[发明专利]一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法

摘要

本发明提出一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法更加有效的消除谐波电压对阻性电流的影响，最终减小i_1r和i_3r误差，从而更加准确反映MOA运行情况，保证了电力电气系统的安全运行。该使用容性电流与其电容成比例原理，求解出容性电流，并利用等效电阻R1去除谐波影响，进而更加精确计算阻性电流（i_r），再对i_r通过FFT算法，计算出i_1r和i_3r，最终实现对MOA在线监测。

主权项

一种金属氧化物避雷器阻性电流提取方法，该方法包括以下步骤：第一步，通过互感器或电容分压器获取施加在待测MOA上的电压信号u(t)，将获得的电压信号u(t)施加在已知电容C₂上；利用穿心式电流传感器或串入式电流传感器分别获取通过已知电容C₂的容性电流i_C2和通过待测MOA的泄漏电流信号i(t)，根据阻性电流和容性电流正交原理可知存在式(1)关系：$\begin{array}{c}{\∫}_0^T{i}_{C2}\left(t\right)i\left(t\right)\mathrm{dt}={\∫}_0^T{i}_{C2}\left(t\right)[i_r\left(t\right)+\frac{C1}{C2}{i}_{C2}\left(t\right)]\mathrm{dt}\\ =\frac{C1}{C2}{\∫}_0^T{i_{C2}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\end{array}---\left(1\right)$因此，通过式(1)可推导出式(2)，将已知电容C2、通过C2的容性电流i_C2以及通过MOA的泄漏电流i(t)，求出MOA真实的晶界电容值C₁，$C1=\frac{C2{\∫}_0^T{i}_{C2}\left(t\right)i\left(t\right)\mathrm{dt}}{{\∫}_0^T{i_{C2}}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(2\right)$通过MOA的容性电流i_C1可用式(3)表示如下：$i_{C1}=\frac{C1}{C2}{i}_{C2}---\left(3\right)$第二步，将MOA非线性电阻中产生基波阻性电流部分等效为线性电阻R₁，其余部分等效为非线性电阻R₂；MOA等效电阻R₁可通过式(4)进行计算：$R_1=u_1/(i_{r1}-\mathrm{\Σ}\frac{I_{\mathrm{MX}1}}{\sqrt{2}})---\left(4\right)$式(4)中i_r1为基波阻性电流，I_Mx1为x次谐波在基波处的阻性电流的幅值，u₁为电网电压中基波电压；基波阻性电流i_r1求解如下：通过可编程阵列实现FFT算法，利用FFT算法对待测MOA产生的泄漏电流i(t)进行分解，计算出基波电流i_x1和基波电流相位θ；由于基波电流i_x1、基波电流相位θ和基波阻性电流i_r1存在如下相位关系，通过式(5)可求解出基波阻性电流i_r1；i_r1＝i_x1 cosθ                  (5)x次谐波在基波处的阻性电流的幅值I_Mx1求解如下：使用FFT算法对施加于MOA两端的电压u(t)进行分解，可计算出电网电压中谐波电压u_x和基波电压u₁；将谐波电压u_x带入伏安特性的MOA阀片模型中，可计算出电网电压中x次谐波电压产生的阻性电流成分，如公式(6)所示：i_r(x)＝tan(u_x)/k x＝3,5,7…              (6)式(6)中，k为避雷器自身特性决定常数；u_x为电网电压中谐波电压,i_r(x)为电网电压中x次谐波电压产生的阻性电流；对i_r(x)进行快速傅立叶运算，其运算见公式(7)和公式(8)：$i_r\left(x\right)=\frac{a_0}{2}+\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}(a_n\cos \mathrm{nx}+b_n\sin \mathrm{nx})---\left(7\right)$$\left\{\begin{array}{c}{a}_{\mathrm{xn}}=\frac{1}{\mathrm{\π}}\underset{-\mathrm{\π}}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}{i}_r\left(x\right)\cos \mathrm{nxd}\left(x\right)\\ b_{\mathrm{xn}}=\frac{1}{\mathrm{\π}}\underset{-\mathrm{\π}}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}{i}_r\left(x\right)\sin \mathrm{nxd}\left(x\right)\end{array}\right.---\left(8\right)$公式(7)和(8)中，n为电网频率的倍数，通过公式(8)可以计算出：x次谐波电压在基波(即n＝1)处的阻性电流幅值I_Mx1，其可表示为公式(9)：$I_{\mathrm{MX}1}=\sqrt{{a^2}_{x1}+{b^2}_{x1}},x=\mathrm{3,5,7}...\left(9\right)$式(9)中，x为谐波电压的次数；第三步，去除谐波电压在等效电阻上产生的阻性电流后的待测MOA阻性电流i_r”表示如下：i_r″＝i(t)‑i_C1‑i_r'                    (10)式(10)中，i(t)为MOA泄漏电流，i_C1为MOA产生的容性电流；谐波电压u_x在等效线性电阻R1上产生的阻性电流ir’，可由式(11)求解如下：${\mathrm{ir}}^{\text{'}}=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}{u}_x/R_1,x=\mathrm{3,5,7}...\left(11\right)$对求得的阻性电流i_r”进行FFT算法运算后，即可求i_1r和i_3r，从而对MOA实现在线监测。