一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法及系统与流程

本发明涉及电力设备监测领域，更具体地，涉及一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法及系统。

背景技术：

目前，国内投运的220kv～1000kv串补装置已经持续运行多年，总体运行平稳，每个串补平台上一般有十多只至几十只金属氧化物限压器，每只限压器内部由多只金属氧化物电阻片并联组成。金属氧化物限压器本身具备优异的非线性保护特性，在电网区外故障时，金属氧化物限压器既可以及时保护主电容器，也无需串补装置短时退出；这大大提高串补装置的可用性，也减小了电网扰动；虽然电力运行单位每年都对多数限压器设备开展例行的预防性试验，但部分限压器的受潮和劣化等缺陷无法通过这些试验检测出来，也曾发生过金属氧化物限压器压力释放等故障，限压器无法承担过电压，发生损坏，致使串补退出运行，影响了电网的安全稳定运行，造成了输电容量的损失。

技术实现要素：

为了解决背景技术存在的串补装置金属氧化物限压器存在故障隐患的问题，本发明提供了一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法及系统，金属氧化物限压器的泄漏电流仅在限压器严重受潮或老化的情况下才会发生较大变化，在内部轻微受潮和老化时变化不大，测量泄漏电流得不到准确结论，而泄漏电流中的阻性电流即便在轻微受潮或老化时也会产生较大变化，所述方法及系统通过对泄漏电流及阻性电流的实时监测，评估对应串补装置金属氧化物限压器是否存在隐患；

所述一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法包括：

步骤1，测量每只金属氧化物限压器的泄漏电流，测量串补装置主电容器的电流；

步骤2，计算每只金属氧化物限压器泄漏电流以及串补装置主电容器电流的幅值和相位；

步骤3，以串补装置主电容器电流为基准，计算每只金属氧化物限压器泄漏电流中的阻性电流；

步骤4，将步骤2及步骤3所述计算结果与对应的正常工作阈值区间进行对比，确认每只金属氧化物限压器工作状态；

进一步的，所述平台数据模块同步对每只金属氧化物限压器的泄漏电流以及主电容器电流采样n个周波，采样间隔时间为t，其中，10≤n≤20，n为整数，50us≤t≤100us；

进一步的，通过谐波分析法或快速傅里叶变换方法计算每只金属氧化物限压器泄漏电流以及串补装置主电容器的幅值和相位；

进一步的，所述主电容器由多只电容器单元串并联而成，所述主电容器的等效总电容为c∑，所述主电容器的等效总电阻为r∑，则所述主电容器电压相位为：

其中，ω为频率，为主电容器电流相位；

进一步的，所述主电容器的等效总电容c∑由所述多只电容器单元电容量串并联得出，所述电容器单元电容量由出厂检测或现场实测得出；所述主电容器的等效总电阻r∑由所述多只电容器单元等效电阻串并联得出，所述电容器单元等效电阻由功耗试验得出，所述串并联的连接方式是将m个电容器单元串联组成电容器单元组，再将n个电容器单元组进行并联，所述电容器单元等效为由电容与等效电阻并联组成，其中m、n为自然数；

进一步的，所述每只金属氧化物限压器泄漏电流中的阻性电流ir-movx为：

ir-movx＝imov-xcos(θx+δx)

所述imov-x为第x个金属氧化物限压器泄漏电流的幅值；θx为第x个金属氧化物限压器电压与泄漏电流的功率因数角；δx为第x个金属氧化物的相位修正参数；所述主电容器与金属氧化物限压器并联，所述θx的计算方式为：

其中，1≤x≤k，x为整数，k为金属氧化物限压器个数。

进一步的，所述测量每只金属氧化物限压器的泄漏电流使用微电流传感器，所述测量串补装置主电容器使用电流互感器；

进一步的，所述测量每只金属氧化物限压器的泄漏电流及测量主电容器电流为同步采样测量；使用测量结果进行如步骤2及步骤3的计算前先将测量结果通过模数转换进行预处理；

所述一种串补装置限压器泄漏电流在线监测系统包括：

多只微电流传感器，所述多只微电流传感器用于采集对应的金属氧化物限压器泄漏电流，所述多只微电流传感器输出端与平台数据单元相连；

电流互感器，所述电流互感器用于采集串补装置主电容器电流，所述电流互感器输出端与平台数据单元相连；

平台数据单元，所述平台数据单元用于同步采样多只微电流传感器采集的金属氧化物限压器泄漏电流以及电流互感器采集的串补装置主电容器电流，进行模数转换，对各数据进行处理计算，并将计算结果数据经光纤绝缘柱发送到地面监控单元；

光纤绝缘柱，所述光纤绝缘柱用于提供所述平台数据单元到地面监控单元的数据传输渠道；

地面监控单元，所述地面监控单元用于接受并存储平台数据单元发送的各数据，并根据各数据与正常工作阈值区间的比较结果判断串补装置限压器是否存在异常；

进一步的，所述微电流传感器为穿心式结构，所述金属氧化物限压器底部引出导线穿过微电流传感器与金属氧化物限压器的低压端汇流母排相连；所述金属氧化物限压器的低压端汇流母排与串补装置低压母线相连；

进一步的，所述微电流传感器与电流互感器通过屏蔽电缆与平台数据单元相连；

进一步的，所述主电容器由多只电容器单元串并联而成，所述主电容器的等效总电容c∑由所述多只电容器单元电容量串并联得出，所述电容器单元电容量由出厂检测或现场实测得出；所述主电容器的等效总电阻r∑由所述多只电容器单元等效电阻串并联得出，所述电容器单元等效电阻由功耗试验得出；所述串并联的连接方式是将m个电容器单元串联组成电容器单元组，再将n个电容器单元组进行并联，所述电容器单元等效为由电容与等效电阻并联组成，其中m、n为自然数；

进一步的，所述平台数据单元输出给地面监控单元的数据包括：每只金属氧化物限压器泄漏电流值、主电容器电压值、主电容器电流值、每只金属氧化物限压器电压与泄漏电流的功率因数角以及每只金属氧化物限压器的阻性电流值。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法及系统，所述方法及系统提出了以主电容器电流为基准提取每只限压器的阻性电流方法，并基于此通过对泄漏电流及阻性电流的实时监测，评估对应串补装置金属氧化物限压器是否存在隐患；大大提高了串补装置及其金属氧化物限压器的工作可靠性；同时该方法及系统无需在串补平台上额外加装电压互感器或分压器，解决了串补平台设备可用空间小、布置紧凑、绝缘裕度小等问题。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的一种串补装置限压器泄漏电流在线监测系统的结构图；

图3为本发明具体实施方式的串补装置主电容器电流和金属氧化物限压器泄漏电流波形及相位关系的示意图；

图4为本发明具体实施方式的串补主电容器中各电容单元连接关系示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法的流程图；根据所述流程图所示的方法步骤，以主电容器电流为基准提取每只限压器的阻性电流方法，并基于此通过对泄漏电流及阻性电流的实时监测，评估对应串补装置金属氧化物限压器是否存在隐患；

所述一种串补装置限压器泄漏电流在线监测方法包括：

步骤101，测量每只金属氧化物限压器的泄漏电流，测量串补装置主电容器的电流；

所述测量每只金属氧化物限压器的泄漏电流使用微电流传感器，所述测量串补装置主电容器使用电流互感器；所述串补装置包含k只金属氧化物限压器，在每只金属氧化物限压器上安装微电流传感器；优选的，所述微电流传感器为穿心式结构，将金属氧化物限压器底部引出的导线穿过微电流传感器，并与金属氧化物限压器的低压端汇流母排相连；所述串补装置主电容器低压端接线安装电流互感器；在本实施例中，微电流电流传感器中心孔径为30mm至100mm；微电流传感器测量范围为50μa至100ma、最大输出电压信号为±7v；所述电流互感器一次侧额定电流取串补平台额定电流，二次输出电流为1a；

优选的，为了紧凑布局，将微电流传感器安装在金属氧化物限压器底部靠近母线侧的位置；

所述微电流传感器和电流互感器通过屏蔽电缆与平台数据单元相连，所述平台数据单元同步采集每只微电流传感器测得的泄漏电流以及电流互感器测得的主电容器电流，并进行模数转换；所述同步采集同步对每只金属氧化物限压器的泄漏电流以及主电容器电流采样n个周波，采样间隔时间为t，其中，10≤n≤20，n为整数，50us≤t≤100us；若n≤10，则数据量太小，计算精度低；若n≥20，则数据量过大，进而耗费大量硬件内存资源且计算效率太低；

步骤102，计算每只金属氧化物限压器泄漏电流以及串补装置主电容器电流的幅值和相位；

平台数据单元采集完成后，以同一时刻为t0起点，在采样的n个周波中选取一个完整的周波采样值，计算出串补装置主电容器电流的工频基波分量icap和相位以及k只金属氧化物限压器中的每只限压器泄漏电流的工频基波分量imov-1至imov-k以及相位至即得到如图3所示的串补装置主电流器电流和金属氧化物限压器泄漏电流的波形、幅值及相位关系，所示波形公式如下：

其中，k为自然数且k小于等于金属氧化物限压器个数；

优选的，所述计算幅值和相位的方法为快速傅里叶变换方法；

优选的，所述计算幅值和相位的方法为谐波分析法；

步骤103，以串补装置主电容器电流为基准，计算每只金属氧化物限压器泄漏电流中的阻性电流；

如图4所示，所述主电容器的等效总电容c∑由所述多只电容器单元电容量串并联得出，所述电容器单元电容量由出厂检测或现场实测得出；所述主电容器的等效总电阻r∑由所述多只电容器单元等效电阻串并联得出，所述电容器单元等效电阻由功耗试验得出，串并联方式如图4所示，将m个电容器单元串联组成电容器单元组，再将n个电容器单元组进行并联，所述等效电阻包含电容器单元内部导线损耗、介质损耗、并联放电电阻损耗等诸多分量，所述每只电容器单元等效为由电容与等效电阻并联组成的电路；其中m、n为自然数；

由图4中串补主电容器的等效电路可得：

求解得到所述主电容器电压相位为：

所述串补装置主电容器与金属氧化物限压器并联在高压母线与低压母线之间，故主电容的两端电压与金属氧化物限压器两端电压相等；则以串补主电容电流为基准，计算每只限压器电压和泄漏电流的功率因数角θk为：

则所述每只金属氧化物限压器的阻性电流为：

ir-movk＝imov-kcos(θk+δk)

其中，δk为第k个金属氧化物限压器的相位修正系数，k为自然数且k小于等于金属氧化物限压器个数；

步骤104，将计算结果与对应的正常工作阈值区间进行对比，确认每只金属氧化物限压器工作状态，给出评估结果；

所述计算结果包括每只金属氧化物泄漏电流imov-k、金属氧化物限压器电压和泄漏电流的功率因数角θk、阻性电流ir-movk以及主电容器电压ucap、主电容器电流icap；

所述确认每只金属养护无限压器工作状态是指根据主电容器的电压ucap及电流icap确定限压器泄漏电流阈值范围、阻性电流范围以及功率因数角范围；将所述每只限压器泄漏电流imov-k、功率因数角θk、阻性电流ir-movk与阈值范围进行对比，确认是否超出范围，得出评估结果。

图2为本发明具体实施方式的一种串补装置限压器泄漏电流在线监测系统的结构图；所述装置通过多只微电流传感器及电流互感器采集同步数据，经平台数据单元进行模数转换及处理计算，得到结算结果通过光纤绝缘柱发送至地面监控单元，地面监控单元对监控结果进行分析评估；所述一种串补装置限压器泄漏电流在线监测系统包括：

多只微电流传感器ct-1至ct-k，所述多只微电流传感器用于采集对应的金属氧化物限压器泄漏电流，所述多只微电流传感器输出端与平台数据单元相连；

电流互感器ct，所述电流互感器ct用于采集串补装置主电容器电流，所述电流互感器输出端与平台数据单元201相连；

平台数据单元201，所述平台数据单元201用于同步采样多只微电流传感器采集的金属氧化物限压器泄漏电流以及电流互感器采集的串补装置主电容器电流，进行模数转换，对各数据进行处理计算，并将计算结果数据经光纤绝缘柱202发送到地面监控单元203；

光纤绝缘柱202，所述光纤绝缘柱202用于提供所述平台数据单元到地面监控单元203的数据传输渠道；

地面监控单元203，所述地面监控单元203用于接受并存储平台数据单元201发送的各数据，并根据各数据与正常工作阈值区间的比较结果判断串补装置限压器是否存在异常；

进一步的，所述串补装置包含k个编号为mov-1至mov-k金属氧化物限压器，在每只金属氧化物限压器上安装微电流传感器，对应的微电流传感器编号依次为ct-1至ct-k；优选的，所述微电流传感器为穿心式结构，将金属氧化物限压器底部引出的导线穿过微电流传感器，并与金属氧化物限压器的低压端汇流母排相连；所述串补装置主电容器低压端接线安装电流互感器ct；所述电流互感器ct为穿心式结构；在本实施例中，微电流电流传感器中心孔径为30mm至100mm；微电流传感器测量范围为50μa至100ma、最大输出电压信号为±7v；所述电流互感器一次侧额定电流取串补平台额定电流，二次输出电流为1a；

优选的，为了紧凑布局，将微电流传感器安装在金属氧化物限压器底部靠近母线侧的位置；

优选的，所述微电流传感器与电流互感器通过屏蔽电缆与平台数据单元相连；

进一步的，所述平台数据单元计算电流幅值和相位的方法包括快速傅里叶变换方法以及谐波分析法；

进一步的，所述串补装置主电容器与金属氧化物限压器并联在高压母线与低压母线之间；

进一步的，所述主电容器由多只电容器单元串并联而成，所述主电容器的等效总电容c∑由所述多只电容器单元电容量串并联得出，所述电容器单元电容量由出厂检测或现场实测得出；所述主电容器的等效总电阻r∑由所述多只电容器单元等效电阻串并联得出，所述电容器单元等效电阻由功耗试验得出；

进一步的，所述平台数据单元输出给地面监控单元的数据包括：每只金属氧化物限压器泄漏电流值、主电容器电压值、主电容器电流值、每只金属氧化物限压器电压与泄漏电流的功率因数角以及每只金属氧化物限压器的阻性电流值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。