一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法
【专利摘要】本发明提出一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法更加有效的消除谐波电压对阻性电流的影响，最终减小 i1r 和 i3r 误差，从而更加准确反映MOA运行情况，保证了电力电气系统的安全运行。该使用容性电流与其电容成比例原理，求解出容性电流，并利用等效电阻R1去除谐波影响，进而更加精确计算阻性电流（ ir ），再对 ir 通过FFT算法，计算出 i1r 和 i3r ，最终实现对MOA在线监测。
【专利说明】一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于电气设备测试领域，尤其涉及一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方 法。
【背景技术】：
[0002] 金属氧化物避雷器（metal oxide arrester, MOA)具有众多的优良特性，其在市场 上已经逐渐取代了传统的SiC避雷器，但同时其缺点和不足也日益暴露，MOA-般为在线工 作，受外界因素影响（例如温度，湿度等）会逐渐发生老化、劣化现象，最后彻底丧失保护作 用甚至引起电网出现短路事故。而每年将电力电气系统中MOA进行断电检查是一项较为繁 琐的工作，因此，不利于及时有效的排除故障隐患，这严重阻碍了我国智能电网的发展，有 必要对其运行情况进行实时监测和预判。MOA在线工作运行中，总泄漏电流会由于老化和受 潮有一定增大，但增加不明显。总泄漏电流中基波阻性电流和3次阻性电流（i &)会 发生很大变化，因此，对避雷器进行在线监测时选4和i &作为主要预判指标比较适宜。但 实际电网中存在谐波电压干扰，4随谐波干扰电压的幅值和初相角变化，呈现较大波动，因 此，排除U和i &中谐波干扰电压产生的i i &成分，就可以较好的对MOA进行在线监 测。
[0003] 目前对容性电流算法研宄较多，其中主要有以下两种。专利基于容性电流补偿法 测量MOA阻性电流（CN102621371A)将外加电压逆时针移相90°，利用容性电流与阻性电流 的正交特性，排除全电流中的容性成分，就可以得到阻性电流。但并没有考虑外加电压中含 有谐波成分时，谐波干扰电压所产生的容性电流。一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方 法（CN101986164A)，将相同的电压分别施加于IF电容和MOA上，其产生的容性电流为电容 之比，可求出容性电流，进而计算阻性电流。但该方法并未对i3r的组成进行分析，使用该 算法计算i 3r#随着谐波电压的变化而变化，因此会产生一定误差。
【发明内容】
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[0004] 为解决上述方法存在的不足，本发明提出一种新的金属氧化物避雷器阻性电流提 取方法，该方法更加有效的消除谐波电压对阻性电流的影响，最终减小4和i k误差，从而 更加准确反映 MOA运行情况，保证了电力电气系统的安全运行。
[0005] 本发明的具体技术方案如下：
[0006] 一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法包括以下步骤：
[0007] 本发明方法可以分列为以下三步：
[0008] 1)通过互感器或电容分压器获取施加于MOA的电压信号U (t)，并将其作用于已知 电容(：2上。使用穿心式电流传感器或串入式电流传感器获取MOA泄漏电流i(t)及已知电 容C2上产生的容性电流i C2，根据容性电流和阻性电流正交原理求解MOA晶界电容C1及通 过MOA产生的容性电流值i Cl。
[0009] 2)将MOA非线性电阻中产生基波阻性电流的部分等效为线性电阻R1，其余部分等 效为R2。利用MOA小电流区模型，借助FFT算法，去除谐波电压产生的基波阻性电流成分， 从而计算出较为精确的等效电阻R1值。
[0010] 3)使用容性电流与其电容成比例原理，求解出容性电流，并利用等效电阻Rl去除 谐波影响，进而更加精确计算阻性电流（U，再对L通过FFT算法，计算出i ^和i &，最终实 现对MOA在线监测。
[0011] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果：
[0012] 本方法去除谐波电压在等效电阻上产生的阻性电流后，计算出的基波阻性电流和 三次谐波阻性电流对MOA的老化反应更加精确。使用人员根据对对MOA性能需求，结合计 算结果，可以准确确定MOA的更换时间，做到对老化的MOA及时更换。
[0013] 目前电力系统中关于MOA的故障检测通常是每2年拆下避雷器进行预防性试验， 由于避雷器众多，因此需要耗费巨大的人力、物力和财力。使用本算法将不再需要对电路中 避雷器每2年监测，并可以及时有效的排除MOA故障隐患，提高的工作效率，减少MOA的更 换次数，节约了经费。对我国智能电网的防雷击浪涌保护发挥重要作用。
【专利附图】
【附图说明】：
[0014] 图1是基波电流相位图。
[0015] 图2是MOA电压电流关系图。
【具体实施方式】：
[0016] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0017] 本发明金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，可以分列为以下三步：
[0018] 第一步，
[0019] 通过互感器或电容分压器获取施加在待测MOA上的电压信号u(t)，将获得的电压 信号u(t)施加在已知电容(： 2上（注：C2取值可以为任意值，为测量其产生的容性电流信号 方便，其值在10 μ F左右，如C2取值10 μ F);利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器分 别获取通过已知电容C2的容性电流i C2和通过待测MOA的泄漏电流信号i (t)，根据阻性电 流和容性电流正交原理可知存在式（1)关系：
【权利要求】
1. 一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法包括以下步骤： 第一步， 通过互感器或电容分压器获取施加在待测MOA上的电压信号u(t)，将获得的电压信号u(t)施加在已知电容C2上；利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器分别获取通过已 知电容C2的容性电流iC2和通过待测MOA的泄漏电流信号i(t)，根据阻性电流和容性电流 正交原理可知存在式（1)关系：
因此，通过式（1)可推导出式（2)，将已知电容C2、通过C2的容性电流込以及通过MOA的泄漏电流i(t)，求出MOA真实的晶界电容值C1,
通过MOA的容性电流ia可用式（3)表示如下：
第二步， 将MOA非线性电阻中产生基波阻性电流部分等效为线性电阻R1，其余部分等效为非线 性电阻R2; MOA等效电阻R1可通过式（4)进行计算：
式（4)中为基波阻性电流，Iw为X次谐波在基波处的阻性电流的幅值，U1为电网 电压中基波电压； 基波阻性电流^求解如下：通过可编程阵列实现FFT算法，利用FFT算法对待测MOA产生的泄漏电流i(t)进行分解，计算出基波电流ixl和基波电流相位Θ;由于基波电流ixl、 基波电流相位Θ和基波阻性电流存在如下相位关系，通过式（5)可求解出基波阻性电 流irl; irl=ixlcosθ (5) x次谐波在基波处的阻性电流的幅值ΙΜχ1求解如下：使用FFT算法对施加于MOA两端的 电压u(t)进行分解，可计算出电网电压中谐波电压Ux和基波电压u1; 将谐波电压^带入伏安特性的MOA阀片模型中，可计算出电网电压中X次谐波电压产 生的阻性电流成分，如公式（6)所示： ir(X)=tan(ux)/kX= 3, 5, 7... (6) 式（6)中，k为避雷器自身特性决定常数；ux为电网电压中谐波电压，ijx)为电网电 压中X次谐波电压产生的阻性电流； 对仁(X)进行快速傅立叶运算，其运算见公式（7)和公式（8):
公式（7)和⑶中，η为电网频率的倍数，通过公式⑶可以计算出：X次谐波电压在基 波（即η= 1)处的阻性电流幅值Ifc1，其可表示为公式（9):
式（9)中，X为谐波电压的次数； 第三步， 去除谐波电压在等效电阻上产生的阻性电流后的待测MOA阻性电流i/'表示如下：ir" =i(t)-icl-ir， (10) 式（10)中，i(t)为MOA泄漏电流，、为MOA产生的容性电流； 谐波电压^在等效线性电阻Rl上产生的阻性电流ir'，可由式（11)求解如下：ir'=》，'/穴丨x = 3,5,7··· (11) 对求得的阻性电流i/'进行FFT算法运算后，即可求4和i&，从而对MOA实现在线监 测。
2. 根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法第一步中：所述 C2取值 10μF。
3. 根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法第二步中： 所述k取值为35。
【文档编号】G01R19/00GK104459280SQ201410798014
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】杨仲江, 曹洪亮, 周中山, 李鹏飞, 陈则煌 申请人:南京信息工程大学