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氧化锌避雷器阻性电流提取算法

来源:网络    发布于:2012-6-7 11:02:36    点击:135    品牌:登瑞电气    【进入产品中心

氧化锌避雷器具有通流容量大、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。由于氧化锌避雷器无间隙,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,进而损坏氧化锌避雷器,甚至可能引起大面积停电事故。可见,为保障系统的安全稳定运行,检测氧化锌避雷器的运行特性显得尤为重要。

氧化锌避雷器的检测方法有文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到氧化锌避雷器的运行特性并以此判断氧化锌避雷器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氧化锌避雷器方法采集氧化锌避雷器的全电流,运用阻性电流提取算法获得氧化锌避雷器的阻性电流,以实现判断氧化锌避雷器的运行状况。 

1 氧化锌避雷器带电检测方法

文中采用的带电检测氧化锌避雷器的方法,从被测相电压互感器(TV)二次侧获取电压信号,用嵌式电流互感器(TA)在氧化锌避雷器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氧化锌避雷器的阻性电流,从而进一步分析氧化锌避雷器的运行状况,并判断能否在系统中继续运行以保护电力设备。

TV二次侧的电压幅值一般在100V左右,便于检修人员安全操作。从氧化锌避雷器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。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。此方法有较大的实用性,适于现场检测氧化锌避雷器的运行特性。

2 阻性电流提取算法

氧化锌避雷器的等效电路,由非线性电阻R和电容C并联组成。其中Ix为氧化锌避雷器的总泄漏电流,Ir为阻性电流,Ic为容性电流。

目前,一般认为仅占总泄漏电流10%~20%的阻性电流的增加是引起氧化锌避雷器劣化的主要因素,所以从总泄漏电流中准确提取其阻性电流是判断氧化锌避雷器运行状况的关键。

2.1 算法思想及其实现

氧化锌避雷器的阻性电流与电压同相位,而容性电流超前电压90°。

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,可分别得到氧化锌避雷器的阻性电流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

然而,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~被测相氧化锌避雷器的对地电容;C12C13为相间杂散电容;u1为被测相氧化锌避雷器的电压;u2u3为邻相氧化锌避雷器电压。

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u2u3,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C11C12C13的值,然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic

实际测量表明,氧化锌避雷器的阻性电流可用指数波Ae-gt2(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氧化锌避雷器的阻性电流,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。

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,可采用*小二乘法优化求取Ir的未知参数Ag。*小二乘法的优化原理为: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*终的计算结果就可得到氧化锌避雷器的阻性电流。

2.2 抑制干扰措施

氧化锌避雷器的总泄漏电流的数值较小(mA),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。为了准确得到氧化锌避雷器的阻性电流,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,*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4565Hz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GBT 145491993的标准要求,保证了阻性电流提取算法的精度。

(3) TV相移。氧化锌避雷器电压是从TV二次侧测量得到的,因此采样信号与高压避雷器电压存在相位差,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[3]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) 相间杂散电容。测量结果表明,相间杂散电容是检测氧化锌避雷器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。

2.3 实际测量和计算结果

带电检测氧化锌避雷器方法对氧化锌避雷器进行了现场检测,然后由阻性电流提取算法计算氧化锌避雷器的阻性电流。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。三相避雷器的全电流测量值和阻性电流计算值及其含量。①氧化锌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,反映了实际氧化锌避雷器的运行特性。②三相避雷器中,A相的全电流和阻性电流*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*大,验证了相间杂散电容的影响。③带电检测氧化锌避雷器方法正确检测了氧化锌避雷器的运行特性,阻性电流提取算法准确获得了氧化锌避雷器的阻性电流,有较强的实用性。

3 结论

采用带电检测氧化锌避雷器方法实现现场采集氧化锌避雷器的电压和总泄漏电流信号,通过阻性电流提取算法软件计算得到被测相氧化锌避雷器的阻性电流。此算法计算精度较高,消除了系统频率波动、高次谐波、TV相移和相间杂散电容对计算被测相氧化锌避雷器阻性电流的影响,为判断氧化锌避雷器在系统中的运行状况提供了准确的判据。实测结果表明,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。

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