測(cè)量金屬氧化物避雷器阻性電流的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種測(cè)量金屬氧 化物避雷器阻性電流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬氧化物避雷器是電力系統(tǒng)中重要的過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn) 受潮、老化等故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致避雷器的爆炸，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此， 對(duì)運(yùn)行中的避雷器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的狀態(tài)檢修必要手段之一。
[0003] 避雷器在線監(jiān)測(cè)可選擇的特征物理量較多，其中阻性電流可以很好地反映避雷器 的運(yùn)行狀態(tài)，可以根據(jù)其阻性電流及其諧波分量變化的結(jié)果來(lái)判斷避雷器的性能。當(dāng)避雷 器劣化時(shí)，阻性電流基波分量迅速增加，當(dāng)避雷器老化時(shí)，阻性電流3次諧波分量值快速增 加。
[0004] 計(jì)算在線運(yùn)行時(shí)的避雷器的阻性電流的算法也很多，廣泛使用的是容性電流補(bǔ)償 法和矢量投影法，即：分別取得施加在避雷器兩端的電壓信號(hào)和流過(guò)避雷器底部的電流信 號(hào)，對(duì)其分別進(jìn)行傅立葉分解，得到電壓和電流的基波以及3次諧波的分量，那么基波電流 分量在相應(yīng)電壓基波分量上的投影，就是阻性電流基波值，而3次諧波阻性電流值可以通 過(guò)容性電流補(bǔ)償法得到。
[0005] 目前，常規(guī)的避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)采用的是電壓互感器（PT)低壓側(cè)取電壓信號(hào) 法。這種方法需從PT上引入電壓參考信號(hào)，測(cè)量結(jié)果容易受到電壓互感器角差和補(bǔ)償增益 的誤差影響，并且?guī)?lái)安全問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于：提供一種可靠、安全的測(cè)量金屬氧化物避雷器阻性電流的方 法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量金屬氧化物避雷器阻性電流的方法， 包括如下步驟：（1)利用電場(chǎng)感應(yīng)板采集電壓信號(hào)；(2)利用線圈傳感器采集避雷器底部的 泄漏電流信號(hào)；（3)將采集到的電壓信號(hào)和電流信號(hào)分別進(jìn)行放大、濾波處理；(4)按照容 性電流補(bǔ)償法計(jì)算避雷器阻性電流的3次諧波值，按照矢量投影法計(jì)算避雷器阻性電流的 基波值。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述避雷器阻性電流的3次諧波值I3r= I 3x-K(Ilx/ Ι1Ρ· Ι3Ρ)，式中，'為通過(guò)避雷器的3次諧波全泄漏電流，K為電場(chǎng)感應(yīng)板探頭測(cè)量比例系 數(shù)，11：(為通過(guò)避雷器的基波全電流，I 1Ρ為電場(chǎng)感應(yīng)板取得的基波電流，I %為電場(chǎng)感應(yīng)板取 得的3次諧波電流。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述避雷器阻性電流的基波值Iir = V 2 · Ilx ?(^(Δ φ-Δ (J)1),式中，11；(為通過(guò)避雷器的基波全電流，Δ φ為I lx與感應(yīng)電壓 的基波矢量值Uip的初始相位差，△ Φ i為感應(yīng)電壓的基波矢量值Uip與避雷器兩端施加的 電壓值Uib的初相位差。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述電場(chǎng)感應(yīng)板探頭測(cè)量比例系數(shù)K = (CfC1)/ (2Q+Q)，Q、C3分別是避雷器A、C相對(duì)電場(chǎng)感應(yīng)板的等效電容。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，K值取0. 70~0. 95,根據(jù)不同的變電站使用情況進(jìn)行校 正。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用電場(chǎng)感應(yīng)法采集施加在避雷器兩端電壓的感應(yīng)量， 從而能可靠、安全地獲得在線運(yùn)行避雷器的阻性電流基波及其3次諧波值。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō) 明。
[0014] 圖1為本發(fā)明監(jiān)測(cè)器功能模塊示意圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明避雷器等值電路圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明電場(chǎng)感應(yīng)電壓信號(hào)放大電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖 和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)中描述的具體實(shí) 施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0018] 本發(fā)明測(cè)量金屬氧化物避雷器阻性電流的方法包括步驟：（1)利用電場(chǎng)感應(yīng)板采 集電壓信號(hào)；（2)利用線圈傳感器采集避雷器底部的泄漏電流信號(hào)；(3)將采集到的電壓信 號(hào)和電流信號(hào)分別進(jìn)行放大、濾波處理；(4)按照容性電流補(bǔ)償法計(jì)算避雷器阻性電流的3 次諧波值，按照矢量投影法計(jì)算避雷器阻性電流的基波值。
[0019] 請(qǐng)參閱圖1，監(jiān)測(cè)器主芯片為ARM/STM32 ;電源采用太陽(yáng)能電源或蓄電池或超級(jí)電 容器，系統(tǒng)低壓電源由TI公司專(zhuān)門(mén)給ARM供電的TPS767D318提供；STM32外掛RAM/FLASH 等，并可以通過(guò)I/O 口進(jìn)行本地顯示和遠(yuǎn)程通訊。電場(chǎng)感應(yīng)板采集的電壓信號(hào)和CT線圈傳 感器采集的避雷器底部泄漏電流信號(hào)送至STM32的A/D轉(zhuǎn)換單元，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，按照容性 電流補(bǔ)償法計(jì)算出避雷器阻性電流3次諧波值，按照矢量投影法計(jì)算出避雷器阻性電流基 波值，從而實(shí)現(xiàn)避雷器阻性電流的測(cè)量。其詳細(xì)的計(jì)算原理分別敘述如下：
[0020] 1、容性電流補(bǔ)償法計(jì)算避雷器阻性電流3次諧波值
[0021] 1)電場(chǎng)感應(yīng)探頭測(cè)量比例系數(shù)K的計(jì)算
[0022] 設(shè)電網(wǎng)電壓中含有3次諧波分量，且三相電壓的基波、3次諧波峰值相位是相同 的。含有3次諧波的電力系統(tǒng)電網(wǎng)三相電壓u(t)可以表示為：
[0027] 以三相避雷器的B相為例，說(shuō)明電容電流補(bǔ)償法計(jì)算避雷器阻性電流3次諧波值。 兩側(cè)邊相避雷器阻性電流3次諧波值的測(cè)試原理相同。
[0028] 請(qǐng)參閱圖2, (：3分別是A、B、C三相對(duì)電場(chǎng)感應(yīng)板的等效電容，且有C 1= C2; 取樣電阻馬是電場(chǎng)感應(yīng)板的取樣電阻。Rs遠(yuǎn)大于1/?CJP1/c〇C3，則流過(guò)電場(chǎng)感應(yīng)板的電 流Ip為：
[0029] Ip= C !duA/dt+^duB/dt+CidUc/dt (4)
[0030] I1P、I3p分別是電場(chǎng)感應(yīng)板（4)感應(yīng)電流I P的基波及3次諧波電流，則：
[0035] 設(shè)Iie、I3e分別為避雷器泄漏電流基波容性電流和3次諧波容性電流值；I 1X、13：(分 別為避雷器泄漏電流基波和3次諧波電流值。因?yàn)?，Iic遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于I 1R，故：Iix^ I 1C= Cdu ^ dt ; I3c= Cdu 3/dt?？傻茫?br>[0046] 由式（11)可以看出，K值的大小只與電場(chǎng)感應(yīng)板的位置以及三相避雷器的排列有 關(guān)。一般情況下，變電站內(nèi)，三相避雷器位置已經(jīng)固定，電場(chǎng)感應(yīng)板位置已經(jīng)固定，可以認(rèn)為 K值為一固定值。
[0047] 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，K值為0. 70~0. 95,可以根據(jù)不同的變電站使用情況進(jìn)行校正。
[0048] 2)避雷器阻性電流3次諧波值的計(jì)算
[0049] 金屬氧化物避雷器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，只有μ A級(jí)的泄漏電流通過(guò)避雷器，可以得到公 式（12)，全電流乜由i #口 i c組成。
[0050] Ix= I R+Ic (12)
[0051] 其中：Ι3χ= I3R+I3C (13)
[0052] 即：I3R= I 3x_l3C (14)
[0053] 其中：IX通過(guò)避雷器的全泄漏電流，μΑ ;
[0054] Ir通過(guò)避雷器的全阻性電流，μΑ;
[0055] Ic通過(guò)避雷器的全容性電流，μ A ;
[0056] I3x通過(guò)避雷器的3次諧波全泄漏電流，μ A ;
[0057] I3R通過(guò)避雷器的3次諧波阻性電流，μΑ ;
[0058] I3e通過(guò)避雷器的3次諧波容性電流，μ A。
[0059] 在測(cè)量中，通過(guò)CT線圈傳感器可以測(cè)得Ix，進(jìn)行傅里葉分解以后可以得到I 3x。通過(guò) 電場(chǎng)感應(yīng)板，采用電場(chǎng)感應(yīng)法取得感應(yīng)電壓，計(jì)算出感