补偿法带电测量MOAMOAOA阻性电流方法的改进

蔡晓鹏，陈步星，朱 坤

（国网江西省电力公司赣东北供电分公司，江西乐平 333300）

0 引言

金属氧化物避雷器（以下简称“MOA”）是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，它主要用于限制由电力线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。MOA在运行电压和过电压作用下会不断劣化，同时在运行中MOA内部可能会受潮，表现为泄漏电流增大，如果这种故障情况得不到控制，氧化锌避雷器会出现击穿损坏或爆炸事故，影响电力系统的安全运行。因此在MOA运行中，采用带电测试的方法来判断其运行状态是非常必要的。目前对MOA的带电测试大多采用的是补偿法，以往采用的补偿法都是把PT二次侧的电压信号作为基准信号，这样会带来很多不必要的麻烦：如每次试验都须打开PT端子箱，进行接线测试；众所周知，PT在变电站中有计量，保护和给测量仪表和继电保护等装置供电作用，频繁的对PT进行打开和连线容易形成误操作，对变电站的稳定运行形成安全隐患，可能引起保护设备误动作或计量设备异常。而且这样操作对测量人员很不安全，可能造成不良后果[1-2]。

本文提出了一种基于变电站站用变压器低压侧AC 220 V电压信号作为基准信号的泄漏电流各次谐波分析的新方法。实现了对MOA阻性电流等交流参数的带电测试目的，能够准确测量MOA的泄漏电流、阻性电流值，进而实时掌握、判断变电站MOA设备的运行情况，在出现事故之前及时给出相关预警信息。不仅保障了变电站的安全运行，也给检修工作带来的一定的经济效益。

经过多次现场试验，这种试验方法能有效分离出阻性电流、容性电流及功率损耗。通过这种技术革新的试验方法有效地保证了电力系统安全运行的可靠性。

1 MOA阻性电流测量原理

根据MOA等效特性电路可知，流经MOA的总电流由阻性分量和容性分量合成，假设电网电压不含谐波分量，即 ，根据欧姆定理可知：

因为式（1）中的电阻R是个变量，导致IR是非线性的，含有各次谐波，将其分解则得到式（2）：

阻性电流对应的功率为PR，计算公式如式（3），式中只有第一项积分结果不为零，其余各项积分均为零。

电容电流的计算公式如式（4）所示，

因此产生有功功率导致氧化锌阀片发热的主要是阻性电流中的基波分量，从而只要能检测到总泄漏电流中的阻性电流基波分量就能判断氧化锌阀片的性能是否良好。

如果电压含有谐波分量(电网中电压谐波均为奇次谐波)，对MOA的泄漏电流中各个分量会有不同的影响。综合而言，受其影响最大的是阻性电流中的三次谐波I3R，其次是总的阻性电流IR，受影响最小的基次谐波IR1[3]。因此在得到阻性电流各个分量后需要对阻性电流各次谐波以及电压谐波进行综合分析才能进行MOA的性能判断。电压谐波也会对容性电流造成影响，但由于容性电流并不产生有功功率，对MOA的性能状态没有直接影响，所以在此不需要考虑。国家标准规定电网电压的谐波分量幅值不能够超过5%，在这个范围内谐波电压对阻性基波分量造成的影响很小。因此想要能够准确对MOA的性能进行判断，关键还是在于能够检测得到准确的阻性电流各次谐波值，尤其是基波值。

2 测量各次谐波的新型试验方法的实现

图1为MOA带电测试的新型试验方法的测量原理框图。

图1 MOA带电测试的新型试验方法的测量原理框图

新型试验方法采取变电站站用变压器低压侧AC220 V电压信号作为基准信号进行带电测试，避免了以往现场接PT二次线的不安全性。如此测量的电压和电流经过计算即可得到阻性电流的各次谐波，分析过程如下：

电力系统中电压和电流都满足狄里赫利（Dirichlet）条件，因此图三中测量的电压u，全电流IX、均可分解为傅立叶级数：

式（5）中U0为u分解得到的直流分量，Ukm为各次谐波的幅值，αk为各次谐波的相角。

式（6）中IX0为IX分解得到的直流分量，IKM为各次谐波的幅值，βk为各次谐波的相角。

由于实际三相电力系统中电压谐波为奇次谐波，所以式（5）和式（6）中 k的取值分别为 1，3，5……∞。

全电流IX是由容性分量IC和阻性分量Ik两部分构成的，其中容性分量将式子（5）中的u代入其中，则得到：

假定IRK为阻性电流IR中第k次谐波分量的幅值，其相角与电压u中的k次谐波分量的相角相同，而与容性电流中的k次谐波分量的相角相差，从而阻性电流IR可以表示为：

将式（9）两边同乘以 ，并对左右两边在一个周期内取定积分，得到式（10）：

由在一个周期内对三角函数的乘积进行定积分时存在正交特性，以及三角函数的积化和差的运算，对式（10）进行化简，得到式（11）和式（12）：

因此，将u、IX进行傅里叶的级数展开，运用快速傅里叶变换分解得到u、IX。

各次谐波后，按式（8）和（12）计算，就可求解得到MOA泄漏电流中的阻性电流基波分量、各次谐波分量以及总阻性电流。

由于采用的是变电站站用变压器低压侧输出AC 220 V电压信号作为基准信号，所以这个参考电压与加在氧化锌避雷器中的电压不会严格同步，这就需要在软件中进行补偿算法的设计。补偿算法设计依据主变与站变的变压器联结方式不同而不同。在操作界面增加主变与站变的变压器联 结 方 式 ：Ynd11（30°）、Yyn0（0°）、Dyn11（30°）”和“站变补偿参数设置：±0.000°”选相；测量方面对新增的设置进行对应算法的改进。具体改进措施：当在装置设置界面→有无PT→站变，选定时，算法将以电压等级设置里面的参数（联结方式，站变补偿）进行配合计算（算法所得角度+高压联结方式+低压联结方式+站变角度补偿），得到正确的相位角度后，便可根据FFT取得全电压、基波电压、谐波电压、全电流、容性电流、阻性电流、阻性谐波电流、功率损耗、相角等相关数据。

3 对避雷器测量的结果

进行对比试验,用新型试验方法测量避雷器与用采用传统测试方法测试避雷器结果进行对比，对比如表1所示，Ix为总泄漏电流，Irp为阻性泄漏电流峰值，Ir1p为阻性泄漏电流一次谐波峰值，Ir3p为阻性泄漏电流三次谐波峰值，Ir5p为阻性泄漏电流五次谐波峰值，Ψ为角差。

表1 新、旧方法测量结果对比

4 结论

新型试验方法能准确测量MOA的全电流、阻性全电流以及各次谐波电流，以及计算出能量损耗，并且与传统测量方法相比，测量结果准确可靠，而又没有传统方法的操作繁琐，安全性高。

[1]郑劲，彭晓莺.LCD-4型检测仪带电测试氧化锌避雷器的误差分析及检测效果[J].电瓷避雷器，1995，（6）：34-39.

[2]张仲秋.现场氧化锌避雷器阻性电流测试误差分析[J].青海电力，1988，（1）；10-13.

[3]褚法玉，张柯.电网谐波电压对氧化锌避雷器泄漏电流的影响[J].计算机仿真.2002，21（1）：101.