氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨
2006年2月第7卷第2期
电 力 设 备 El ectri ca l Equi p m ent
Fe b 12006Vo . l 7No. 2
氧化锌避雷器阻性电流提取算法探讨
颜湘莲, 王文华
1
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; 阻性电流; 供用电中图分类号:T M862
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, 的影响, 因而会造成阀片劣化, , 甚至稳定运行, 。
MOA [1]图1 MOA 带电检测示意图
有较大的实用性, 适于现场检测MOA 的运行特性。
检测、, 这些方法都是为了得到MOA 的运行特性并以此判断MOA 在系统中的运行状况, 以便预防停电事故的发生。本文提出用带电检测MOA 方法采集MOA 的全电流, 运用阻性电流提取算法获得MOA 的阻性电流, 以实现判断MOA 的运行状况。
2 阻性电流提取算法
图2为MOA 的等效电路, 由非线性电阻R 和电容C 并联组成。其中I x 为MOA 的总泄漏电流, I r 为阻性电流, I c 为容性电流。
由图2知
(1)
目前, 一般认为仅占总泄漏电流10%~20%的
I x =I r +I c
1 MOA 带电检测方法
文中采用的带电检测MOA 的方法如图1所示。从被测相电压互感器(T V ) 二次侧获取电压信号, 用嵌式电流互感器(T A ) 在MOA 的放电计数器接地线上获取全电流信号, 数据采集装置对此2路信号进行同步采样, 并将采样数据发送到便携式计算机, 由阻性电流提取算法软件计算得到MOA 的阻性电流, 从而进一步分析MOA 的运行状况, 并判断能否在系统中继续运行以保护电力设备。
T V 二次侧的电压幅值一般在100V 左右, 便于
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 运行状况的关键。
2. 1 算法思想及其实现
由图2知,MOA 的阻性电流与电压同相位, 而容性电流超前电压90°, 其电压和电流的矢量图如图3所示。
由采样得到的电压和全电流信号, 应用傅立叶变换(FFT ) 转换到频域进行分解, 可分别得到MOA 的阻性电流I r 和容性电流I c 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I x 和容性电流I c 。
然而, 现场采集得到的全电流I x 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
I c =C 11
检修人员安全操作。从MOA 接地线上取电流信号, 操作简单方便, 但须确保接触可靠以便能采集到可用信号。图1中的数据采集装置采取了屏蔽电磁干扰、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
d u 1d u 2d u 3
+C 12+C 13d t d t d t
(2)
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电 力 设 备第7卷第2
期
偏差为±0. 5Hz, 此偏差会影响测频, 采样信号测频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[2]测频, 精度较高, 误差基本控制在1%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
图2 MOA 等效电路图3 MOA 电压电流矢量图
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, 由于系统中的高次谐波含量较小, 几乎没有偶次谐波, 因而FFT 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G B /T 14549—1993的标准要求, 保证了阻性电流提取算法的精度。
(3) T V 相移。MOA 电压是从T V 二次侧测量得
式中, C 11为被测相MOA 的对地电容; C 12、C 13为相间杂散电容; u 1为被测相MOA 的电压; u 2、u 3为邻相
MOA 电压。
由于系统的三相电压的对称性, 因而由电压u 1
得到的采样信号可依次得到u 2、u 3, 以及时频域转换后的容性电流I c 。利用海森矩阵可计算得到C 11、C 12和C 13的值, 然后由雅克比矩阵重新计算容性电流I c 。
实际测量表明, MOA 的阻性电流可用指数波
A e
-gt 2
(其中A 是指数波的幅值, g 是与指数波的形状
到的, 因此采样信号与MOA 电压存在相位差, 且此相位差随着T V 二次侧负荷的改变而变化, 其误差往往超过测量装置的分辨率, 。基[3], 值, , 。测量结果表明, 相间杂散电
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:
I r A 1e A 2e
-gt 2
1-gt 2
2
ω0≤t 1
(3)
式中, A 1为阻性电流的正峰值; A 2I 的I c r I r 的未知参数A 和g :
ε=I x -I c -I r
(4)
MOA 阻性电流的重要干扰因素, 且由其导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。
采用固定步长多次搜索优化各个变量, 直到误差ε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
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
温度、湿度等外界环境影响。泄漏电流中的高次谐波以及T V 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
算值及其含量。
表1 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
正峰值负峰值
阻性电流的含量/%
0. 2420. 0372-0. 0371
15. 4
0. 2390. 0361-0. 0362
15. 1
0. 2400. 0368-0. 0368
15. 3
0. 2380. 0359-0. 0357
1510
0. 2380. 0357-0. 0357
1510
0. 2420. 0372-0. 0373
15. 4
表2 三相避雷器的全电流、阻性电流及阻性电流含量
相 别
全电流/mA
阻性电流/mA正峰值
负峰值
0. 4060. 0351-0. 0350
A
0. 4020. 0348-0. 0348
0. 3730. 0336-0. 0335
B
0. 3700. 0333-0. 0331
0. 3960. 0345-0. 0342
C
0. 3920. 0340-0. 0343
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1、表2可知:①避雷器的全电流和阻性电流值都比较稳定, 阻性电流的正、负峰值差别很小, 阻性电流含量几乎不变, 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, 阻性电流含量较小; 而B 相的全电流和阻性电流偏小, 阻性电流的含量最大, 验证了相间杂散电容的影响。③带电检测MOA 方法正确检测了MOA 的运行特性, 阻性电流提取算法准确获得了MOA 的阻性电流, 有较强的实用性。
的判据。实测结果表明, 文中提出的阻性电流提取算法是可行的且具有较好的实用性, 值得推广。
5 参考文献
[1] DL /T596—1996. 《电力设备预防性试验标准》.
[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] 贺景亮, 关根志, 王洪新. 绝缘在线监测中若干问题的探讨. 高
电压技术, 1998, 24(3) :38~40.
4 结论
本文采用带电检测MOA 方法实现现场采集
MOA 的电压和总泄漏电流信号, 通过阻性电流提取
收稿日期:20050811作者简介:
颜湘莲(1977) , 女, 硕士, 从事高压设备绝缘检测工作; 王文华(1976) , 男, 硕士, 通信软件工程师。
算法软件计算得到被测相MOA 的阻性电流。此算法计算精度较高, 消除了系统频率波动、高次谐波、T V 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)
D iscu s s i o n o n Extra c ti o n A l go rithm o f R e s is ta nce C u rre n t fo Y AN Xiang lian , 1
2
(1. China Electric Power 2. , China )
Ab s tra c t:The (MOA ) in system can be judged by using the hotline detecti on method, which collects the and current signal of MOA on the s pot, then calculates the resistance current of MOA by extracti on algorith m s oft w are of resistance current . The course of realizing the extracti on algorith m of resistance current were intr oduced in detail, and the vari ous measures in the extracti on algorith m for restraining disturbances (such as frequency fluctuati on, har monic influence, voltage transf or mer, phase shift and stray capacitance in phases ) were adop ted . Finally, the feasibility and the p racticality of this algorith m thr ough the actual measure ment are verified .
Keywords:metal oxide surge arrester; hotline detecti on; resistance current; power supp ly and consu mp ti on
・综合信息・
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