电网谐波对氧化锌避雷器在线监测的影响

电网谐波对氧化锌避雷器在线监测的影响

0应用moa的电流分析方法在线监测moa的运营模式主要包括总泄漏电流法、传统三种抗雷击能力法、传统补偿法等。当电网电压中含有谐波分量时,上述方法都不可靠。如泄漏电流为1mA的MOA,1%的三次谐波电压会产生30μA的容性电流,足以引起错误判断MOA的运行状况。为了消除电网电压中谐波对MOA在线监测造成的干扰,文献提出了一种MOA泄漏电流分析的新方法。它是基于补偿的原理,通过消除由系统电压产生的三次谐波容性电流分量,获得由MOA电阻非线性产生的三次谐波阻性电流,通过建立起的三次谐波阻性电流同全阻性电流的关系,获得流过MOA的阻性电流。1新方法的原理是分析moa泄漏电流1.1耐药线路的排列设电网电压中含有三次谐波分量,且:假设u1A=u1B=u1C=u1,u3A=u3B=u3C=u3,MOA的简化等值电路见图1。图中R为MOA阀片的非线性电阻;C为MOA阀片的等值电容;u(t)为系统电压;u1(t)、u3(t)分别为其基波及三次谐波分量;It为流过避雷器的全电流,设I1t、I3t分别为其基波及三次谐波分量;Ir为阻性泄漏电流,设I1r、I3r分别为其基波及三次谐波分量;Ic为容性电流,设I1c、I3c分别为其基波及三次谐波分量。则可写为:→Ι3r=→Ι3t-→Ι3c(1)I⃗3r=I⃗3t−I⃗3c(1)在测量中It通过电流探头取得,由富氏分解可得→Ι3tI⃗3t;另外通过位于避雷器底部法兰附近的电场探头取得感应电流→ΙpI⃗p,由富氏分解可得→Ι3pI⃗3p;建立起→Ι3pI⃗3p与→Ι3cI⃗3c间的关系,即可由式(11)求得→Ι3rI⃗3r。因为I1c≫I1r,因此I1t≈I1c=C·du1(t)/dtI3c=C·du3(t)/dt(2)三相避雷器呈一字形排列,将一电场探头置于中间相法兰附近,如图2所示。C1、C2、C3分别是A、B、C三相对电场探头的等效电容,且应有C1=C2;Rs是电场探头的取样电阻。Rs≪1/ωC1,1/ωC3,则流过电场探头的电流为:Ιp=C1dUA/dt+C3dUB/dt+C1dUC/dtIp=C1dUA/dt+C3dUB/dt+C1dUC/dtI1p、I3p分别为电场探头感应电流Ip的基波及三次谐波分量:I1p=C1du1A(t)/dt+C3du1B(t)/dt+C1du1C(t)/dt=-u1ω(C3-C1)sin(ωt-2π/3)(3)I3p=C1du3A(t)/dt+C3du3B(t)/dt+C1du3C(t)/dt=-3ωu3(2C1+C3)sin(3ωt+φ3)(4)对于B相,由式(2)可得:I1c=Cdu1B(t)/dt=-u1ωCsin(ωt-2π/3)(5)I3c=Cdu3B(t)/dt=-3ωu3Csin(3ωt+φ3)(6)显然I1p与I1c同相位,I3c与I3p同相位,令:K1=I1t/I1p≈I1c/I1p,K3=I3c/I3p,则:Κ=Κ3/Κ1=(Ι3c/Ι3p)⋅(Ι1p/Ι1c)(7)K=K3/K1=(I3c/I3p)⋅(I1p/I1c)(7)将式(3)～(6)代入式(7)可得:K=K3/K1=[-3ωu3Csin(3ωt+φ3)/-3ωu3(2C1+C3)sin(3ωt+φ3)]·[-u1ω(C3-C1)sin(ωt-2π/3)/-u1ωCsin(ωt-2π/3)]=(C3-C1)/(2C1+C3)(8)由式(8)可看出K的大小只与电场探头的位置及三相避雷器的排列有关。而在电厂中,三相避雷器位置排列已确定,电场探头又是固定于法兰附近,因此在这种情况下可认为K为一定值。对于其它两相同样可推导出此结论。又因I1t≈I1c,由式(7)可得:→Ι3c=Κ⋅(Ι1t/Ι1p)⋅→Ι3p(9)I⃗3c=K⋅(I1t/I1p)⋅I⃗3p(9)将式(9)代入式(1)可得:→Ι3r=→Ι3t-Κ⋅Ι1t/Ι1p⋅→Ι3p(10)I⃗3r=I⃗3t−K⋅I1t/I1p⋅I⃗3p(10)由式(10)可求得→Ι3rI⃗3r。It可用一只高灵敏度的钳形电流互感器(主CT)从被测MOA的接地引下线上测得。Ip需要设计一专门的电场探头来取得。1.2带电电场接头补偿原理常规补偿法在线监测MOA时,补偿容性电流的信号从PT取得。PT可等效成一电容分压器,所取得的补偿信号在任何频率下增益的大小相同。实际上,流过MOA的容性电流对于不同频率,增益不等,而是与频率成正比的。因此用PT取补偿信号,除存在角差及安全性较差外,很大的缺陷是:其补偿信号的增益是由能否完全补偿掉基波容性电流来确定的,因此不能将其它各次容性电流谐波分量完全补偿掉,无法正确判断MOA的运行状况。用电场探头取补偿容性电流的信号可克服上述缺陷。整个测量系统的原理见图3。由图3可知,电场探头等效于阻容分压器。此分压器的阻抗远小于其容抗,因此从电阻上流过的补偿信号Ip为:Ιp=jωC1U=jωC1(U1+U3+U5+⋯)Ip=jωC1U=jωC1(U1+U3+U5+⋯)而流过MOA避雷器的容性电流为:Ιc=jωC2(U1+U3+U5+⋯)Ic=jωC2(U1+U3+U5+⋯)因此,计算出合适的比例系数,使流过MOA避雷器的三次谐波容性分量被Ip的三次谐波分量完全补偿,则流过MOA避雷器基波及其它次谐波容性分量也必然被乘此比例系数后的Ip补偿掉。也就是说,用电场探头取得的补偿信号,其增益若能完全补偿掉任何次容性电流,此Ip也一定能将其它各次容性电流谐波分量完全补偿掉。从上面的分析可看出,用电场探头取Ip从原理上来说,比用PT更可靠,与整个电网系统没有直接的电气连接,更加安全。2基谐波分量的计算在含有较大谐波的试验变压器附近进行的试验接线见图4。调节调压器使得不同的MOA在额定电压下工作,通过示波器分别记录电场探头及电流探头的试验波形。其中额定电压为10kV的MOA避雷器下的电压及电流探头波形见图5。图中1为电场探头信号;2为电流探头信号。对不同的工作电压下的电压及电流探头取得的信号进行FFT变换,并换算到实际的信号值,分别得到它们的基波及三次谐波分量,见表1。由表1可看出,K(=K3/K1)值比较稳定,在计算流过避雷器的阻性电流时,取0.92。流过避雷器泄漏及阻性电流三次谐波分量可由下式得到:→Ι3r=→Ι3t-0.92⋅Ι1t/Ι1p⋅→Ι3p(11)I⃗3r=I⃗3t−0.92⋅I1t/I1p⋅I⃗3p(11)由整个系统的测量原理可得,泄漏及阻性电流分量为:→Ιr=→Ιt-0.92⋅Ι1t/Ι1p⋅→Ιp(12)根据式(12)对试验取得的波形进行处理,并将电场及电流探头测得的波形还原为实际幅值的波形。图6为全泄漏、补偿容性及阻性电流波形。图中1为It;2为Ic;3为Ir。由图6可见,Ir波形在峰值两侧有比较平坦的零值段,Ir的过零点对应着Ic的最大值,而Ir最大时,Ic为0。只是由于所施加电压的谐波含量比较大,导致在零值段附近有小的谐波含量。总的看来,Ir波形比较正确。图6是一组实测波形,实际上在其它MOA下试验得到的Ir波形也满足上述特征。由此可得出,用本文提出的Ic补偿法实现MOA的在线监测可行。3计算机的处理对于三相MOA来说,通过置于中间相(B相)的电场探头取得信号Ip,各个相的It信号分别通过穿过MOA的接地引入线的电流传感器取得,然后把这四路信号经过数据采集系统采样后送入计算机进行处理。对离散后的三相It、一相Ip信号分别进行快速傅立叶变换,可得到各相I1t、I3t和I1p、I3p的相角及幅值。这样根据式(11)就可分别计算得到A、B、C相的I3r的相角及幅值;进而通过求全Ir的关系式(12),获得流过各相MOA的全Ir。分别与理想值进行比较,并监测各相三次谐波Ir及全Ir的变化趋势,从而对它们的运行状况作出判断。这种Ic补偿法对于B相的监测比较灵敏,而对于A和C相,所测得的全Ir会分别偏小和偏大,可以对连续测得的数据进行相对比较,正确判断出两相避雷器的运行状况。4考虑电网谐波对moa造成的影响MOA新的在线监测方法可同时监测许多组MOA的运行状况,引入了电场探头可完全补偿电网电压的谐波产生的Ic谐波分量。该法可同时得到各相MOA的总泄漏电流、三次谐波Ir、全Ir,适用于长期在线监测。系统中采用了较完善的抗干扰措施,能保证系统在恶劣的电磁环境中正常运行,并保证一定的精度。该方法不能克服由于电网谐波引起的Ir的影响。文献中对谐波电压对流过MOA的Ir的影响进行了模拟计算,结果表明当含1.5%的三次谐波时,引起的Ir各项值的最大变化为:平均值1.26%、峰值5.1%、有效值2.8%;当含5%的三次谐波时,引起各项值的最大变化为:平均值23.8%、峰值22.6%、有效值21.9%;这显然会对MOA劣化的判断造成一定的困难,甚至是误判。国标规定标称电压为0.38kV时,奇次谐波含有率<4.0%;标称电压