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1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市 100085；2. 北京信威通信技術(shù)有限公司，北京市 100085
摘要：采用帶電檢測(cè)氧化鋅避雷器（MOA）的方法，現(xiàn)場(chǎng)采集MOA的電壓和總泄漏電流信號(hào)，然后由阻性電流提取算法軟件計(jì)算得到MOA的阻性電流，以此可判斷MOA在系統(tǒng)中的運(yùn)行狀況。詳細(xì)介紹了阻性電流提取算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在算法中采取了多種抑制干擾（如頻率波動(dòng)、諧波影響、電壓互感器相移和相間雜散電容等）的措施，最后通過(guò)實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證了此算法的可行性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：氧化鋅避雷器；帶電檢測(cè)；阻性電流；供用電
0 引言
氧化鋅避雷器（MOA）具有通流容量大、殘壓低、無(wú)工頻續(xù)流、反應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能降低被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的過(guò)電壓保護(hù)。由于MOA無(wú)間隙，在運(yùn)行中閥片長(zhǎng)期承受電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓的作用，以及內(nèi)部受潮或污穢等因素的影響，因而會(huì)造成閥片劣化，進(jìn)而損壞MOA，甚至可能引起大面積停電事故�？梢�(jiàn)，為保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，檢測(cè)MOA的運(yùn)行特性顯得尤為重要。
MOA的檢測(cè)方法有文［1］中規(guī)定的例行性停電檢測(cè)、帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)等，這些方法都是為了得到MOA的運(yùn)行特性并以此判斷MOA在系統(tǒng)中的運(yùn)行狀況，以便預(yù)防停電事故的發(fā)生。本文提出用帶電檢測(cè)MOA方法采集MOA的全電流，運(yùn)用阻性電流提取算法獲得MOA的阻性電流，以實(shí)現(xiàn)判斷MOA的運(yùn)行狀況。
1 MOA帶電檢測(cè)方法
文中采用的帶電檢測(cè)MOA的方法如圖1所示。從被測(cè)相電壓互感器（TV）二次側(cè)獲取電壓信號(hào)，用嵌式電流互感器（TA）在MOA的放電計(jì)數(shù)器接地線上獲取全電流信號(hào)，數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)此2路信號(hào)進(jìn)行同步采樣，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送到便攜式計(jì)算機(jī)，由阻性電流提取算法軟件計(jì)算得到MOA的阻性電流，從而進(jìn)一步分析MOA的運(yùn)行狀況，并判斷能否在系統(tǒng)中繼續(xù)運(yùn)行以保護(hù)電力設(shè)備。
圖1 MOA帶電檢測(cè)示意圖
由采樣得到的電壓和全電流信號(hào)，應(yīng)用傅立葉變換（FFT）轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行分解，可分別得到MOA的阻性電流Ir和容性電流Ic的各次諧波分量，經(jīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，再返回時(shí)域合成得到總泄漏電流Ix和容性電流Ic。
然而，現(xiàn)場(chǎng)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(dá)式為
式中，C11為～被測(cè)相MOA的對(duì)地電容；C12、C13為相間雜散電容；u1為被測(cè)相MOA的電壓；u2、u3為鄰相MOA電壓。
由于系統(tǒng)的三相電壓的對(duì)稱性，因而由電壓u1得到的采樣信號(hào)可依次得到u2、u3，以及時(shí)頻域轉(zhuǎn)換后的容性電流Ic。利用海森矩陣可計(jì)算得到C11、C12和C13的值，然后由雅克比矩陣重新計(jì)算容性電流Ic。
實(shí)際測(cè)量表明，MOA的阻性電流可用指數(shù)波Ae-gt2(其中A是指數(shù)波的幅值，g是與指數(shù)波的形狀有關(guān)的參數(shù))進(jìn)行曲線擬合�？紤]到阻性電流的正、負(fù)半波幅值可能不等，故采用分段指數(shù)波擬合MOA的阻性電流，其表達(dá)式為：
式中，A1為阻性電流的正峰值；A2為阻性電流的負(fù)峰值。
利用處理過(guò)的時(shí)域信號(hào)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(yōu)化求取Ir的未知參數(shù)A和g。最小二乘法的優(yōu)化原理為：
采用固定步長(zhǎng)多次搜索優(yōu)化各個(gè)變量，直到誤差ε滿足工程計(jì)算的精度要求，從而根據(jù)最終的計(jì)算結(jié)果就可得到MOA的阻性電流。
2.2 抑制干擾措施
MOA的總泄漏電流的數(shù)值較小(mA級(jí))，易受溫度、濕度等外界環(huán)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(huì)造成阻性電流的測(cè)量誤差。為了準(zhǔn)確得到MOA的阻性電流，算法針對(duì)不同的干擾源會(huì)采取相應(yīng)的解決對(duì)策。
(1) 頻率波動(dòng)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，允許的頻率偏差為±0.5Hz，此偏差會(huì)影響測(cè)頻，采樣信號(hào)測(cè)頻的準(zhǔn)確程度關(guān)系到信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換，最后影響阻性電流的提取精度。算法采用CZT算法［2］測(cè)頻，精度較高，誤差基本控制在1%以內(nèi)。此算法具有較好的頻率兼容性，測(cè)頻部分能滿足45～65Hz的頻率波動(dòng)。
(2) 諧波影響。我國(guó)關(guān)于公用電網(wǎng)電壓諧波的限值分別是奇次5%和偶次2%，鐵路電網(wǎng)中的諧波含量遠(yuǎn)大于此值，全電流采樣信號(hào)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(duì)電壓和電流采樣信號(hào)做時(shí)頻域轉(zhuǎn)換時(shí)，由于系統(tǒng)中的高次諧波含量較小，幾乎沒(méi)有偶次諧波，因而FFT變換只分解奇次諧波，且在頻域內(nèi)剔除了大于11次的奇次諧波。進(jìn)行如此處理后，系統(tǒng)中的諧波分量可以達(dá)到國(guó)標(biāo)GB／T
14549—1993的標(biāo)準(zhǔn)要求，保證了阻性電流提取算法的精度。
(3) TV相移。MOA電壓是從TV二次側(cè)測(cè)量得到的，因此采樣信號(hào)與MOA電壓存在相位差，且此相位差隨著TV二次側(cè)負(fù)荷的改變而變化，其誤差往往超過(guò)測(cè)量裝置的分辨率，因此需要對(duì)其進(jìn)行修正。基于基準(zhǔn)設(shè)備比較法［3］的原理，可以預(yù)先估計(jì)相位偏差值，并在算法中設(shè)置此相位差，當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)再調(diào)整相應(yīng)的偏差值。
(4) 相間雜散電容。測(cè)量結(jié)果表明，相間雜散電容是檢測(cè)MOA阻性電流的重要干擾因素，且由其導(dǎo)致的測(cè)量誤差隨電壓等級(jí)的增加而成倍增加。由于相間雜散電容以分布參數(shù)形式存在，并受外部環(huán)境和系統(tǒng)電壓變化的影響，因而使得測(cè)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(guān)系，依次消除由相間雜散電容產(chǎn)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。
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