测量金属氧化物避雷器阻性电流的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的避雷器在线监测技术，更具体地说，涉及一种测量金属氧 化物避雷器阻性电流的方法。
【背景技术】
[0002] 金属氧化物避雷器是电力系统中重要的过电压保护设备，在现场运行时可能出现 受潮、老化等故障，严重时甚至会导致避雷器的爆炸，严重威胁电力系统的正常运行。因此， 对运行中的避雷器进行在线监测已经成为电力系统的状态检修必要手段之一。
[0003] 避雷器在线监测可选择的特征物理量较多，其中阻性电流可以很好地反映避雷器 的运行状态，可以根据其阻性电流及其谐波分量变化的结果来判断避雷器的性能。当避雷 器劣化时，阻性电流基波分量迅速增加，当避雷器老化时，阻性电流3次谐波分量值快速增 加。
[0004] 计算在线运行时的避雷器的阻性电流的算法也很多，广泛使用的是容性电流补偿 法和矢量投影法，即：分别取得施加在避雷器两端的电压信号和流过避雷器底部的电流信 号，对其分别进行傅立叶分解，得到电压和电流的基波以及3次谐波的分量，那么基波电流 分量在相应电压基波分量上的投影，就是阻性电流基波值，而3次谐波阻性电流值可以通 过容性电流补偿法得到。
[0005] 目前，常规的避雷器在线监测技术采用的是电压互感器（PT)低压侧取电压信号 法。这种方法需从PT上引入电压参考信号，测量结果容易受到电压互感器角差和补偿增益 的误差影响，并且带来安全问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于：提供一种可靠、安全的测量金属氧化物避雷器阻性电流的方 法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种测量金属氧化物避雷器阻性电流的方法， 包括如下步骤：（1)利用电场感应板采集电压信号；(2)利用线圈传感器采集避雷器底部的 泄漏电流信号；（3)将采集到的电压信号和电流信号分别进行放大、滤波处理；(4)按照容 性电流补偿法计算避雷器阻性电流的3次谐波值，按照矢量投影法计算避雷器阻性电流的 基波值。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述避雷器阻性电流的3次谐波值I3r= I 3x-K(Ilx/ Ι1Ρ· Ι3Ρ)，式中，'为通过避雷器的3次谐波全泄漏电流，K为电场感应板探头测量比例系 数，11：(为通过避雷器的基波全电流，I 1Ρ为电场感应板取得的基波电流，I %为电场感应板取 得的3次谐波电流。
[0009] 作为本发明的一种改进，所述避雷器阻性电流的基波值Iir = V 2 · Ilx ?(^(Δ φ-Δ (J)1),式中，11；(为通过避雷器的基波全电流，Δ φ为I lx与感应电压 的基波矢量值Uip的初始相位差，△ Φ i为感应电压的基波矢量值Uip与避雷器两端施加的 电压值Uib的初相位差。
[0010] 作为本发明的一种改进，所述电场感应板探头测量比例系数K = (CfC1)/ (2Q+Q)，Q、C3分别是避雷器A、C相对电场感应板的等效电容。
[0011] 作为本发明的一种改进，K值取0. 70~0. 95,根据不同的变电站使用情况进行校 正。
[0012] 与现有技术相比，本发明采用电场感应法采集施加在避雷器两端电压的感应量， 从而能可靠、安全地获得在线运行避雷器的阻性电流基波及其3次谐波值。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说 明。
[0014] 图1为本发明监测器功能模块示意图。
[0015] 图2为本发明避雷器等值电路图。
[0016] 图3为本发明电场感应电压信号放大电路图。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图 和【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实 施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0018] 本发明测量金属氧化物避雷器阻性电流的方法包括步骤：（1)利用电场感应板采 集电压信号；（2)利用线圈传感器采集避雷器底部的泄漏电流信号；(3)将采集到的电压信 号和电流信号分别进行放大、滤波处理；(4)按照容性电流补偿法计算避雷器阻性电流的3 次谐波值，按照矢量投影法计算避雷器阻性电流的基波值。
[0019] 请参阅图1，监测器主芯片为ARM/STM32 ;电源采用太阳能电源或蓄电池或超级电 容器，系统低压电源由TI公司专门给ARM供电的TPS767D318提供；STM32外挂RAM/FLASH 等，并可以通过I/O 口进行本地显示和远程通讯。电场感应板采集的电压信号和CT线圈传 感器采集的避雷器底部泄漏电流信号送至STM32的A/D转换单元，进行数模转换，按照容性 电流补偿法计算出避雷器阻性电流3次谐波值，按照矢量投影法计算出避雷器阻性电流基 波值，从而实现避雷器阻性电流的测量。其详细的计算原理分别叙述如下：
[0020] 1、容性电流补偿法计算避雷器阻性电流3次谐波值
[0021] 1)电场感应探头测量比例系数K的计算
[0022] 设电网电压中含有3次谐波分量，且三相电压的基波、3次谐波峰值相位是相同 的。含有3次谐波的电力系统电网三相电压u(t)可以表示为：
[0027] 以三相避雷器的B相为例，说明电容电流补偿法计算避雷器阻性电流3次谐波值。 两侧边相避雷器阻性电流3次谐波值的测试原理相同。
[0028] 请参阅图2, (：3分别是A、B、C三相对电场感应板的等效电容，且有C 1= C2; 取样电阻馬是电场感应板的取样电阻。Rs远大于1/?CJP1/c〇C3，则流过电场感应板的电 流Ip为：
[0029] Ip= C !duA/dt+^duB/dt+CidUc/dt (4)
[0030] I1P、I3p分别是电场感应板（4)感应电流I P的基波及3次谐波电流，则：
[0035] 设Iie、I3e分别为避雷器泄漏电流基波容性电流和3次谐波容性电流值；I 1X、13：(分 别为避雷器泄漏电流基波和3次谐波电流值。因为，Iic远远大于I 1R，故：Iix^ I 1C= Cdu ^ dt ; I3c= Cdu 3/dt。可得：
[0046] 由式（11)可以看出，K值的大小只与电场感应板的位置以及三相避雷器的排列有 关。一般情况下，变电站内，三相避雷器位置已经固定，电场感应板位置已经固定，可以认为 K值为一固定值。
[0047] 经过试验，K值为0. 70~0. 95,可以根据不同的变电站使用情况进行校正。
[0048] 2)避雷器阻性电流3次谐波值的计算
[0049] 金属氧化物避雷器实际运行时，只有μ A级的泄漏电流通过避雷器，可以得到公 式（12)，全电流乜由i #口 i c组成。
[0050] Ix= I R+Ic (12)
[0051] 其中：Ι3χ= I3R+I3C (13)
[0052] 即：I3R= I 3x_l3C (14)
[0053] 其中：IX通过避雷器的全泄漏电流，μΑ ;
[0054] Ir通过避雷器的全阻性电流，μΑ;
[0055] Ic通过避雷器的全容性电流，μ A ;
[0056] I3x通过避雷器的3次谐波全泄漏电流，μ A ;
[0057] I3R通过避雷器的3次谐波阻性电流，μΑ ;
[0058] I3e通过避雷器的3次谐波容性电流，μ A。
[0059] 在测量中，通过CT线圈传感器可以测得Ix，进行傅里叶分解以后可以得到I 3x。通过 电场感应板，采用电场感应法取得感应电压，计算出感