基于相位搜索的电缆线路避雷器阻性电流检测方法

摘要

本发明涉及一种基于相位搜索的电缆线路避雷器阻性电流检测方法，其特征在于：先根据实测的全电流信号模拟一标准正弦信号，暂时定为该模拟信号就是从总泄漏电流分离出来的容性电流，便可以确定模拟参考信号与阻性电流的相位关系，然后多次使用不同的相移量不断进行校正，直到相位满足90°相角判据；其是针对获取电压参考信号的常规避雷器阻性电流监测方法不适用于电缆线路，电压信号不易获取的场合，来实现阻性电流检测的新方法；工程中只需要采集避雷器总泄漏电流，采用实测的全电流信息，根据其幅值和周期参数，模拟一个参考信号，反复进行相移以实现相位修正，找到容性分量与阻性分量的相位，实现电缆线路避雷器阻性电流的检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相位搜索的电缆线路避雷器阻性电流检测方法，属于电力系统输变电设备在线监测技术领域。

背景技术

电缆线路避雷器是电力系统的重要设备之一,其正常运行对电力系统的安全供电尤为重要。近年来，氧化锌避雷器（Metal Oxide SurgeArrester，MOA）以其优异的技术性能逐步取代了其它类型的避雷器，成为电力系统的换代保护设备。对氧化锌避雷器，保护性能的改善，可显著降低被保护设备的绝缘水平, 因而也降低成本, 大大提高运行的可靠性。运行中的MOA避雷器直接承受长期工频电压、冲击电压和内部受潮等因素的作用，引起了MOA阀片老化、MOA避雷器阻性泄漏电流增加和功耗加剧，导致避雷器内部阀片温度升高，形成热崩溃，严重时造成避雷器损坏或爆炸，引发大面积停电事故。因此，在线监测MOA的运行状态非常重要。

在线监测电缆氧化锌避雷器的运行状态，最基本的特征量是总泄漏电流，又称全电流。总泄漏电流可以分为阻性泄漏电流和容性泄漏电流两部分，而阻性泄漏电流是引起MOA阀片劣化的主要原因。所以，MOA泄漏电流的阻性分量是有效判断其运行状况良好的安全指标。氧化锌阀片具有相当大的电容量, 在运行电压下经过阀片的电流主要为电容电流，为几百微安以上，而阻性电流一般只有数十微安。怎样从容性电流为主的全电流中分离出微弱的阻性电流成为电缆线路避雷器监测的技术难点。

传统的电气设备MOA的阻性电流在线监测方法通常需要从PT或CVT引入电压参考信号，利用电压电流的相位差，分离出阻性电流。对于敷设在野外的电缆线路，电网电压的相位参数不能得到，传统的检测方法无法实现。此外，由于存在电网电压谐波、MOA非线性特性固有的滞回现象和相间干扰问题等，直接影响用这些方法得到的测量结果的精度，如何在没有电压参考信号的情况下监测其阻性电流，成为电缆线路避雷器在线监测技术的关键。

国内外在氧化锌避雷器在线监测中的信号调理和转换等方面已经做了大量的研究和试验，有力地推动了这一领域的发展。根据目前的现场应用结果来看，虽然监测装置种类很多，原理也不尽相同，但是仍然存在不少问题，主要表现为绝缘监测系统运行不可靠，监测数据不准确，系统故障率高等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相位搜索的电缆线路避雷器阻性电流检测方法，是针对获取电压参考信号的常规避雷器阻性电流监测方法不适用于电缆线路，电压信号不易获取的场合，来实现阻性电流检测的新方法；工程中只需要采集避雷器总泄漏电流，采用实测的全电流信息，根据其幅值和周期参数，模拟一个参考信号，反复进行相移以实现相位修正，找到容性分量与阻性分量的相位，实现电缆线路避雷器阻性电流的检测。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于相位搜索的电缆线路避雷器阻性电流检测方法，其特征在于：先根据实测的全电流信号模拟一标准正弦信号，暂时定为该模拟信号就是从总泄漏电流分离出来的容性电流，便可以确定模拟参考信号与阻性电流的相位关系，然后多次使用不同的相移量不断进行校正，直到相位满足90°相角判据；具体步骤如下：

(1)由交流数据采集系统，对全电流的一个周波采样个点，得到全电流离散序列，同时计算出全电流周期。见图2波形1所示；

(2)根据全电流离散序列，在全电流过零后75°～85°区间内找出最大值，考虑电容和电阻不是一个理想的90°角，并将该区间的最大值设为容性泄漏电流的峰值；

(3)结合容性泄漏电流峰值与全电流周期，构造标准正弦信号定义为容性泄漏电流，见图2波形2所示，离散化得到，其中初值为，设定步长l，开始搜寻过程。见图2波形4所示，波形4向左方向按设定步长移动；

(4)将全电流序列减去容性泄漏电流序列，得到阻性泄漏电流序列，利用傅里叶算法，计算阻性电流的基波初相位；

(5)计算容性电流与阻性电流之间的相位差，判断其是否满足相角判据（可根据实际情况给出的角度）；如果不满足条件，修正相位，得到新的相角；

(6)重复进行上述步骤(3)至(5)，相位差在移相过程中逐渐逼近90°，从而分离出阻性泄漏电流的期望值。见图2波形3所示。

所述步骤(3)中的步长l分为粗调步长，细调步长，提高了搜寻速度与精度。

所述步骤(4)中的计算阻性电流基波初相位是基于离散傅里叶算法，利用正交函数特性可消除直流分量和各次谐波，得到阻性基波电流的实部、虚部，即，由此求出其有效值、初相位，即；上述计算过程见检测方法流程图1，相量表示的检测计算过程如图3所示。

所述步骤(5)中的相角判据是根据理论分析阻性电流与容性电流的相角差是90°。实际上，在小电流区MOA泄漏电流的阻性分量与容性分量的相角差小于90°。对不同类型的MOA新阀片和劣化的阀片进行试验研究，发现各种MOA的相角差大多分布在77°～87° ,而且这个相角差在避雷器的使用期间几乎不变,即使已经发生劣化也不例外。这样，可用容性电流补偿法预先确定某种特定避雷器的相角判据，就能很方便地对这种避雷器进行在线监测或诊断。容性电流补偿法将系统电压移相90°得到，并反相将全电流中的容性电流补偿掉，利用式可以求得补偿系数G，然后阻性电流由式求出；

         

            。

发明的积极效果是先根据实测的全电流信号模拟一标准正弦信号，暂时定为该模拟信号就是从总泄漏电流分离出来的容性电流，便可以确定模拟参考信号与阻性电流的相位关系，然后多次使用不同的相移量不断进行校正，直到相位满足90°相角判据；其不需要引入任何电压参考信号，就能精确推算出阻性电流，同时不受电压谐波的干扰，增强了实用性，能够满足电缆线路避雷器阻性电流在线监测的需要。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2 是本发明相位搜索波形图。

图3 是本发明相位搜索相量形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

 (1)由交流数据采集系统，对全电流的一个周波采样个点，得到全电流离散序列，同时计算出全电流周期。见图2波形1所示；

(2)根据全电流离散序列，在全电流过零后75°～85°区间内找出最大值，考虑电容和电阻不是一个理想的90°角，并将该区间的最大值设为容性泄漏电流的峰值；

(3)结合容性泄漏电流峰值与全电流周期，构造标准正弦信号定义为容性泄漏电流，见图2波形2所示，离散化得到，其中初值为，设定步长l，开始搜寻过程。见图2波形4所示，波形4向左方向按设定步长移动。

(4)将全电流序列减去容性泄漏电流序列，得到阻性泄漏电流序列，利用傅里叶算法，计算阻性电流的基波初相位；   

(5)计算容性电流与阻性电流之间的相位差，判断其是否满足相角判据（可根据实际情况给出的角度）；如果不满足条件，修正相位，得到新的相角；

(6)重复进行上述步骤(3)至(5)，相位差在移相过程中逐渐逼近90°，从而分离出阻性泄漏电流的期望值。见图2波形3所示。

所述步骤(3)中的步长l分为粗调步长，细调步长，提高了搜寻速度与精度。

所述步骤(4)中的计算阻性电流基波初相位是基于离散傅里叶算法，利用正交函数特性可消除直流分量和各次谐波，得到阻性基波电流的实部、虚部，即，由此求出其有效值、初相位，即。

所述步骤(5)中的相角判据是根据理论分析阻性电流与容性电流的相角差是90°。实际上，在小电流区MOA泄漏电流的阻性分量与容性分量的相角差小于90°。对不同类型的MOA新阀片和劣化的阀片进行试验研究，发现各种MOA的相角差大多分布在77°～87° ,而且这个相角差在避雷器的使用期间几乎不变,即使已经发生劣化也不例外。这样，可用容性电流补偿法预先确定某种特定避雷器的相角判据，就能很方便地对这种避雷器进行在线监测或诊断。容性电流补偿法将系统电压移相90°得到，并反相将全电流中的容性电流补偿掉，利用式可以求得补偿系数G，然后阻性电流由式求出。

        

            

上述计算过程见检测方法流程图1，相量表示的检测计算过程如图3所示。

本实施例应用上述算法对处在三个不同时期的某线路氧化锌避雷器的阻性泄漏电流分别进行了检测，即新阀片、劣化较轻、劣化较重三种情况，其中氧化锌避雷器型号为YH5W-96/250，工作电压等级110KV。为了提供相角判据与阻性电流参照数据，应用容性电流补偿法同期地做了补充实验。给出了本实施例中总泄漏电流的原始数据，由上述两种方法得到的实测结果见表1。

表1 某线路YH5W-96/250避雷器三个时期的总泄漏电流原始数据

采样点数N=64；

新阀片的数据(/mA)： 

[1.155,1.179,1.192,1.196,1.191,1.177,1.156,1.126,1.088,1.043,0.989,0.925,0.853,

0.771,0.680,0.579,0.470,0.353,0.229,0.101,

-0.031,-0.163,-0.295,-0.423,-0.545,-0.659,-0.765,-0.860,-0.943,-1.014,-1.073,-1.119,

-1.155,-1.179,-1.192,-1.196,-1.191,-1.178,-1.157,-1.126,-1.087,-1.042,-0.987,-0.926,

-0.853,-0.771,-0.681,-0.580,-0.468,-0.355,-0.231,-0.100,

0.030,0.165,0.292,0.421,0.546,0.660,0.765,0.862,0.941,1.017,1.075,1.121];

劣化较轻的数据(/mA)： 

[1.016,1.076,1.123,1.158,1.181,1.197,1.201,1.198,1.187,1.167,1.139, 1.105, 1.057,

1.005, 0.944,0.874,0.792,0.702,0.605,0.491,0.371,0.249,0.117,

-0.017,-0.152,-0.286,-0.416,-0.542,-0.657,-0.764,-0.860,-0.945,-1.016,-1.076,-1.122,

-1.158,-1.183,-1.197,-1.202,-1.198,-1.185,-1.165,-1.138,-1.102,--1.058,1.006,-.0946,

-0.877,-0.793,-0.703,-0.601,-0.489,-0.373,-0.248,-0.119,

0.016,0.149,0.288,0.415,0.540,0.657,0.766,0.858,0.947] ;

劣化较重的数据(/mA)： 

[-1.238,-1.228,-1.212,-1.189,-1.158,-1.116,-1.065,-0.992,-0.919,-0.825,-0.723,-0.604,

-0.475,-0.336, -0.189,-0.041,

0.111,0.263,0.404,0.542,0.667,0.783,0.881,0.971,1.043,1.102,1.149,1.187,1.213,

1.229,1.238,1.242,1.239,1.228,1.212,1.189,1.156,1.114,1.061,0.997,0.918,0.826,

0.721,0.605,0.477,0.335,0.191,0.039,

-0.113,-0.259,-0.401,-0.541,-0.665,-0.0.781,-0.882,-0.969,-1.041,-1.105,-1.151,

-1.185,-1.211,-1.227,-1.238,-1.241];

表1  相角判据及基于相位搜索法和补偿法得到的避雷器三个时期的阻性电流