氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨[1]

２００６年２月电力

设备Ｆｅｂ．２０∞

第７卷第２期

ＥＩｅｃＩｎｃａＩ

Ｅｑｕｉｐｍ矾

ＶＯＩ．７ＮＯ．２

氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨

颜湘莲１，王文华２

（１．中国电力科学研究院，北京市１０００８５；２．北京信威通信技术有限公司，北京市１０００８５）

摘要：采用带电检测氧化锌避雷器（ＭＯＡ）的方法，现场采集ＭＯＡ的电压和总泄漏电流信号，然后由阻性电流提取算法

软件计算得到ＭＯＡ的阻性电流，以此可判断ＭＯＡ在系统中的运行状况。详细介绍了阻性电流提取算法的实现过程，在

算法中采取了多种抑制干扰（如频率波动、谐波影响、电压互感器相移和相间杂散电容等）的措施，最后通过实际测量验

证了此算法的可行性和实用性。

关键词：氧化锌避雷器；带电检测；阻陛电流；供用电

中图分类号：７ＩＭ８６２

０引言

氧化锌避雷器（ＭｏＡ）具有通流容量大、残压低、无工频续流、反应速度快、寿命长等优点，能降低被保护设备的绝缘水平，被广泛应用于电力系统的过电压保护。由于ＭＯＡ无间隙，在运行中阀片长期承受电力系统运行电压的作用，以及内部受潮或污秽等因素

的影响，因而会造成阀片劣化，进而损坏ＭＯＡ，甚至

可能引起大面积停电事故。可见，为保障系统的安全图１ＭＯＡ带电检测示意图

稳定运行，检测ＭＯＡ的运行特性显得尤为重要。

有较大的实用性，适于现场检测ＭＯＡ的运行特性。

ＭＯＡ的检测方法有文［１］中规定的例行性停电

检测、带电检测和在线监测等，这些方法都是为了得２阻性电流提取算法

到ＭｏＡ的运行特性并以此判断ＭｏＡ在系统中的运

图２为ＭＯＡ的等效电路，由非线性电阻Ｒ和电

行状况，以便预防停电事故的发生。本文提出用带电

容Ｃ并联组成。其中Ｌ为ＭＯＡ的总泄漏电流，，ｒ为检测ＭｏＡ方法采集ＭＯＡ的全电流，运用阻性电流提阻性电流，Ｌ为容性电流。

取算法获得ＭＯＡ的阻性电流，以实现判断ＭｏＡ的运由图２知

行状况。

，ｘ＝，。＋，。

（１）

目前，一般认为仅占总泄漏电流１０％～２０％的

１

ＭＯＡ带电检测方法

阻性电流的增加是引起ＭＯＡ劣化的主要因素，所以

从总泄漏电流中准确提取其阻性电流是判断ＭＯＡ运

文中采用的带电检测ＭｏＡ的方法如图ｌ所示。

行状况的关键。

从被测相电压互感器（ＴＶ）二次侧获取电压信号，用２．１

算法思想及其实现

嵌式电流互感器（’ｒＡ）在ＭＯＡ的放电计数器接地线由图２知，ＭＯＡ的阻性电流与电压同相位，而容

上获取全电流信号，数据采集装置对此２路信号进行性电流超前电压９０。，其电压和电流的矢量图如同步采样，并将采样数据发送到便携式计算机，由阻图３所示。

性电流提取算法软件计算得到ＭＯＡ的阻性电流，从由采样得到的电压和全电流信号，应用傅立叶变

而进一步分析ＭＯＡ的运行状况，并判断能否在系统

换（ＦＦｒ）转换到频域进行分解，可分别得到ＭＯＡ的中继续运行以保护电力设备。

阻性电流，，和容性电流，。的各次谐波分量，经相应

１ｖ二次侧的电压幅值一般在１００Ｖ左右，便于的数据处理后，再返回时域合成得到总泄漏电流，ｘ和检修人员安全操作。从ＭｏＡ接地线上取电流信号，容性电流Ｌ。

操作简单方便，但须确保接触可靠以便能采集到可用

然而，现场采集得到的全电流ｔ受相间杂散电容

信号。图ｌ中的数据采集装置采取了屏蔽电磁干扰、

的影响主要反映在全电流的容性分量中，其表达式为

放大和滤波等抗干扰措施，以提高采样信号的信噪比，为后续的软件分析处理提供了优良数据。此方法

ｔ“。鲁＋ｃ。：警“。，等

（２）

万　

方数据

６２

电力设备

第７卷第２期

偏差为±Ｏ．５Ｈｚ，此偏差会影响测频，采样信号测频

ｊ

，。

的准确程度关系到信号的时频域转换，最后影响阻性

电流的提取精度。算法采用ｃｚＴ算法∞１测频，精度较

西

图２

Ｉ，ｃ

Ｏ

门护

／

／

高，误差基本控制在ｌ％以内。此算法具有较好的频率兼容性，测频部分能满足４５—６５Ｈｚ的频率波动。（２）谐波影响。我国关于公用电网电压谐波的限值分别是奇次５％和偶次２％，铁路电网中的谐波

含量远大于此值，全电流采样信号中也含有谐波，这给阻性电流的提取造成不小的困难。为此算法在对电压和电流采样信号做时频域转换时，由于系统中的

ＭＯＡ等效电路图３ＭＯＡ电压电流矢量图

式中，ｃ。。为被测相ＭＯＡ的对地电容；ｃ，：、ｃ。，为相间杂散电容；“。为被测相ＭＯＡ的电压；Ｍ：、“，为邻相ＭＯＡ电压。

由于系统的三相电压的对称性，因而由电压“。得到的采样信号可依次得到％、‰，以及时频域转换后的容性电流ｔ。利用海森矩阵可计算得到ｃ¨、Ｇ。：和ｃ，，的值，然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ｌ。

实际测量表明，ＭＯＡ的阻性电流可用指数波

高次谐波含量较小，几乎没有偶次谐波，因而Ｆ丌＇变换只分解奇次谐波，且在频域内剔除了大于１１次的奇次谐波。进行如此处理后，系统中的谐波分量可以达到国标ＧＢ／Ｔ１４５４９～１９９３的标准要求，保证了阻

性电流提取算法的精度。

（３）ＴＶ相移。ＭＯＡ电压是从ＴＶ二次侧测量得

４ｅ叫２（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：

到的，因此采样信号与ＭＯＡ电压存在相位差，且此相

位差随着ＴＶ二次侧负荷的改变而变化，其误差往往

仁ｒ叫ｊＩＡ２ｅ一啦

０≤‘＜舶

！『／∞≤如＜２霄／∞

超过测量装置的分辨率，因此需要对其进行修正。基

于基准设备比较法Ｈ１的原理，可以预先估计相位偏差值，并在算法中设置此相位差，当进行数据处理时再

调整相应的偏差值。

（４）相问杂散电容。测量结果表明，相问杂散电容是检测ＭＯＡ阻性电流的重要干扰因素，且由其导

（３）

式中，Ａ：为阻性电流的正峰值；如为阻性电流的负峰值。

利用处理过的时域信号ｔ、消除相间杂散电容后

的，。和拟合曲线，。，可采用最小二乘法优化求取，ｒ的

未知参数Ａ和ｇ。最小二乘法的优化原理为：

８＝Ｉ。一ｆｃ—Ｉ。

致的测量误差随电压等级的增加而成倍增加。由于相间杂散电容以分布参数形式存在，并受外部环境和

系统电压变化的影响，因而使得测量相间杂散电容比

０４、）

采用固定步长多次搜索优化各个变量，直到误差

较困难。算法利用电容的电压和电流之间的关系，依

次消除由相间杂散电容产生的容性电流。这样可完全去掉总泄漏电流中的容性电流，得到真正的阻性电流。

占满足工程计算的精度要求，从而根据最终的计算结

果就可得到ＭＯＡ的阻性电流。

３．２抑制干扰措施

ＭｏＡ的总泄漏电流的数值较小（ｍＡ级），易受温度、湿度等外界环境影响。泄漏电流中的高次谐波以及ＴＶ的相移和相间杂散电容。这些都会造成阻性电流的测量误差。为了准确得到ＭＯＡ的阻性电流，算法针对不同的干扰源会采取相应的解决对策。

（１）频率波动。电力系统在运行中，允许的频率

表１

３．３实际测量和计算结果

在某变电站采用文中提出的带电检测ＭＯＡ方法

对ＭＯＡ进行了现场检测，然后由阻性电流提取算法计算ＭＯＡ的阻性电流。表１列出了单个避雷器的全电流测量值和计算得到的阻性电流值及其含量。表２列出了三相避雷器的全电流测量值和阻性电流计

算值及其含量。

单个避雷器的全电流、阻性电流及阻性电流含量

全电流／ｍＡ

阻性电流／ｍＡ

正峰值

Ｏ．４０６Ｏ．０３５ｌ一Ｏ．０３５

Ｏ

Ｏ．４０２Ｏ．０３４８—Ｏ．０３４８

Ｏ．３７３Ｏ．０３３６一Ｏ．０３３５

Ｏ．３７００．０３３３一Ｏ．０３３ｌ

Ｏ．３９６Ｏ．０３４５—Ｏ．０３４２

Ｏ．３９２Ｏ．０３４０一Ｏ．０３４３

负峰值

阻丝皇速塑鱼量』丝！：墅！：堑！：１２１：！Ｚ！：！！！：！！

万方数据　

讨论与建议

颜湘莲等：氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨

６３

由表ｌ、表２可知：①避雷器的全电流和阻性电流

的判据。实测结果表明，文中提出的阻性电流提取值都比较稳定，阻性电流的正、负峰值差别很小，阻性算法是可行的且具有较好的实用性，值得推广。

电流含量几乎不变，反映了实际ＭＯＡ的运行特性。

②三相避雷器中，Ａ相的全电流和阻性电流最大，阻５参考文献

性电流含量较小；而Ｂ相的全电流和阻性电流偏小，［１］

ＤＬ／Ｔ５９６一１９９６．《电力设备预防性试验标准》．

阻性电流的含量最大，验证了相间杂散电容的影响。［２］

胡广书．数字信号处理（第２版）．北京：清华大学出版社，１９９８年．

③带电检测ＭｏＡ方法正确检测了ＭｏＡ的运行特性，

［３］贺景亮，关根志，王洪新．绝缘在线监测中若干问题的探讨．高

阻性电流提取算法准确获得了ＭｏＡ的阻性电流，有电压技术，１９９８，２４（３）：３８—４０．

较强的实用性。

４结论

本文采用带电检测ＭＯＡ方法实现现场采集

收稿日期：２００５—０８—１ｌＭＯＡ的电压和总泄漏电流信号，通过阻性电流提取

作者简介：

算法软件计算得到被测相ＭＯＡ的阻性电流。此算法

颜湘莲（１９７７一），女，硕士，从事高压设备绝缘检测工作；计算精度较高，消除了系统频率波动、高次谐波、ＴＶ王文华（１９７６一），男，硕士，通信软件工程师。

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

（责任编辑冯玲玲）

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２００６年１月１～４日，在重庆举办的“２００６年中价值。在目前国内家用制气炉业内生产者众多、产品国西部农产品交易会”上，一种全新的秸秆制气炉引良莠不齐、投资规模小的情况下，良奇公司斥资５

０００

起广大参会者极大的兴趣。它利用农作物秸秆、谷壳万元建起西南地区最大的生物质制气炉基地，实现了等生物质原料生产燃气，对改变农村传统生活方式，

系列化、批量化、专业化生产。目前，该产品已大规模

提高农民生活质量，建设社会主义新农村具有深远的

走上市场。重庆市委书记汪洋在展会上了解到该产

意义。重庆良奇灯饰电器制造有限公司近日斥资

品独特性能后，鼓励生产企业：这种产品既环保，又节５

０００万元建起西南地区最大的生物质炉灶研发生产

约能源，很有市场潜力，值得好好推广。

基地，并在重庆铜梁县设立全国推广中心，开始打造我国是农业大国，生物质能作为可再生能源的重国内民用生物质制气炉行业龙头。

要组成部分，在广大农村地区有着广泛的应用基础，生物质炉灶是一种新型环保节能产品，它可把农

今后我国大量的农业废弃物、薪柴等生物质废料，将

作物秸秆、柴草、木屑、林木废弃物等生物质原料直接变成宝贵的生活新能源。大规模使用生物质能源，是

转化为可燃性气体，在改变农村传统炊事习惯，减少我国农村实施可持续发展的一项重要措施，为建设我农民开支，提高农民生活质量等方面具有极大的推广

国新农村提供了强有力的能源保证。

万　

方数据

氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

颜湘莲， 王文华， YAN Xiang-lian， WANG Wen-hua

颜湘莲,YAN Xiang-lian(中国电力科学研究院,北京市,100085)， 王文华,WANG Wen-hua(北京信威通信技术有限公司,北京市,100085)电力设备

ELECTRICAL EQUIPMENT2006,7(2)2次

参考文献(3条)

1. DL/T 596-1996.电力设备预防性试验标准2. 胡广书 数字信号处理 1998

3. 贺景亮;关根志;王洪新 绝缘在线监测中若干问题的探讨 1998(03)

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引用本文格式：颜湘莲. 王文华. YAN Xiang-lian. WANG Wen-hua 氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨[期刊论文]-电力设备 2006(2)