一种基于同相电容型设备的电压重构MOA阻性电流测试方法与流程

一种基于同相电容型设备的电压重构moa阻性电流测试方法
技术领域
[0001]
本申请涉及moa阻性电流测试技术领域，尤其涉及一种基于同相电容型设备的电压重构moa阻性电流测试方法。


背景技术：

[0002]
氧化锌避雷器(moa)在电力系统中主要是保护其他电力设备遭受到雷电过电压和操作过电压的作用，是电力系统中重要的电力保护设备之一。但是，长期处于工作状况下氧化锌避雷器会受到过电压和环境因素的影响，导致氧化锌避雷器的电气性能发生劣化或老化，严重威胁着氧化锌避雷器以及其保护电力设备的安全运行。通过测量氧化锌避雷器的阻性电流分量的变化趋势，可以判断氧化锌避雷器的劣化或老化程度。
[0003]
传统的测量方法是利用电压互感器获取系统电压，同时同步采集避雷器的泄漏电流，通过算法提取moa的阻性电流分量。通常在电压互感器二次端子获取电压信号时，可能会引起二次回路短路等情况，由于二次端子还连接保护设备，会导致电网保护装置动作，这将带来电力系统设备安全危害和电能输送稳定性降低。现有的无电压参考的moa阻性电流测量方式有非接触传感器获取系统电压，其工作原理是通过输电线路与传感器之间存在的杂散电容和传感器的分压电容形成电容分压器，从而获取输电线路中的电压波形。感应金属板经过匹配电阻引出电压信号，并通过同轴电缆传输到外部的数据采集系统。但是杂散电容受外界干扰影响比较严重，所以精度无法得到保障。还有根据互为三相的氧化锌避雷器总泄漏电流之和为阻性电流分量的三次谐波分量为原理，利用阻性电流的三次谐波分量来反映避雷器的老化程度。但是这种方法有较苛刻的前提条件，受系统电压三次谐波的影响，并且很难判断出阻性电流分量的变化是由哪一相引起。
[0004]
可见，在moa阻性电流提取过程中，常规的电网电压获取方法具有局限性，本发明通过同相电容性设备泄漏电流重构电网电压的方法，从而进一步推导计算得moa阻性电流。


技术实现要素：

[0005]
本申请提供了一种基于同相电容型设备的电压重构moa阻性电流测试方法，通过同相电容性设备泄漏电流的重构电网电压方法，克服了传统电压互感器式的电压测量方法的局限性。
[0006]
本申请采用的技术方案如下：
[0007]
一种基于同相电容型设备的电压重构moa阻性电流测试方法，包括以下方法：
[0008]
通过电流传感器ct1获取避雷器接地引下线电流信号i
x
；
[0009]
通过电流传感器ct2获取同相电容型设备接地引下线电流信号i
i
，所述避雷器与所述同相电容型设备连接在同一根高压母线上；
[0010]
同步接收所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电容型设备的接地引下线电流信号i
i
，并通过信号放大器将所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电容型设备的接地引下线电流信号i
i
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
i
；
[0011]
通过a/d转换器将所述k1i
x
和k2i
i
分别转换为数字量输出；
[0012]
将所述k1i
x
和k2i
i
分别转换的两个所述数字量进行傅里叶分析，分别求取所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相电容型设备的基波角φ
i
；
[0013]
将所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相电容型设备的基波角φ
i
进行相位比较得出相角差θ'；
[0014]
查找同相电容型设备最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据所述介质损耗正切值数据b反算同相高压电容器介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0015]
求取所述避雷器的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0016]
求取所述避雷器的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0017]
进一步地，所述电流传感器ct1与所述避雷器的接地引下线连接，用于测量所述避雷器的接地引下线的泄漏电流。
[0018]
进一步地，所述电流传感器ct2与所述同相电容器的接地引下线连接，用于测量所述同相电容器的接地引下线的泄漏电流。
[0019]
进一步地，同步接收所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电容型设备的接地引下线电流信号i
i
，还包括：
[0020]
通过示波器同步接收所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电容型设备的接地引下线电流信号i
i
。
[0021]
进一步地，所述同相电容型设备为同相高压电容器，所述电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0022]
通过电流传感器ct1获取避雷器接地引下线电流信号i
x
；
[0023]
通过电流传感器ct2获取所述同相高压电容器的接地引下线电流信号i
c
，所述避雷器与所述同相高压电容器连接在同一根高压母线上；
[0024]
通过所述示波器同步获取所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相高压电容器的接地引下线电流信号i
c
，并通过信号放大器将所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相高压电容器的接地引下线电流信号i
c
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
c
；
[0025]
通过a/d转换器将所述k1i
x
和k2i
c
分别转换为数字量输出；
[0026]
将所述k1i
x
和k2i
c
分别转换的两个所述数字量进行傅里叶分析，分别求取所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相高压电容器的基波角φ
c
；
[0027]
将所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相电容型设备的基波角φ
c
进行相位比较得出相角差θ'；
[0028]
查找所述同相高压电容器最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据所述介质损耗正切值数据b反算所述同相高压电容器介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0029]
求取所述避雷器的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0030]
求取所述避雷器的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0031]
进一步地，所述同相电容型设备为同相电流互感器，所述电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0032]
通过电流传感器ct1获取避雷器接地引下线电流信号i
x
；
[0033]
通过电流传感器ct2获取所述同相电流互感器接地引下线电流信号i
ta
，所述避雷器与所述同相电流互感器连接在同一根高压母线上；
[0034]
通过所述示波器同步获取所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电流互感器的接地引下线电流信号i，并通过信号放大器将所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相电流互感器的接地引下线电流信号i
ta
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
ta
；
[0035]
通过a/d转换器将所述k1i
x
和k2i
ta
分别转换为数字量输出；
[0036]
将所述k1i
x
和k2i
ta
分别转换的两个所述数字量进行傅里叶分析，分别求取所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相电流互感器的基波角φ
ta
；
[0037]
将所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相电流互感器的基波角φ
ta
进行相位比较得出相角差θ'；
[0038]
查找所述同相电流互感器最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据所述介质损耗正切值数据b反算所述同相电流互感器的介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0039]
求取所述避雷器的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0040]
求取所述避雷器的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0041]
进一步地，所述同相电容型设备为同相主变高压套管末屏，所述电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0042]
通过电流传感器ct1获取避雷器接地引下线电流信号i
x
；
[0043]
通过电流传感器ct2获取所述同相主变高压套管末屏的接地引下线电流信号i
t
，所述避雷器与所述同相主变高压套管末屏连接在同一根高压母线上；
[0044]
通过所述示波器同步获取所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相主变高压套管末屏的接地引下线电流信号i
t
，并通过信号放大器将所述避雷器的接地引下线电流信号i
x
和所述同相主变高压套管末屏的接地引下线电流信号i
t
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
t
；
[0045]
通过a/d转换器将所述k1i
x
和k2i
t
分别转换为数字量输出；
[0046]
将所述k1i
x
和k2i
t
分别转换的两个所述数字量进行傅里叶分析，分别求取所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相主变高压套管末屏的基波角φ
t
；
[0047]
将所述避雷器的基波角φ
x
和所述同相主变高压套管末屏的基波角φ
t
进行相位比较得出相角差θ'；
[0048]
查找所述同相主变高压套管末屏最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据所述介质损耗正切值数据b反算所述同相主变高压套管末屏的介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0049]
求取所述避雷器的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0050]
求取所述避雷器的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0051]
采用本申请的技术方案的有益效果如下：
[0052]
采用基于同相电容性设备泄漏电流重构电压的方法，通过测得电容型设备的容性电流和氧化锌避雷器的泄漏电流，即可计算出避雷器的阻性电流。无需使用电压互感器提取电压，能够避免电压互感器提取电网电压时容易引起保护装置动作的因素，提高了测量的安全性与稳定性。并且本申请方法采用的电容型设备和器件(电流传感器、示波器和放大器等)也相对廉价，可以实现大规模的应用。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1为同相电容型设备的等效电路图；
[0055]
图2为同相电容型设备与moa阻性电流的相位关系图；
[0056]
图3为基于同相高压电容器的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；
[0057]
图4为基于同相高压电容器的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图；
[0058]
图5为基于同相电流互感器的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；
[0059]
图6为基于同相电流互感器的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图；
[0060]
图7为基于同相主变高压套管末屏的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；
[0061]
图8为基于同相主变高压套管末屏的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图；
[0062]
图9为矢量相位关系示意图；
[0063]
图示说明：
[0064]
其中，1-高压母线；2-避雷器；3-同相电容型设备；
[0065]
31-同相高压电容器；32-同相电流互感器；33-同相主变高压套管末屏；
[0066]
4-示波器。
具体实施方式
[0067]
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
[0068]
参见图1为同相电容型设备的等效电路图；参见图2为同相电容型设备与moa阻性电流的相位关系图；参见图3为基于同相高压电容器的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图4为基于同相高压电容器的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图；参见图5为基于同相电流互感器的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图6为基于同相电流互感器的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图；参见图7为基于同相主变高压套管末屏的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图8为基于同相主变高压套管末屏的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图。
[0069]
同相电容型设备3等效电路图如图1所示，同相电容型设备3可等效为电容和电阻组成的设备，图中c和r分别为等效电路的并联电容和并联电阻，同相电容型设备3与moa阻性电流的相位关系如图2所示，流过同相电容型设备3的电流i由电容电流分量i
i
和阻性电流分量i
r
组成，δ为介质损耗角。因此流过同相电容型设备3的电流i和介质损耗角δ的前提下可反演同相电容型设备高压侧母线电压u。
[0070]
如图2所示，i
i
为同相电容性设备3泄漏电流、i
ir
为同相电容性设备3阻性电流，i
i
＞＞i
ir
。由《电力设备预防性试验规程》规定运行中的110kv～500kv容性设备的介质损耗角δ的正切值tanδ不超过0.8％-1.0％，(tanδ)2＜＜1，可得：
[0071][0072]
在氧化锌避雷器阻性电流提取中，电网电压u仅提供相位信息，不影响moa阻性电流测量精度。如图2所示i
moa
为moa全电流、i
moar
为moa阻性电流，通过同相电容性设备3的泄露电流i
i
积分得到u
′
，结合图1的等效回路参数计算出δc(或是从预防性试验中获得)、测量得到氧化锌避雷器全电流i
moa
，即可计算出moa阻性电流ii
r
。
[0073]
u
′
＝∫i
i
dt
[0074]
u＝u
′
∠δ
[0075]
i
moar
＝i
moa
cosδ
xmoa
[0076]
本申请提供的一种基于同相电容型设备3的电压重构moa阻性电流测试方法，包括以下方法：
[0077]
通过电流传感器ct1获取避雷器2接地引下线电流信号i
x
；
[0078]
通过电流传感器ct2获取同相电容型设备3接地引下线电流信号i
i
，避雷器2与同相电容型设备3连接在同一根高压母线1上；
[0079]
同步接收避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电容型设备3的接地引下线电流信号i
i
，并通过信号放大器将避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电容型设备3的接地引下线电流信号i
i
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
i
；
[0080]
通过a/d转换器将k1i
x
和k2i
i
分别转换为数字量输出；
[0081]
将k1i
x
和k2i
i
分别转换的两个数字量进行傅里叶分析，分别求取避雷器2的基波角φ
x
和同相电容型设备3的基波角φ
i
；
[0082]
将避雷器2的基波角φ
x
和同相电容型设备3的基波角φ
i
进行相位比较得出相角差θ'；
[0083]
查找同相电容型设备3最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据该数据反算同相高压电容器31介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0084]
求取避雷器2的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0085]
求取避雷器2的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0086]
其中，电流传感器ct1与避雷器2的接地引下线连接，用于测量避雷器2的接地引下线的泄漏电流。
[0087]
电流传感器ct2与同相电容器的接地引下线连接，用于测量同相电容器的接地引下线的泄漏电流。
[0088]
同步接收避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电容型设备3的接地引下线电流信号i
i
，还包括：通过示波器4同步接收避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电容型设备3的接地引下线电流信号i
i
。
[0089]
本申请能够实现对电网中氧化锌避雷器2阻性电流的快速获取，操作简单安全，能够为氧化锌避雷器2性能评估、电力设备安全等提供可靠保障，为电力系统的安全可靠运行及改修决策提供技术支撑，具体体现在以下方面：
[0090]
(1)本申请方法在进行电压测量和moa阻性电流提取时，不需要借助其他复杂的设
备，并且不会引起保护装置动作；
[0091]
(2)降低测量成本，可以实现大规模的应用。由于重在优化了测量方式方法，采用的装置和器件也相对廉价，可以实现大规模的应用；
[0092]
(3)应用场合较广，可以应用于电力系统大多需要对获取系统电压进行带电检测的场合，例如氧化锌避雷器阻性电流获取，电网电压谐波分析等。
[0093]
实施例一
[0094]
参见图3为基于同相高压电容器31的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图4为基于同相高压电容器31的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图。
[0095]
当同相电容型设备3为同相高压电容器31时，电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0096]
通过电流传感器ct1获取避雷器2接地引下线电流信号i
x
；
[0097]
通过电流传感器ct2获取同相高压电容器31的接地引下线电流信号i
c
，避雷器2与同相高压电容器31连接在同一根高压母线1上；
[0098]
通过示波器4同步获取避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相高压电容器31的接地引下线电流信号i
c
，并通过信号放大器将避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相高压电容器31的接地引下线电流信号i
c
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
c
；
[0099]
通过a/d转换器将k1i
x
和k2i
c
分别转换为数字量输出；
[0100]
将k1i
x
和k2i
c
分别转换的两个数字量进行傅里叶分析，分别求取避雷器2的基波角φ
x
和同相高压电容器31的基波角φ
c
；
[0101]
将避雷器2的基波角φ
x
和同相电容型设备3的基波角φ
c
进行相位比较得出相角差θ
′
；
[0102]
查找同相高压电容器31最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据介质损耗正切值数据b反算同相高压电容器31介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0103]
求取避雷器2的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0104]
求取避雷器2的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0105]
实施例二
[0106]
参见图5为基于同相电流互感器32的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图6为基于同相电流互感器32的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图。
[0107]
本实施例中同相电容型设备3为同相电流互感器32，电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0108]
通过电流传感器ct1获取避雷器2接地引下线电流信号i
x
；
[0109]
通过电流传感器ct2获取同相电流互感器32接地引下线电流信号i
ta
，避雷器2与同相电流互感器32连接在同一根高压母线1上；
[0110]
通过示波器4同步获取避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电流互感器32的接地引下线电流信号i，并通过信号放大器将避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相电流互感器32的接地引下线电流信号i
ta
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
ta
；
[0111]
通过a/d转换器将k1i
x
和k2i
ta
分别转换为数字量输出；
[0112]
将k1i
x
和k2i
ta
分别转换的两个数字量进行傅里叶分析，分别求取避雷器2的基波角φ
x
和同相电流互感器32的基波角φ
ta
；
[0113]
将避雷器2的基波角φ
x
和同相电流互感器32的基波角φ
ta
进行相位比较得出相角差θ'；
[0114]
查找同相电流互感器32最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据介质损耗正切值数据b反算同相电流互感器32的介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0115]
求取避雷器2的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0116]
求取避雷器2的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0117]
本实施例中所提供的同相电流互感器32泄漏电流相位修正的电压重构moa阻性电流测试方法，可以完全克服传统电压互感器获取电网电压时带来的安全性与稳定性的不足，同时避免其它测量方式的精度问题。此外通过容性设备介质损耗角和模型参数的不断修正，可提高带电在线监测下对电网电压的测量精度，便于获取氧化锌避雷器2阻性电流信息。发明成果为基于电容性设备(套管、ct等)泄漏电流重构电压的moa阻性电流测量方法(介损角修正)，准确性高，通过容性设备介质损耗角和电容量的信息对容性设备泄露电流进行修正，进一步提高电网电压测量精度，从而提高moa阻性电流测量精度。
[0118]
实施例三
[0119]
参见图7为基于同相主变高压套管末屏33的电压重构moa阻性电流测试方法中的设备连接示意图；参见图8为基于同相主变高压套管末屏33的电压重构moa阻性电流测试方法的流程图。
[0120]
对于氧化锌避雷器2的泄漏电流i
x
而言，其具有幅值小但是等值介质损失角较大的特点；本实施例不采用获取电压互感器二次输出电压作为参考，避免误操作引起二次系统短路带来的保护误动作风险。通过电网中主变同相高压套管末屏的泄漏电流i
t
，根据公式对电流积分反推得到系统电压。由于主变套管高压端对地的电容量大，其介质损失角正切值小于0.1％，对应的介质损失角也极小，且远小于氧化锌避雷器2的等值介质损失角。因此认为该主变套管末屏泄漏电流i
t
超前母线电压90度。
[0121]
参见图9为本实施例所提供的矢量相位关系示意图，由于同相主变高压套管为纯电容性设备，自身介质损失较为零，利用积分电路对泄漏电流i
t
进行积分即可得到系统电压u。
[0122]
本实施例中同相电容型设备3为同相主变高压套管末屏33，电压重构moa阻性电流测试方法包括：
[0123]
通过电流传感器ct1获取避雷器2接地引下线电流信号i
x
；
[0124]
通过电流传感器ct2获取主变同相主变高压套管末屏33的接地引下线电流信号i
t
，避雷器2与主变同相高压套管末屏连接在同一根高压母线1上；
[0125]
通过示波器4同步获取避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相主变高压套管末屏33的接地引下线电流信号i
t
，并通过信号放大器将避雷器2的接地引下线电流信号i
x
和同相主变高压套管末屏33的接地引下线电流信号i
t
进行线性变换，分别转换为k1i
x
和k2i
t
；
[0126]
通过a/d转换器将k1i
x
和k2i
t
分别转换为数字量输出；
[0127]
将k1i
x
和k2i
t
分别转换的两个数字量进行傅里叶分析，分别求取避雷器2的基波角φ
x
和同相主变高压套管末屏33的基波角φ
t
；
[0128]
将避雷器2的基波角φ
x
和同相主变高压套管末屏33的基波角φ
t
进行相位比较得
出相角差θ'；
[0129]
查找同相主变高压套管末屏33最近一次预试中的介质损耗正切值数据b，并根据介质损耗正切值数据b反算同相主变高压套管末屏33的介质损耗角δ＝arctan(b)；
[0130]
求取避雷器2的等值介质损耗角θ＝θ'+δ；
[0131]
求取避雷器2的阻性电流i
r
＝i
x
×
sinθ。
[0132]
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。