
成立时泄露电流中阻性电流分量异常，否则泄露电流中阻性电流分量正常；
复核B相避雷器泄露电流的异常状态的操作步骤和复核C相避雷器泄露电流的异常状态的操作步骤与复核A相避雷器泄露电流的异常状态操作步骤相同。
2.根据权利要求1所述的输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法，其特征在于，所述步骤S2中采用傅里叶变换算法解析电流中工频基波分量包括以下步骤：
将采集的每路电流信号低通滤波得到电流采样信号，设任意一路低通滤波后电流采样信号为：
Figure QLYQS_72
式中，i(n)为离散采样后的电流信号，p为谐波的总次数，z为谐波次数，A z 、f z 、
Figure QLYQS_73
分别为z次谐波的幅值、频率及初始相角，n为时间采样点，T为采样周期；
对于信号i(n)，其离散傅里叶变换I(k)被定义为：
Figure QLYQS_74
；
式中，N为离散傅里叶变换的点数，令N=N T，k为频率采样点，e为自然对数函数的底数，j为虚数单位；
利用欧拉公式对上式进行变换，得到傅氏系数a(k)、b(k)分别为：
Figure QLYQS_75
；
Figure QLYQS_76
；
通过傅氏系数a(k)和b(k)得到幅值系数A(k)与相位系数
Figure QLYQS_77
分别为：
Figure QLYQS_78
；
Figure QLYQS_79
；
式中，arctan()为反正切函数；
从幅值系数A(k)与相位系数
Figure QLYQS_80
中选择基波分量的幅值A 1与相位
Figure QLYQS_81
。
3.根据权利要求1所述的输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法，其特征在于，所述步骤S3中针对每一路电流数据，当进入新的采样时刻，首先将新的电流数据采样值以栈的形式存入原始波形数据栈，然后利用原始波形数据栈中最新的N个波形数据计算基波分量的幅值与相位，同时将幅值数据与相位数据以栈的形式分别存入幅值数据栈与相位数据栈。
4.实现权利要求1～3中任意一项所述的输电电缆终端场中避雷器的泄露电流在线监测方法的系统，其特征在于，包括电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置、避雷器泄露电流采集装置、电流数据监测模块及远程监控平台，所述电缆主芯电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆主芯上的电缆主芯电流互感器，电缆主芯电流互感器用于采集三相电缆主芯上电流信号I A、I B、I C；所述电缆护层电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相电缆护层接地线上的电缆护层电流互感器，电缆护层电流互感器用于采集三相电缆护层上电流信号I a、I b、I c；所述避雷器泄露电流采集装置包括三个分别安装在A相、B相、C相的三相避雷器的接地系统上的避雷器泄露电流互感器，避雷器泄露电流互感器采集三相避雷器上泄露电流I AT、I BT、I CT；所述电流数据监测模块用于获取电缆主芯电流采集装置、电缆护层电流采集装置及避雷器泄露电流采集装置采集的电流数据，开展数据处理以分析预警避雷器的异常状态；所述远程监控平台通过NB网络的方式与电流数据监测模块通信，用于收集电流数据监测模块上传的电流数据，并对避雷器的异常状态进行复核。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115951114B (zh) * 2023-01-17 2023-06-23 上海山源电子科技股份有限公司 一种供电监测系统中的电流信号识别方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101986164A (zh) * 2010-09-20 2011-03-16 华北电力大学（保定） 一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法
CN102288804A (zh) * 2011-07-20 2011-12-21 南京世都科技有限公司 一种基于正交变换的避雷器阻性电流计算方法
WO2014139381A1 (zh) * 2013-03-13 2014-09-18 国家电网公司 避雷器阻性电流和容性电流暂态值的测量方法
CN104142422A (zh) * 2013-05-08 2014-11-12 伍俊 变电站泄漏电流、容性电流在线监测管理系统及工作方法
JP2017122666A (ja) * 2016-01-08 2017-07-13 東日本旅客鉄道株式会社 避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置
CN110346680A (zh) * 2019-08-19 2019-10-18 大连世有电力科技有限公司 一种直接输出阻性电流的避雷器在线监测装置
CN111766446A (zh) * 2020-08-20 2020-10-13 国网四川省电力公司成都供电公司 一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法
CN112649669A (zh) * 2020-12-21 2021-04-13 汪锐 基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法
CN114878946A (zh) * 2022-06-02 2022-08-09 合肥工业大学 一种避雷器阻性电流在线监测方法及装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044524B (zh) * 2015-08-10 2018-12-04 许继集团有限公司 一种适用于智能变电站的避雷器监测方法及系统
US11435409B2 (en) * 2018-01-09 2022-09-06 Rensselaer Polytechnic Institute Temporary overvoltage and ground fault overvoltage protection based on arrester current measurement and analysis
CN108333457A (zh) * 2018-05-08 2018-07-27 湖南长高思瑞自动化有限公司 基于物联网通信的避雷器在线监测方法及装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101986164A (zh) * 2010-09-20 2011-03-16 华北电力大学（保定） 一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法
CN102288804A (zh) * 2011-07-20 2011-12-21 南京世都科技有限公司 一种基于正交变换的避雷器阻性电流计算方法
WO2014139381A1 (zh) * 2013-03-13 2014-09-18 国家电网公司 避雷器阻性电流和容性电流暂态值的测量方法
CN104142422A (zh) * 2013-05-08 2014-11-12 伍俊 变电站泄漏电流、容性电流在线监测管理系统及工作方法
JP2017122666A (ja) * 2016-01-08 2017-07-13 東日本旅客鉄道株式会社 避雷器漏れ電流検出方法、避雷器漏れ電流検出装置、及び避雷器漏れ電流監視装置
CN110346680A (zh) * 2019-08-19 2019-10-18 大连世有电力科技有限公司 一种直接输出阻性电流的避雷器在线监测装置
CN111766446A (zh) * 2020-08-20 2020-10-13 国网四川省电力公司成都供电公司 一种基于避雷器泄露电流信号的核相装置及方法
CN112649669A (zh) * 2020-12-21 2021-04-13 汪锐 基于一次相位角测量的避雷器带电检测方法
CN114878946A (zh) * 2022-06-02 2022-08-09 合肥工业大学 一种避雷器阻性电流在线监测方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Online condition monitoring of surge arresters based on third-harmonic analysis of leakage current;Ibrahim A. Metwally 等;《IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》;20170913;第24卷(第4期);2274-2281 *
避雷器故障预警及线路智能验电装置分析;陈刚 等;《电子技术与软件工程》;20160923;123 *

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