专利名称：一种检测避雷器阻性电流的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种不采集电压信号作为参考量来检测避雷 器阻性电流的检测方法。技术背景
避雷器的泄漏全电流包含了容性泄漏电流和阻性泄漏电流两个部分。其中阻性泄 漏电流是真正反映避雷器运行状态的技术参数。由于阻性泄漏电流的检测常规上必须采样 泄漏全电流和电压，通过计算电压和泄漏全电流的夹角，然后利用三角函数关系推算出阻 性泄漏电流。阻性泄漏电流通常情况下只占泄漏全电流的10% 15%，经过两次乘法计算 得出的阻性泄漏电流值误差已经比较大。造成常规检测方法的两个致命缺陷检测精度较 差、无法真实反映避雷器工作状态。检测成本较高，由于需要使用采样电压的高压PT，无法 推广。
与专利公开号为CN101359610A的《一种无电压参考量检测避雷器阻性电流的监 视仪实现方法》和专利公开号为CN1892M0A的《一种对避雷器泄漏电流中阻性电流值的在 线监测方法》相比，专利公开号为CN1892M0A的申请中未提及避雷器泄漏电流的采样方法， 专利公开号为CN101359610A的申请中提出了同步固定周期采样避雷器泄漏电流的方法。
专利公开号为CN101359610A的申请中，它公开了同步固定周期采样方法，但是这 种方法非常繁琐。该方法是通过单调递增区间第一极值的方法进行采集的，受到谐波和干 扰的影响，使得容性电流峰值的不确定及不准确。发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供一种不采集电压信号作为参考量来检测避 雷器阻性电流的检测方法，得出的阻性泄漏电流值误差较小，检测精度较高、能过较好地反 映避雷器工作状态。检测成本较低，易于推广。
实现上述目的的技术方案是一种检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，包括以 下步骤
步骤Si，首先从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同 增益的采样，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形，分别是1倍增益的周期 信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3，10倍增益的周期信 号波形V4 ；
步骤S2，对各采样泄漏全电流不同增益的周期信号波形VI、V2、V3、V4进行滤波， 确保泄漏全电流波形的纯净度；
步骤S3，计算1倍增益的周期信号波形Vl的有效值，判断V1、V2、V3、V4中那几个 波形没有超出检测动态范围，没有超出检测动态范围的则可以使用；
步骤S4，对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形；
步骤S5，以此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值；
步骤S6，根据确定的容性泄漏电流最大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻 性泄漏电流有效值作为监视值，然后返回步骤Si。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，所述的步骤Sl中，对于固定周期 的泄漏全电流信号进行多路不同增益的采样以获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期 信号波形是通过以下的方式获得的
从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同增益的A/D采 样，采样点数不少于128点，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，所述的步骤Sl中，获得同一时刻 泄漏全电流不同增益的周期信号波形是通过以下方式获得
从任意时刻开始，将输入泄漏全电流信号V同时经过4个放大器进行不同增益的 放大，然后同时通过4个相同性能的A/D模块进行采样，其中，4个放大器分别为第一至第四 放大器，第一放大器是1倍增益，得到1倍增益的周期信号波形Vl = V，第二放大器是2倍 增益，得到2倍增益的周期信号波形V2 = 2V，第三放大器是3倍增益，得到3倍增益的周期 信号波形V3 = 3V，第四放大器是10倍增益，得到10倍增益的周期信号波形V4 = IOV0
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，所述的A/D模块是高精度且分辨 率不小于10位的模数转换器。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，步骤S2中，对各采样泄漏全电流 不同增益的周期信号波形VI、V2、V3、V4进行滤波，以确保泄漏全电流波形的纯净度，所使 用的方法是不少于4次的滑动滤波法，其计算公式为Vx (η) =[￥(11-1)/^，其中￥乂11)为一 个固定周期内的第η个采样点的滑动平均滤波值，V(n-i)为一个固定周期内的第n-id个 采样点的值，k为滑动平均次数，k取值大于等于4，i的取值范围为0 k-1。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，步骤S3，计算1倍增益的周期信号 波形Vl的有效值，判断VI、V2、V3、V4中那几个波形没有超出检测动态范围，则可以使用， 其判断方法如下
如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值>满量程的60 %，则只有1倍增益的周 期信号波形Vl没有超出动态范围；
如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 60%，则1倍增益的周期信 号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范围；
如果5%彡1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 40%，则1倍增益的周期信号 波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期信号波形V3没有超出动态范围；
如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 5%，则1倍增益的周期信号波形VI、 2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4 没有超出动态范围。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，步骤S4中，对可用波形进行组合， 形成16倍增益的波形，其波形的形成方式如下
如果只有1倍增益的周期信号波形Vl没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 Vl X 16组成16倍增益的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范 围，则16倍增益的波形为VlX8+V2X4组成16倍增益的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期 信号波形V3没有超出动态范围，则16倍增益的波形为V1X2+V2X4+V3X2组成16倍增益 的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期 信号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 V1+V2+V3+V4组成16倍增益的波形。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，步骤S5中以此16倍增益的波形为 依据，确定容性泄漏电流最大值是通过以下方法实现
从16倍增益的波形周期信号中内的0 5 π /16时间段内寻找到最大值，并将此 最大值点的时刻Tx设为容性泄漏电流的峰值点时刻。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，最大值点的时刻Tx的确定按照以 下公式确定
Tx = E Tk/n，其中Tx为容性泄漏电流的峰值点时刻，Tk为第k个最大值点的时刻， k的取值范围为0 η，η为最大值点的总数。
上述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其中，步骤S6中根据确定的容性泄漏电 流最大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻性泄漏电流有效值作为监视值在电压参 量没有实际参与测量和计算的情况下，按以下方法实现，根据容性泄漏电流的峰值点时刻 Tx,
一方面，得到阻性电流的峰值点时刻为Tx+T/4，T为波形固定周期，进一步得到16 倍增益的波形上Tx+T/4时刻的值为阻性电流的峰值IRl ；
另一方面，同时得到16倍增益的波形上Tx时刻的值为Ic容性泄漏电流的峰，16 倍增益的波形为全电流波形Ix (t)，容性泄漏电流波形Ic (t) = Ιο8 η[α-Τχ+Τ/4)*2π/ Τ]，阻性泄漏电流波形IR(t) = Ix(t)-Ic(t),IR(t)的最大值为阻性泄漏电流的峰值IR2;
计算阻性电流的峰值，为IRm = (IRl+IR2)/2 ；
计算阻性电流的有效值，为顶=SQRT [ Σ IR(t)2/T]。
由于采用上述技术方案，本发明提供的无电压参考量检测避雷器阻性电流的监视 方法具有这样的有益效果实现了得出的阻性泄漏电流值误差较小，检测精度较高、能过较 好地反映避雷器工作状态。检测成本较低，易于推广。采用本发明的方法以后，使用多路多 增益的周期采样方法替代了公开号为CN101359610A的专利申请中繁琐的同步固定周期采 样方法，具有以下几个优点
1.小信号检测不再受同步比较器翻转阀值的限制，提高了检测灵敏度。
2.大信号检测不再受单个放大回路的动态范围限制，扩大了检测范围。
3.信号的计算分析不再受单个放大回路的增益限制，提高了分辨率。
与公开号为CN101359610A的专利申请《一种无电压参考量检测避雷器阻性电流 的监视仪实现方法》和公开号为CN1892M0A的专利申请《一种对避雷器泄漏电流中阻性电 流值的在线监测方法》相比，在容性电流峰值的确定流程上本发明已经使用了新的区域内 最大值方法，克服了原先单调递增区间第一极值方法的漏洞，不再受到谐波和干扰的影响， 使得容性电流峰值的确定及其准确；并且，在阻性电流的计算流程也有所不同，本发明中增 加了有效值计算。

图1是本发明的检测避雷器阻性电流的检测方法的流程图2是本发明的检测避雷器阻性电流的检测方法的阻性泄漏电流波形图3是实现本发明中步骤Sl的电路示意图4是本发明中步骤S3和步骤S4的流程图5是本发明中步骤S6的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，图中示出了本发明的一种检测避雷器阻性电流的检测方法，包 括以下步骤
步骤Si，首先从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同 增益的采样，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形，分别是1倍增益的周期 信号波形vi、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3，10倍增益的周期信 号波形V4 ；
步骤S2，对各采样泄漏全电流不同增益的周期信号波形VI、V2、V3、V4进行滤波， 确保泄漏全电流波形的纯净度；
步骤S3，计算1倍增益的周期信号波形Vl的有效值，判断V1、V2、V3、V4中那几个 波形没有超出检测动态范围，可以使用；
步骤S4,对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形；
步骤S5，以此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值；
步骤S6，根据确定的容性泄漏电流最大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻 性泄漏电流有效值作为监视值，然后返回步骤Si。
下面将对各个步骤作进一步说明。
步骤Sl中，对于固定周期的泄漏全电流信号进行多路不同增益的采样以获得同 一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形是通过以下的方式获得的从任意时刻开始， 对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同增益的A/D采样，采样点数不少于1 点， 获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形，具体实施方式
如下
请参阅图3，从任意时刻开始，将输入泄漏全电流信号V同时经过4个放大器进行 不同增益的放大，然后同时通过4个相同性能的A/D模块2进行采样，其中，4个放大器分别 为第一至第四放大器11至14，第一放大器11是1倍增益，得到1倍增益的周期信号波形Vl =V,第二放大器12是2倍增益，得到2倍增益的周期信号波形V2 = 2V，第三放大器13是 3倍增益，得到3倍增益的周期信号波形V3 = 3V，第四放大器14是10倍增益，得到10倍 增益的周期信号波形V4 = 10V，A/D模块2是高精度且分辨率不小于10位的模数转换器， 本实施例中A/D模块2采用C2000系列DSP芯片或各种自带的12位分辨率的A/D的单片 机完成，输入泄漏全电流信号V的取值范围为0 10mA。。
步骤S2中，对各采样泄漏全电流不同增益的周期信号波形VI、V2、V3、V4进行滤 波，以确保泄漏全电流波形的纯净度，所使用的方法是不少于4次的滑动滤波法，其计算公7式为Vx(n) =Σ V(n-i)/k，其中Vx(n)为一个固定周期内的第η个采样点的滑动平均滤波 值，V(n-i)为一个固定周期内的第n-id个采样点的值，k为滑动平均次数，k取值大于等于 4，i的取值范围为0 k-1。
请参阅图4，是本实施例中，步骤S3和步骤S4的流程图。
步骤S3，计算1倍增益的周期信号波形Vl的有效值，判断V1、V2、V3、V4中那几个 波形没有超出检测动态范围，可以使用，其判断方法如下
如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值>满量程的60 %，则只有1倍增益的周 期信号波形Vl没有超出动态范围；
如果40%彡1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 60%，则1倍增益的周期信 号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范围；
如果5%彡1倍增益的周期信号波形Vl的有效值<40%，则1倍增益的周期信号 波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期信号波形V3没有超出动态范围；
如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 5%，则1倍增益的周期信号波形VI、 2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4 没有超出动态范围。
步骤S4中，对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形，其波形的形成方式如 下
如果只有1倍增益的周期信号波形Vl没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 Vl X 16组成16倍增益的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范 围，则16倍增益的波形为VlX8+V2X4组成16倍增益的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期 信号波形V3没有超出动态范围，则16倍增益的波形为Vl X 2+V2 X 4+V3 X 2组成16倍增益 的波形；
如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期 信号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 V1+V2+V3+V4组成16倍增益的波形。
这两个步骤均按照流程图实施过程中。满量程是10mA，60%满量程是6mA，40%满 量程是4mA，5%满量程是0. 5mA。
步骤S 5中以此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值是通过以下方 法实现从16倍增益的波形周期信号中内的0 5 π /16时间段内寻找到最大值，并将此最 大值点的时刻Tx设为容性泄漏电流的峰值点时刻。
在波形的顶端由于分辨率的原因导致会有多个最大值点，则最大值点的时刻Tx 的确定按照以下公式确定
Tx = E Tk/n，其中Tx为容性泄漏电流的峰值点时刻，Tk为第k个最大值点的时刻， k的取值范围为0 η，η为最大值点的总数。
请参阅图5，示出了步骤S6的流程示意图，步骤S6中根据确定的容性泄漏电流最 大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻性泄漏电流有效值作为监视值在电压参量没 有实际参与测量和计算的情况下，按以下方法实现，根据容性泄漏电流的峰值点时刻Τχ，
一方面，得到阻性电流的峰值点时刻为Tx+T/4，T为波形固定周期，进一步得到16 倍增益的波形上Tx+T/4时刻的值为阻性电流的峰值IRl ；
另一方面，同时得到16倍增益的波形上Tx时刻的值为Ic容性泄漏电流的峰，16 倍增益的波形为全电流波形Ix (t)，容性泄漏电流波形Ic (t) = Ιο8 η[α-Τχ+Τ/4)*2π/ Τ]，阻性泄漏电流波形IR(t) = Ix(t)-Ic(t),IR(t)的最大值为阻性泄漏电流的峰值IR2 ；
计算阻性电流的峰值，为IRm = (IRl+IR2)/2 ；
计算阻性电流的有效值，为顶=SQRT [ Σ IR(t)2/T]。
以上实施方式对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明 对本发明做出种种变化例。因而，实施方式中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明 将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，包括以下步骤步骤Si，首先从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同增益 的采样，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形，分别是1倍增益的周期信号 波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3，10倍增益的周期信号波 形V4 ；步骤S2，对各采样泄漏全电流不同增益的周期信号波形VI、V2、V3、V4进行滤波，确保 泄漏全电流波形的纯净度；步骤S3，计算1倍增益的周期信号波形Vl的有效值，判断V1、V2、V3、V4中那几个波形 没有超出检测动态范围，没有超出检测动态范围的则可以使用；步骤S4，对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形；步骤S5，以此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值；步骤S6，根据确定的容性泄漏电流最大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻性泄 漏电流有效值作为监视值，然后返回步骤Sl。
2.根据权利要求1所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，所述的步骤 Sl中，对于固定周期的泄漏全电流信号进行多路不同增益的采样以获得同一时刻泄漏全电 流不同增益的周期信号波形是通过以下的方式获得的从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号V进行多路不同增益的A/D采样，采 样点数不少于128点，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形。
3.根据权利要求2所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，所述的步骤 Sl中，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形是通过以下方式获得从任意时刻开始，将输入泄漏全电流信号V同时经过4个放大器进行不同增益的放大， 然后同时通过4个相同性能的A/D模块进行采样，其中，4个放大器分别为第一至第四放大 器，第一放大器是1倍增益，得到1倍增益的周期信号波形Vl = V,第二放大器是2倍增益， 得到2倍增益的周期信号波形V2 = 2V，第三放大器是3倍增益，得到3倍增益的周期信号 波形V3 = 3V，第四放大器是10倍增益，得到10倍增益的周期信号波形V4 = IOV0
4.根据权利要求3所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，所述的A/D模 块是高精度且分辨率不小于10位的模数转换器。
5.根据权利要求1所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，步骤S2中，对 各采样泄漏全电流不同增益的周期信号波形V1、V2、V3、V4进行滤波，以确保泄漏全电流波 形的纯净度，所使用的方法是不少于4次的滑动滤波法，其计算公式为Vx (η) =Σ V(n-i)/ k，其中Vx(n)为一个固定周期内的第η个采样点的滑动平均滤波值，V(n-i)为一个固定周 期内的第n-id个采样点的值，k为滑动平均次数，k取值大于等于4，i的取值范围为0 k-1。
6.根据权利要求1所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，步骤S3，计算 1倍增益的周期信号波形Vl的有效值，判断V1、V2、V3、V4中那几个波形没有超出检测动态 范围，则可以使用，其判断方法如下如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值>满量程的60 %，则只有1倍增益的周期信 号波形Vl没有超出动态范围；如果40%< 1倍增益的周期信号波形Vl的有效值<60%，则1倍增益的周期信号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范围；如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 40%，则1倍增益的周期信号波形 VU2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期信号波形V3没有超出动态范围；如果1倍增益的周期信号波形Vl的有效值< 5%，则1倍增益的周期信号波形Vl、2倍 增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4没有 超出动态范围。
7.根据权利要求1或6所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，步骤S4 中，对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形，其波形的形成方式如下如果只有1倍增益的周期信号波形Vl没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 Vl X 16组成16倍增益的波形；如果1倍增益的周期信号波形Vl和2倍增益的周期信号波形V2没有超出动态范围， 则16倍增益的波形为V1X8+V2X4组成16倍增益的波形；如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2和3倍增益的周期信号 波形V3没有超出动态范围，则16倍增益的波形为V1X2+V2X4+V3X2组成16倍增益的波 形；如果1倍增益的周期信号波形Vl、2倍增益的周期信号波形V2，3倍增益的周期信 号波形V3和10倍增益的周期信号波形V4没有超出动态范围，则16倍增益的波形为 V1+V2+V3+V4组成16倍增益的波形。
8.根据权利要求1所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，步骤S5中以 此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值是通过以下方法实现从16倍增益的波形周期信号中内的0 5 π /16时间段内寻找到最大值，并将此最大 值点的时刻Tx设为容性泄漏电流的峰值点时刻。
9.根据权利要求8所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，最大值点的 时刻Tx的确定按照以下公式确定Tx=E Tk/n，其中Tx为容性泄漏电流的峰值点时刻，Tk为第k个最大值点的时刻，k的 取值范围为0 η，η为最大值点的总数。
10.根据权利要求1或8所述的检测避雷器阻性电流的检测方法，其特征在于，步骤S6 中根据确定的容性泄漏电流最大值，计算阻性泄漏电流最大值，最后计算阻性泄漏电流有 效值作为监视值在电压参量没有实际参与测量和计算的情况下，按以下方法实现，根据容 性泄漏电流的峰值点时刻Τχ，一方面，得到阻性电流的峰值点时刻为Tx+T/4，T为波形固定周期，进一步得到16倍增 益的波形上Tx+T/4时刻的值为阻性电流的峰值IRl ；另一方面，同时得到16倍增益的波形上Tx时刻的值为Ic容性泄漏电流的峰，16倍增 益的波形为全电流波形Ix (t)，容性泄漏电流波形Ic (t) = ICSin[(t-TX+T/4h2Ji/T]，阻 性泄漏电流波形IR(t) = Ix(t)-Ic(t),IR(t)的最大值为阻性泄漏电流的峰值IR2 ； 计算阻性电流的峰值，为IRm = (IRl+IR2)/2 ； 计算阻性电流的有效值，为IR= SQRT [ Σ IR(t)2/T]。
全文摘要
本发明公开了一种检测避雷器阻性电流的检测方法，首先从任意时刻开始，对于固定周期的泄漏全电流信号进行多路不同增益的采样，获得同一时刻泄漏全电流不同增益的周期信号波形，分别是V1至V4；对V1至V4进行滤波；计算V1的有效值，判断V1至V4中那几个波形没有超出检测动态范围，没有超出检测动态范围的则可以使用；对可用波形进行组合，形成16倍增益的波形；以此16倍增益的波形为依据，确定容性泄漏电流最大值；计算阻性泄漏电流最大值及阻性泄漏电流有效值。本发明得出的阻性泄漏电流值误差较小，检测精度较高、能过较好地反映避雷器工作状态。检测成本较低，易于推广。
文档编号G01R31/02GK102043084SQ201010574020
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者李新育, 祝铭, 范慧娟, 董慈航 申请人:上海思盛信息科技事务所