CN106353557A - 一种金属氧化物避雷器阻性电流测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属氧化物避雷器阻性电流测量方法及装置，该方法为：1)采集避雷器运行稳定时的三相电流信号及其相应的电压信号；2)计算三相电流电压信号相位夹角；3)计算三相电流电压信号相位夹角平均值，并将其作为三相电流电压信号相位夹角初始值；4)对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；5)根据三相电流电压信号相位夹角修正值，计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。本发明的装置包括电流及电压采集模块、电流及电压信号处理模块、相位夹角修正模块及三相阻性电流计算模块。本发明有效地滤除了相间和空间干扰对阻性电流的影响，从而真实反映MOA的运行状态，保证了电力***的安全运行。

Description

一种金属氧化物避雷器阻性电流测量方法及装置

技术领域

本发明涉及变电站在线监测领域，具体涉及是一种金属氧化物避雷器(MOA)阻性电流测量方法及装置。

背景技术

金属氧化物避雷器(MOA)因为其优越的保护性能，所以广泛应用于电力***中，成为重要的过电压保护设备，其运行的可靠性将直接影响电力***的安全。由于MOA长期承受工频电压、冲击电压及内部受潮等因数作用而趋于老化，使其绝缘特性遭到破坏，表现为阻性电流增加，引起热崩溃，致使避雷器发生***。因此对氧化锌避雷器阻性电流进行长期的在线监测是保证其安全运行的重要手段。

对氧化锌避雷器而言，相间干扰是指各相避雷器除受到本相电压作用外，还通过相间耦合受到相邻电压的作用产生的电流叠加到避雷器底部的泄露电流上；空间干扰主要是在强电场情况下，由临近带电间隔或上空有带电母线等带电设备经耦合电容产生的电流叠加到氧化锌避雷器泄漏电流中，使得三相泄漏电流中的阻性电流差异较大。研究和实际测试发现：相间干扰和空间干扰对避雷器电流电压夹角影响具有相似性，均会使避雷器三相电流电压夹角分别出现增加、减少和基本不变三种情况。

因此，现有技术中给出了一种通过获得泄漏电流信号与电压信号的相位差来计算金属氧化物避雷器阻性电流的方法，如申请号为201510331313.X的专利文献《一种氧化锌避雷器阻性电流基波测量方法》，该具体公开了：首先获得避雷器泄漏电流信号与市参考信号的第一相位差，以及电压信号与市参考信号的第二相位差，根据第一相位差和第二相位差得到泄漏电流信号与电压信号的相位差，并根据该相位差获得避雷器阻性电流的基波。但是该方法并没有考虑相间干扰和空间干扰对阻性电流的影响，因而其计算结果并不准确，不能真实反映金属氧化物避雷器的运行状态。

发明内容

本发明提供了一种金属氧化物避雷器阻性电流测量方法及装置，以解决现有技术中的阻性电流测量方法不能滤除相间干扰和空间干扰对阻性电流的影响，从而不能保证避雷器阻性电流的准确测量的问题。

为解决上述技术问题，本发明的金属氧化物避雷器阻性电流测量方法包括如下步骤：

1)采集金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流信号及其相应的电压信号；

2)对步骤1)中的三相电流信号及电压信号进行处理，计算得三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值；

3)根据步骤2)中的三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值，并将所述三相电流电压信号相位夹角平均值作为三相电流电压信号相位夹角初始值；

4)根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；

5)根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。

步骤2)中对步骤1)中的三相电流信号及电压信号进行傅里叶变换，计算得三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值，再采用中值滤波进行处理，得到稳定运行的三相电流电压相位夹角Φ_Ahis、Φ_Bhis、Φ_Chis。

所述三相电流电压信号相位夹角平均值Φ_ave＝(Φ_Ahis+Φ_Bhis+Φ_Chis)/3。

所述三相电流电压信号相位夹角修正值Φ_A＝Φ_ave-(Φ_Ahis-Φ_Acur)，Φ_B＝Φ_ave-(Φ_Bhis-Φ_Bcur),Φ_C＝Φ_ave-(Φ_Chis-Φ_Ccur)，其中Φ_Acur、Φ_Bcur、Φ_Ccur为当前三相电流电压信号相位夹角。

所述金属氧化物避雷器三相阻性电流I_RA＝I_ACOSΦ_A，I_RB＝I_BCOSΦ_B，I_RC＝I_CCOSΦ_C，其中，I_A、I_B、I_C为当前三相电流信号的有效值。

本发明的金属氧化物避雷器阻性电流测量装置包括电流及电压采集模块、电流及电压信号处理模块、相位夹角修正模块及三相阻性电流计算模块；

所述电流及电压采集模块，用于采集金属氧化物避雷器三相电流信号及其相应的电压信号；

所述电流及电压信号处理模块，用于三相电流信号及电压信号进行处理，计算三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值，并根据三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值；

所述相位夹角修正模块，用于根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；

所述三相阻性电流计算模块，用于根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。

所述电流及电压信号处理模块对三相电流及相应电压信号进行傅里叶变换，计算得三相电流电压相位夹角及电流信号有效值，再采用中值滤波进行处理，得到稳定运行的三相电流电压相位夹角Φ_Ahis、Φ_Bhis、Φ_Chis。

所述三相电流电压信号相位夹角平均值Φ_ave＝(Φ_Ahis+Φ_Bhis+Φ_Chis)/3。

所述三相电流电压信号相位夹角修正值Φ_A＝Φ_ave-(Φ_Ahis-Φ_Acur)，Φ_B＝Φ_ave-(Φ_Bhis-Φ_Bcur),Φ_C＝Φ_ave-(Φ_Chis-Φ_Ccur)，其中Φ_Acur、Φ_Bcur、Φ_Ccur为当前三相电流电压信号相位夹角。

所述金属氧化物避雷器三相阻性电流I_RA＝I_ACOSΦ_A，I_RB＝I_BCOSΦ_B，I_RC＝I_CCOSΦ_C，其中，I_A、I_B、I_C为当前三相电流信号的有效值。

本发明的有益效果是：考虑到避雷器初始投运时，避雷器特性基本一致，其夹角也应该基本相同，本发明采用避雷器投运稳定后三相电流电压夹角的均值反映各相避雷器运行真实的电流电压夹角，并且，夹角均值与各相电流电压夹角的偏差大小同时反映了避雷器受到相间和空间干扰的情况。当避雷器真实出现故障时，通过计算历史夹角和当前夹角的变化量对各相避雷器夹角进行修正，修正后的夹角能够反映避雷器的各相电流电压夹角变化程度，反映避雷器运行情况。

本发明通过对避雷器现场电磁干扰环境进行分析，提出采用避雷器三相电流电压夹角的均值作为计算避雷器阻性电流夹角的初始值，同时通过对运行避雷器监测三相电流电压夹角的变化量对避雷器三相夹角初始值进行修正而后计算阻性电流的方法，该方法能有效的滤除相间和空间干扰对阻性电流的影响，准确计算出避雷器的阻性电流，从而真实反映MOA的运行状态，保证了电力***的安全运行。

附图说明

图1为本发明的避雷器阻性电流计算流程图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

本发明的金属氧化物避雷器阻性电流测量方法实施例

如图1所示，本发明的测量方法包括如下步骤：

1)采集金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流信号及其相应的电压信号；

2)对步骤1)中的三相电流信号及电压信号进行处理，计算三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值；

3)根据步骤2)中的三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值，并将所述三相电流电压信号相位夹角平均值作为三相电流电压信号相位夹角初始值；

4)根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；

5)根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。

下面对上述步骤进行详细阐述：

对于步骤1)，实时采集金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流信号及对应电压信号，并进行重采样同步处理。

对于步骤2)，分别对各相电流和电压信号进行傅里叶变换，计算得三相电流电压的相位夹角及三相电流信号的有效值，采用中值滤波算法处理，然后得到稳定运行的三相电流电压相位夹角Φ_Ahis，Φ_Bhis，Φ_Chis。对于计算得到的三相电流电压的相位夹角进行存储，以便于后面相位夹角平均值的计算。

对于步骤3)，计算避雷器三相电流电压夹角Φ_Ahis，Φ_Bhis，Φ_Chis的平均值Φ_ave，Φ_ave＝(Φ_Ahis+Φ_Bhis+Φ_Chis)/3，并将三相电流电压夹角Φ_Ahis，Φ_Bhis，Φ_Chis的夹角平均值Φ_ave当做定值进行存储。

对于步骤4)，计算避雷器当前阻性电流时，首先利用避雷器当前三相电流电压相位夹角对上述步骤3)中的电流电压夹角平均值Φ_ave进行修正获得三相电流电压相位夹角的修正值，避雷器A、B、C三相的电流电压夹角修正值为三相夹角的平均值Φ_ave减去A,B,C相角存储历史值Φ_Ahis，Φ_Bhis，Φ_Chis与对应相当前夹角值Φ_Acur,Φ_Bcur,Φ_Ccur的变化量，具体计算公式为Φ_A＝Φ_ave-(Φ_Ahis-Φ_Acur)，Φ_B＝Φ_ave-(Φ_Bhis-Φ_Bcur),Φ_C＝Φ_ave-(Φ_Chis–Φ_Ccur)。

对于步骤5)，电流电压夹角修正后用基波法分别计算A，B，C三相阻性电流I_RA＝I_ACOSΦ_A，I_RB＝I_BCOSΦ_B，I_RC＝I_CCOSΦ_C，其中，I_A、I_B、I_C为当前三相电流信号的有效值。

当前三相电流信号的有效值I_A、I_B、I_C及当前相位夹角值Φ_Acur,Φ_Bcur,Φ_Ccur的获取过程为：由于三相电流信号及对应电压信号是实时采集和计算的，所以，当前三相电流信号的有效值I_A、I_B、I_C及当前相位夹角值Φ_Acur,Φ_Bcur,Φ_Ccur在步骤2)中也已经计算得到，即采集金属氧化物避雷器当前的三相电流信号及对应电压信号，并进行重采样同步处理，分别对当前各相电流和电压信号进行傅里叶变换，计算得三相电流电压的夹角及对应各相电流信号的有效值，采用中值滤波算法处理，然后得到当前三相电流信号的有效值I_A、I_B、I_C及当前夹角值Φ_Acur,Φ_Bcur,Φ_Ccur。

本发明的金属氧化物避雷器阻性电流测量装置实施例

本发明的装置包括电流及电压采集模块、电流及电压信号处理模块、相位夹角修正模块及三相阻性电流计算模块，下面详细介绍各个模块的功能。

电流及电压采集模块，用于采集金属氧化物避雷器三相电流信号及其相应的电压信号。该模块既用于采集金属氧化物避雷器运行稳定时的电压电流信号，也采集金属氧化物避雷器当前的电压电流信号。

电流及电压信号处理模块，用于三相电流信号及电压信号进行处理，计算三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值，并根据三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值；该模块可对金属氧化物避雷器运行稳定时的电压电流信号进行处理获取三相电流电压夹角Φ_Ahis，Φ_Bhis，Φ_Chis及其平均值，还可对金属氧化物避雷器当前的电压电流信号进行处理获取当前电流信号有效值及三相电流电压夹角Φ_Acur,Φ_Bcur,Φ_Ccur。平均值的计算公式见上述方法实施例的夹角平均值计算公式。

相位夹角修正模块，用于根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；该修正值的计算公式与上述方法实施例中的计算公式相同，这里不再详细介绍。

三相阻性电流计算模块，用于根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流，具体的计算公式参考上述方法实施例的阻性电流计算公式。

Claims (10)

1.一种金属氧化物避雷器阻性电流测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)采集金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流信号及其相应的电压信号；

2)对步骤1)中的三相电流信号及电压信号进行处理，计算得三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值；

3)根据步骤2)中的三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值，并将所述三相电流电压信号相位夹角平均值作为三相电流电压信号相位夹角初始值；

4)根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；

5)根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。

2.根据权利要求1所述金属氧化物避雷器阻性电流测量方法，其特征在于，步骤2)中对步骤1)中的三相电流信号及电压信号进行傅里叶变换，得到三相电流电压相位夹角，再采用中值滤波进行处理，得到稳定运行的三相电流电压相位夹角Φ_Ahis、Φ_Bhis、Φ_Chis。

3.根据权利要求2所述金属氧化物避雷器阻性电流测量方法，其特征在于，所述三相电流电压信号相位夹角平均值Φ_ave＝(Φ_Ahis+Φ_Bhis+Φ_Chis)/3。

4.根据权利要求3所述金属氧化物避雷器阻性电流测量方法，其特征在于，所述三相电流电压信号相位夹角修正值Φ_A＝Φ_ave-(Φ_Ahis-Φ_Acur)，Φ_B＝Φ_ave-(Φ_Bhis-Φ_Bcur),Φ_C＝Φ_ave-(Φ_Chis-Φ_Ccur)，其中Φ_Acur、Φ_Bcur、Φ_Ccur为当前三相电流电压信号相位夹角。

5.根据权利要求4所述金属氧化物避雷器阻性电流测量方法，其特征在于，所述金属氧化物避雷器三相阻性电流I_RA＝I_ACOSΦ_A，I_RB＝I_BCOSΦ_B，I_RC＝I_CCOSΦ_C，其中，I_A、I_B、I_C为当前三相电流信号的有效值。

6.一种金属氧化物避雷器阻性电流测量装置，其特征在于，该装置包括电流及电压采集模块、电流及电压信号处理模块、相位夹角修正模块及三相阻性电流计算模块；

所述电流及电压采集模块，用于采集金属氧化物避雷器三相电流信号及其相应的电压信号；

所述电流及电压信号处理模块，用于三相电流信号及电压信号进行处理，计算得三相电流电压信号相位夹角及三相电流信号有效值，并根据三相电流电压信号相位角，计算三相电流电压信号相位夹角平均值；

所述相位夹角修正模块，用于根据当前三相电流电压信号相位夹角及金属氧化物避雷器运行稳定时的三相电流电压信号相位夹角，对三相电流电压信号相位夹角初始值进行修正，得到三相电流电压信号相位夹角修正值；

所述三相阻性电流计算模块，用于根据三相电流电压信号相位夹角修正值，采用基波法计算得到金属氧化物避雷器三相阻性电流。

7.根据权利要求6所述金属氧化物避雷器阻性电流测量装置，其特征在于，所述电流及电压信号处理模块对三相电流信号及电压信号进行傅里叶变换，计算得到三相电流电压相位夹角和三相电流信号有效值，再采用中值滤波进行处理，得到稳定运行的三相电流电压相位夹角Φ_Ahis、Φ_Bhis、Φ_Chis。

8.根据权利要求7所述金属氧化物避雷器阻性电流测量装置，其特征在于，所述三相电流电压信号相位夹角平均值Φ_ave＝(Φ_Ahis+Φ_Bhis+Φ_Chis)/3。

9.根据权利要求8所述金属氧化物避雷器阻性电流测量装置，其特征在于，所述三相电流电压信号相位夹角修正值Φ_A＝Φ_ave-(Φ_Ahis-Φ_Acur)，Φ_B＝Φ_ave-(Φ_Bhis-Φ_Bcur),Φ_C＝Φ_ave-(Φ_Chis-Φ_Ccur)，其中Φ_Acur、Φ_Bcur、Φ_Ccur为当前三相电流电压信号相位夹角。

10.根据权利要求9所述金属氧化物避雷器阻性电流测量装置，其特征在于，所述金属氧化物避雷器三相阻性电流I_RA＝I_ACOSΦ_A，I_RB＝I_BCOSΦ_B，I_RC＝I_CCOSΦ_C，其中，I_A、I_B、I_C为当前三相电流信号的有效值。