专利名称：一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法
技术领域：
本发明属于电气设备测试领域，尤其涉及一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方 法。
背景技术：
金属氧化物避雷器(Metal Oxide Arrester, M0A)由于具有体积小、造价低、保护 性能优越、非线性特性好、通流量大、残压低等优点，是电力系统中重要的过电压保护设备。 目前，不仅在高压、超高压电力系统中几乎全部采用Μ0Α，而且在已投入运行的电力系统中 也大量改用Μ0Α。随着MOA在电力系统中的广泛应用，大大提高了电力系统的安全性，也降 低了设备成本，产生了巨大的经济效益和社会效益。经过几十年的现场运行，MOA在充分显 示优越性的同时，也暴露了其缺点和不足，MOA在现场运行时容易出现受潮、老化和冲击劣 化等故障，严重时甚至会导致避雷器的爆炸，严重影响系统的正常运行。金属氧化物避雷 器阻性电流反映了避雷器运行状况，根据阻性电流及其谐波分量的变化结果能判断MOA性 能，所以对运行中的金属氧化物避雷器阻性电流进行检测非常有必要。通常情况下金属氧 化物避雷器阻性电流仅占总泄漏电流的5% 20%，即使避雷器受潮和老化严重时总泄漏 电流变化也不大，所以有必要从总泄漏电流中提取阻性电流的基波和三次谐波分量。由于避雷器的非线性电阻和晶介电容无法准确获得，因此有必要研究阻性电流的 获得方法。容性电流补偿法将电压信号移相90°后成为容性分量，从而可以补偿容性电 流，但该方法没有考虑到谐波的存在，当谐波存在时该算法存在误差。改进容性电流补偿法 考虑了谐波存在的影响，认为容抗随着谐波次数的增加成正比增大，但是该方法认为基波 的阻性电流和容性电流是正交关系，而实际上根据非线性电阻的定义并不能推导出以上关 系，算法理论上不够严谨，而且该算法的误差会随着3次谐波的增加而增大。变系数补偿法 的原理与改进容性电流补偿法类似。POW(Point-on-Wave)法根据半周期内容性电流波形关 于η/2原点对称，从而可以消去容性分量，但该方法没有考虑电压谐波的存在。谐波分析 法将电压和电流信号用FFT分解为各次谐波，认为电压的各次谐波与阻性电流对应的各次 谐波是同相位的，该特性对于线性电阻成立，但对于非线性电阻并没有以上的关系，因此方 法也存在误差。

发明内容
为解决上述各种方法存在的不足，本发明提供了一种金属氧化物避雷器阻性电流 提取方法。本发明的技术方案是，通过互感器或电容分压器获得施加于金属氧化物避雷器上 的电压信号u (t)，利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器获得金属氧化物避雷器中流 过的电流信号i (t)，然后根据电压信号利用傅里叶算法获得与容性电流波形一致但幅值成 比例的电流信号ia(t)，根据正交原理获得晶介电容C，避雷器的容性电流ic(t) = Cici (t)， 从而获得避雷器的阻性电流iK(t) = i(t)-icl(t)0
获得所述电流信号ia (t)的步骤为通过对电压信号进行傅里叶变换获得各次谐 波的幅值和相位，然后将各次谐波幅值乘以谐波次数、谐波相位移相90°并将得到的各次 谐波累加。所述真实容性电流根据晶介电容C以及与真实容性电流成比例的电流ia (t)的乘 积获得。本发明的有益效果包括(1)准确性高因为小电流区MOA阻性电流与容性电流存在正交性，而本发明正是根据阻性电流 和容性电流存在的正交性，通过FFT算法实现对电压信号的微分，避免了用移相电路时存 在的误差，实际应用效果好。(2)能准确获得晶界电容MOA的晶界电容也是其一个重要的参数，获得该电容值有助于对MOA绝缘状态进 行监测，以更好地维护它的运行。


下面结合附图对本发明作详细说明图1为MOA在小电流区的等效电路图；图2为本发明的流程图；图3为实际验证时的MOA电压和泄漏电流接线图；图4为实际测量得到的MOA电压和泄漏电流信号。
具体实施例方式当流过MOA泄漏电流小于ImA时，MOA处于小电流区，小电流区时MOA等值电路模 型如附图1所示。附图1中R为MOA的非线性电阻；C为晶介电容；iK为阻性电流；为容性电流；i 为全电流；u为加在避雷器上的电压。电压U、全电流i、阻性电流iK和容性电流ie满足如下关系iE = f(u)(1)
. du,、Zc =C—(2)
dti = ic+iE(3)式中iK = f(u)为非线性电阻的电压电流关系，是代数关系。设T为施加于MOA上电压信号周期，则容性电流和阻性电流“乘积在一个周期 内的积分为砂“肿(4)将式(1)、(2)带入式(4)，有A =( 5 )[0029(2)通过采集卡将电压和泄漏电流信号存储为数字化离散信号；(3)根据式(11) (14)获得阻性电流。实验验证避雷器选用型号为HY5WS-17/50的合成绝缘金属氧化物避雷器，对试品施加有效 值为IOkV的交流电压，用电容分压器和无感电阻分别取出电压和泄漏电流信号后接入示 波器显示和存储，试验电路如附图3所示。Tl-自耦调压器；T2-YDJ5/50型工频试验变压器；Rl_保护电阻；C1、C2_电容分压 器，变比为5000 ；R2-无感取样电阻，20k Ω。采样频率为25kHz，采样时间长度为0. ls，重复测量12组电压和电流信号。选择 典型的电压和电流信号如附图4所示。3种方法计算所得阻性电流的基波和三次谐波的统计情况如表1、2所示。表1阻性电流基波计算结果/mA
算法均值最大值 最小值 标准差
谐波分析法1.80x10"21.83χ10"21.79x10"21.19^10"4
POW 法1.30χ1(Γ21.57χ10"2Ι.Ι χΙΟ"21.29><10"3
本发明提供方法1.80X1CT2L83X10"21.79x10"21.19><10"4 表2阻性电流3次谐波计算结果/mA
权利要求
一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，其特征在于，通过互感器或电容分压器获得施加于金属氧化物避雷器上的电压信号u(t)，利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器获得金属氧化物避雷器中流过的电流信号i(t)，然后根据电压信号利用傅里叶算法获得与容性电流波形一致但幅值成比例的电流信号iC1(t)，根据正交原理获得晶介电容C，避雷器的容性电流iC(t)＝CiC1(t)，从而获得避雷器的阻性电流iR(t)＝i(t) iC1(t)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述电流信号ia(t)的步骤为通过 对电压信号进行傅里叶变换获得各次谐波的幅值和相位，然后将各次谐波幅值乘以谐波次 数、谐波相位移相90°并将得到的各次谐波累加。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述真实容性电流根据晶介电容C以及与真 实容性电流成比例的电流ia(t)的乘积获得。
全文摘要
本发明提供一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法。技术方案是获得施加于避雷器上的电压信号以及流过MOA中的泄漏电流，将电压信号进行快速傅立叶变换获得各次谐波幅值和相位，根据电容上电压信号和电流信号的相位关系以及获得的电压各次谐波幅值和相位获得与避雷器容性电流波形相同但幅值成比例的容性电流信号，再根据避雷器阻性电流与容性电流正交的原理获得避雷器的阻性电流。本方法原理上非常严谨，实现上较为方便，数字信号抗干扰能力强，因为采用傅里叶变换处理移相，理论上即使存在各次谐波均不会导致误差，实际应用中可有效提高阻性电流测量的准确性。
文档编号G01R31/00GK101986164SQ201010288860
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者律方成, 徐志钮, 李燕青, 王永强, 谢红玲 申请人:华北电力大学(保定)