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氧化鋅避雷器阻性電流提取算法

來源:網絡    發布于:2012-6-7 11:02:36    點擊:111    品牌:登瑞電氣    【進入產品中心

氧化鋅避雷器具有通流容量大、殘壓低、無工頻續流、反應速度快、壽命長等優點,能降低被保護設備的絕緣水平,被廣泛應用于電力系統的過電壓保護。由于氧化鋅避雷器無間隙,在運行中閥片長期承受電力系統運行電壓的作用,以及內部受潮或污穢等因素的影響,因而會造成閥片劣化,進而損壞氧化鋅避雷器,甚至可能引起大面積停電事故。可見,為保障系統的安全穩定運行,檢測氧化鋅避雷器的運行特性顯得尤為重要。

氧化鋅避雷器的檢測方法有文規定的例行性停電檢測、帶電檢測和在線監測等,這些方法都是為了得到氧化鋅避雷器的運行特性并以此判斷氧化鋅避雷器在系統中的運行狀況,以便預防停電事故的發生。本文提出用帶電檢測氧化鋅避雷器方法采集氧化鋅避雷器的全電流,運用阻性電流提取算法獲得氧化鋅避雷器的阻性電流,以實現判斷氧化鋅避雷器的運行狀況。 

1 氧化鋅避雷器帶電檢測方法

文中采用的帶電檢測氧化鋅避雷器的方法,從被測相電壓互感器(TV)二次側獲取電壓信號,用嵌式電流互感器(TA)在氧化鋅避雷器的放電計數器接地線上獲取全電流信號,數據采集裝置對此2路信號進行同步采樣,并將采樣數據發送到便攜式計算機,由阻性電流提取算法軟件計算得到氧化鋅避雷器的阻性電流,從而進一步分析氧化鋅避雷器的運行狀況,并判斷能否在系統中繼續運行以保護電力設備。

TV二次側的電壓幅值一般在100V左右,便于檢修人員安全操作。從氧化鋅避雷器接地線上取電流信號,操作簡單方便,但須確保接觸可靠以便能采集到可用信號。數據采集裝置采取了屏蔽電磁干擾、放大和濾波等抗干擾措施,以提高采樣信號的信噪比,為后續的軟件分析處理提供了優良數據。此方法有較大的實用性,適于現場檢測氧化鋅避雷器的運行特性。

2 阻性電流提取算法

氧化鋅避雷器的等效電路,由非線性電阻R和電容C并聯組成。其中Ix為氧化鋅避雷器的總泄漏電流,Ir為阻性電流,Ic為容性電流。

目前,一般認為僅占總泄漏電流10%~20%的阻性電流的增加是引起氧化鋅避雷器劣化的主要因素,所以從總泄漏電流中準確提取其阻性電流是判斷氧化鋅避雷器運行狀況的關鍵。

2.1 算法思想及其實現

氧化鋅避雷器的阻性電流與電壓同相位,而容性電流超前電壓90°。

由采樣得到的電壓和全電流信號,應用傅立葉變換(FFT)轉換到頻域進行分解,可分別得到氧化鋅避雷器的阻性電流Ir和容性電流Ic的各次諧波分量,經相應的數據處理后,再返回時域合成得到總泄漏電流Ix和容性電流Ic

然而,現場采集得到的全電流Ix受相間雜散電容的影響主要反映在全電流的容性分量中,其表達式為式中,C11為~被測相氧化鋅避雷器的對地電容;C12C13為相間雜散電容;u1為被測相氧化鋅避雷器的電壓;u2u3為鄰相氧化鋅避雷器電壓。

由于系統的三相電壓的對稱性,因而由電壓u1得到的采樣信號可依次得到u2u3,以及時頻域轉換后的容性電流Ic。利用海森矩陣可計算得到C11C12C13的值,然后由雅克比矩陣重新計算容性電流Ic

實際測量表明,氧化鋅避雷器的阻性電流可用指數波Ae-gt2(其中A是指數波的幅值,g是與指數波的形狀有關的參數)進行曲線擬合。考慮到阻性電流的正、負半波幅值可能不等,故采用分段指數波擬合氧化鋅避雷器的阻性電流,其表達式為:式中,A1為阻性電流的正峰值;A2為阻性電流的負峰值。

利用處理過的時域信號Ix、消除相間雜散電容后的Ic和擬合曲線Ir,可采用最小二乘法優化求取Ir的未知參數Ag。最小二乘法的優化原理為:采用固定步長多次搜索優化各個變量,直到誤差ε滿足工程計算的精度要求,從而根據最終的計算結果就可得到氧化鋅避雷器的阻性電流。

2.2 抑制干擾措施

氧化鋅避雷器的總泄漏電流的數值較小(mA),易受溫度、濕度等外界環境影響。泄漏電流中的高次諧波以及TV的相移和相間雜散電容,這些都會造成阻性電流的測量誤差。為了準確得到氧化鋅避雷器的阻性電流,算法針對不同的干擾源會采取相應的解決對策。

(1) 頻率波動。電力系統在運行中,允許的頻率偏差為±0.5Hz,此偏差會影響測頻,采樣信號測頻的準確程度關系到信號的時頻域轉換,最后影響阻性電流的提取精度。算法采用CZT算法[2]測頻,精度較高,誤差基本控制在1%以內。此算法具有較好的頻率兼容性,測頻部分能滿足4565Hz的頻率波動。

(2) 諧波影響。我國關于公用電網電壓諧波的限值分別是奇次5%和偶次2%,鐵路電網中的諧波含量遠大于此值,全電流采樣信號中也含有諧波,這給阻性電流的提取造成不小的困難。為此算法在對電壓和電流采樣信號做時頻域轉換時,由于系統中的高次諧波含量較小,幾乎沒有偶次諧波,因而FFT變換只分解奇次諧波,且在頻域內剔除了大于11次的奇次諧波。進行如此處理后,系統中的諧波分量可以達到國標GBT 145491993的標準要求,保證了阻性電流提取算法的精度。

(3) TV相移。氧化鋅避雷器電壓是從TV二次側測量得到的,因此采樣信號與高壓避雷器電壓存在相位差,且此相位差隨著TV二次側負荷的改變而變化,其誤差往往超過測量裝置的分辨率,因此需要對其進行修正。基于基準設備比較法[3]的原理,可以預先估計相位偏差值,并在算法中設置此相位差,當進行數據處理時再調整相應的偏差值。

(4) 相間雜散電容。測量結果表明,相間雜散電容是檢測氧化鋅避雷器阻性電流的重要干擾因素,且由其導致的測量誤差隨電壓等級的增加而成倍增加。由于相間雜散電容以分布參數形式存在,并受外部環境和系統電壓變化的影響,因而使得測量相間雜散電容比較困難。算法利用電容的電壓和電流之間的關系,依次消除由相間雜散電容產生的容性電流。這樣可完全去掉總泄漏電流中的容性電流,得到真正的阻性電流。

2.3 實際測量和計算結果

帶電檢測氧化鋅避雷器方法對氧化鋅避雷器進行了現場檢測,然后由阻性電流提取算法計算氧化鋅避雷器的阻性電流。單個避雷器的全電流測量值和計算得到的阻性電流值及其含量。三相避雷器的全電流測量值和阻性電流計算值及其含量。①氧化鋅避雷器的全電流和阻性電流值都比較穩定,阻性電流的正、負峰值差別很小,阻性電流含量幾乎不變,反映了實際氧化鋅避雷器的運行特性。②三相避雷器中,A相的全電流和阻性電流最大,阻性電流含量較小;而B相的全電流和阻性電流偏小,阻性電流的含量最大,驗證了相間雜散電容的影響。③帶電檢測氧化鋅避雷器方法正確檢測了氧化鋅避雷器的運行特性,阻性電流提取算法準確獲得了氧化鋅避雷器的阻性電流,有較強的實用性。

3 結論

采用帶電檢測氧化鋅避雷器方法實現現場采集氧化鋅避雷器的電壓和總泄漏電流信號,通過阻性電流提取算法軟件計算得到被測相氧化鋅避雷器的阻性電流。此算法計算精度較高,消除了系統頻率波動、高次諧波、TV相移和相間雜散電容對計算被測相氧化鋅避雷器阻性電流的影響,為判斷氧化鋅避雷器在系統中的運行狀況提供了準確的判據。實測結果表明,提出的阻性電流提取算法是可行的且具有較好的實用性,值得推廣。

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