消除外部环境因素干扰的避雷器在线监测参数修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属氧化物避雷器监测领域，更具体的说是涉及消除外部环境因素干 扰的避雷器在线监测参数修正方法。
【背景技术】
[0002] 通过研究发现，避雷器的运行状态的改变体现在流过避雷器的全电流和阻性电流 这两个内部参数的改变，即可以用避雷器的全电流和阻性电流来表征实际避雷器的运行状 态，实现避雷器运行时的监测和预警。然而避雷器的全电流和阻性电流同时还受到外部环 境因素（主要是温度和湿度）的影响，必须消除外部环境因素对避雷器内部参数的影响，从 而实现避雷器参数的精确测量和避雷器在线运行状态的准确监测。
【发明内容】
[0003] 本发明克服了现有技术的不足，提供消除外部环境因素干扰的避雷器在线监测参 数修正方法，根据避雷器的内部运行原理和电场、电磁场和温度场等变化情况，避雷器的运 行状态通过状态量全电流参数I x、电流电压相位差供《·变化来表征，建立了运行场相位误差 指标e、运行场阻性电流指标Ir来定量衡量避雷器运行状态的改变情况，实现了将抽象的问 题形象化和指标化，解决避雷器异常运行状态下的预警和监测问题，给用户提供了直观科 学的衡量和参考指标。
[0004] 为解决上述的技术问题，考虑到实际避雷器内部参数同时受到温度和湿度的制约 影响，因此必须首先研究温度和湿度对避雷器内部参数的影响大小，再建立合适的空间三 维模型和相关的指标来定量衡量避雷器运行状态的变化情况，实现避雷器运行时的监测和 预警。
[0005] 本发明采用以下技术方案：
[0006] 消除外部环境因素干扰的避雷器在线监测参数修正方法，以运行场相位偏差指 标：
和基于同一标准温度tnor和标准湿度hnor下的 阻性电流运行场阻性电流指标Ir:
^ 1对避雷器实测数据进 行修正，式中t表示温度、h表示湿度，为标准相位，Ιχ-_为标准全电流，同一标准温度 tmr和标准湿度hmr下均对应唯一的标准相位_φη〇.Γ·和标准全电流Inc)r。
[0007] 避雷器内部参数全电流Ix和阻性电流Ir的建模:从能量角度建模，将避雷器在运行 时的状态模型表征为避雷器运行场Fa，以通过避雷器内部温度^、湿度h、电流电压相位差 Φ*、全电流I X四个参数的变化映射表征避雷器运行场F a的状态，即：
再对避雷器内部参数中的全电流Ix和相位差(Piu分别进行关于 )
! 外界变量温度h、湿度h的三维最小二乘曲面拟合模型如下 '将实际空 间采样点全电流ιχ和相位差φ#以曲面为参照进行标准温度和标准湿度下的归算，得到参 照标准下的全电流rx和相位差τ
。
[0008] 运行场相位偏差指标的计算方法为:用避雷器参数的曲面拟合数学模型表达式：
[0009] Fa(h,t) =p〇o+piot+p〇ih+p2〇t2+piit · h;式中t表示温度、h表示湿度，ρ00~pll为待 拟合参数，拟合得到的相位差曲面、全电流曲面的拟合残差分别为：
[0010]
?中i = l、2、…、N，N为数据样本长度，再得 到同一标准温度tncir和标准湿度hncir下均对应唯一的标准相位屯胃和标准全电流I ncir:
甲上述公式拟合出来的标准相位即为消除温 度、湿度干扰后的相位值，其分布存在最大值和最小值，运行场相位偏差指标为：
[0011] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0012] 本发明根据避雷器的内部运行原理和电场、电磁场和温度场等变化情况，避雷器 的运行状态通过状态量全电流参数I x、电流电压相位差变化来表征，建立了运行场相位 误差指标e、运行场阻性电流指标Ir来定量衡量避雷器运行状态的改变情况，实现了将抽象 的问题形象化和指标化，解决避雷器异常运行状态下的预警和监测问题，给用户提供了直 观科学的衡量和参考指标。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0014] 图1相位差中/?和温度to的分布曲线图；
[0015] 图2生成的新相位差ιφΛ.和温度to的分布曲线图；
[0016] 图3补偿后的温度以示意图；
[0017]图4全电流、相位差与温度、湿度的关系图；
[0018] 图5实测数据修正对比图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实 施例。
[0020] 实施例1
[0021] 从能量的角度对避雷器进行模型分析，设想避雷器在运行时的状态模型表征 为一一避雷器运行场Fa，是由一系列的电场F e、磁场Fg、温度场Ft、湿度场Fh等按某种数学关 系8犯％力3)的表征，即：
[0022] Fa = s(Fe,Fg,Ft,Fh) (3-21)
[0023] 通过研究发现，电场Fe、温度场Ft、湿度场Fh是表征运行场F a*态的重要元素，而全 电流Ιχ、电流电压相位差^是表征电场Fe的重要因子，温度t是表征温度场Ft的重要因子，湿 度h是表征湿度场Fh的重要因子。故可以通过避雷器内部温度。、湿度h、电流电压相位差 全电流Ix四个参数的变化来映射表征避雷器运行场Fa的状态，即：
[0024]
(3-2E)
[0025] 避雷器内部温度以的空间场分布规律为，距离避雷器中心越近，其温度值越大，其 出现的概率越大，对应的散点越多；随着距离中心点的间隔增大，温度呈现衰减趋势，对应 的散点值越少。
[0026] 式（3-22)中避雷器的内部参数Ιχ、φ#均受到外部因素温度t、湿度h的影响。研究 发现实际中难以准确测量避雷器内部运行温度 tl，但可以测量出避雷器表面的温度tQ，其变 化趋势和七相同，但二者之前存在一定的延时。因此，对避雷器内部参数中的全电流I x和相 位差(Pi?分别进行关于外界变量温度。、湿度h的三维最小二乘曲面拟合模型如下：
[0027] (3-23)
[0028] 对于拟合产生的数学模型& JIx，其物理意义表示在不同温度和湿度构成的空间 场下，存在唯一的相位曲面&和全电流FIx使得各离散的空间相位点和全电流点到各自曲 面的距离平方和最小，即生成的曲面最接近真实值。
[0029] 对于同一标准温度tnOT和标准湿度下hn〇r均对应唯一的标准相位中_和标准全电流 Inor，将实际空间采样点全电流Ιχ和相位差《以曲面为参照进行标准温度和标准湿度下的 归算，得到参照标准下的全电流I 'X和相位差φ 进一步得到阻性电流分量参数Ir的计 算模型如下：
[0030]
[0031] 买施例2
[0032] 运行场相位偏差指标和运行场阻性电流
[0033] 根据上述分析，目的是求取式(3-23)中的相位差参数少&、全电流Ix和避雷器内部 运行温度以与湿度h的关系模型，而温度以只能由表面温度to来表征，最终得到运行湿度场 相位偏差指标(3。
[0034] 1)由外部温度to模拟生成内部温度t
[0035] 由避雷器温度场影响因子。的空间分布规律可知，tjPto应都能反应出实际避雷 器运行场状态，to可以看作是温度场影响因子"在空间不同位置的状态，根据湿度场能 量传递规律对模型进行简化，将to视为七延时后的状态量，即实际由已知温度to模拟生成的 温度七需要具有to相同的变化趋势，同时相对于to具有一定的超前特性。
[0036] 另一方面，避雷器的状态变化趋势为：内部温度^升高，电路中电流、电压相位差 值变小；内部温度^降低，电路中电流、电压相位差φ Μ直变大，且两者具有对等的变化 趋势。设相位差参数和温度均同时取得极值点，to延后t的温度差为At，延迟因子为， 则对应于采样的离散数据，其表达式为：
[0037] Δ t( i) =ti(i )-to(i) ,? = 0,1,···,Ν-1 (3-25)
[0038] ti(i) = t〇(i-0) (3-26)
[0039] 式中N表示总的采样点数。则温度差Δ t应保持ti(或to)相同的变化趋势。
[0040] 以实际工程采样