電網(wǎng)諧波對氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的影響

電網(wǎng)諧波對氧化鋅避雷器在線監(jiān)測的影響

0應用moa的電流分析方法在線監(jiān)測moa的運營模式主要包括總泄漏電流法、傳統(tǒng)三種抗雷擊能力法、傳統(tǒng)補償法等。當電網(wǎng)電壓中含有諧波分量時,上述方法都不可靠。如泄漏電流為1mA的MOA,1%的三次諧波電壓會產生30μA的容性電流,足以引起錯誤判斷MOA的運行狀況。為了消除電網(wǎng)電壓中諧波對MOA在線監(jiān)測造成的干擾,文獻提出了一種MOA泄漏電流分析的新方法。它是基于補償?shù)脑?通過消除由系統(tǒng)電壓產生的三次諧波容性電流分量,獲得由MOA電阻非線性產生的三次諧波阻性電流,通過建立起的三次諧波阻性電流同全阻性電流的關系,獲得流過MOA的阻性電流。1新方法的原理是分析moa泄漏電流1.1耐藥線路的排列設電網(wǎng)電壓中含有三次諧波分量,且:假設u1A=u1B=u1C=u1,u3A=u3B=u3C=u3,MOA的簡化等值電路見圖1。圖中R為MOA閥片的非線性電阻;C為MOA閥片的等值電容;u(t)為系統(tǒng)電壓;u1(t)、u3(t)分別為其基波及三次諧波分量;It為流過避雷器的全電流,設I1t、I3t分別為其基波及三次諧波分量;Ir為阻性泄漏電流,設I1r、I3r分別為其基波及三次諧波分量;Ic為容性電流,設I1c、I3c分別為其基波及三次諧波分量。則可寫為:→Ι3r=→Ι3t-→Ι3c(1)I?3r=I?3t?I?3c(1)在測量中It通過電流探頭取得,由富氏分解可得→Ι3tI?3t;另外通過位于避雷器底部法蘭附近的電場探頭取得感應電流→ΙpI?p,由富氏分解可得→Ι3pI?3p;建立起→Ι3pI?3p與→Ι3cI?3c間的關系,即可由式(11)求得→Ι3rI?3r。因為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,將一電場探頭置于中間相法蘭附近,如圖2所示。C1、C2、C3分別是A、B、C三相對電場探頭的等效電容,且應有C1=C2;Rs是電場探頭的取樣電阻。Rs?1/ωC1,1/ωC3,則流過電場探頭的電流為:Ιp=C1dUA/dt+C3dUB/dt+C1dUC/dtIp=C1dUA/dt+C3dUB/dt+C1dUC/dtI1p、I3p分別為電場探頭感應電流Ip的基波及三次諧波分量: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)對于B相,由式(2)可得:I1c=Cdu1B(t)/dt=-u1ωCsin(ωt-2π/3)(5)I3c=Cdu3B(t)/dt=-3ωu3Csin(3ωt+φ3)(6)顯然I1p與I1c同相位,I3c與I3p同相位,令:K1=I1t/I1p≈I1c/I1p,K3=I3c/I3p,則:Κ=Κ3/Κ1=(Ι3c/Ι3p)?(Ι1p/Ι1c)(7)K=K3/K1=(I3c/I3p)?(I1p/I1c)(7)將式(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的大小只與電場探頭的位置及三相避雷器的排列有關。而在電廠中,三相避雷器位置排列已確定,電場探頭又是固定于法蘭附近,因此在這種情況下可認為K為一定值。對于其它兩相同樣可推導出此結論。又因I1t≈I1c,由式(7)可得:→Ι3c=Κ?(Ι1t/Ι1p)?→Ι3p(9)I?3c=K?(I1t/I1p)?I?3p(9)將式(9)代入式(1)可得:→Ι3r=→Ι3t-Κ?Ι1t/Ι1p?→Ι3p(10)I?3r=I?3t?K?I1t/I1p?I?3p(10)由式(10)可求得→Ι3rI?3r。It可用一只高靈敏度的鉗形電流互感器(主CT)從被測MOA的接地引下線上測得。Ip需要設計一專門的電場探頭來取得。1.2帶電電場接頭補償原理常規(guī)補償法在線監(jiān)測MOA時,補償容性電流的信號從PT取得。PT可等效成一電容分壓器,所取得的補償信號在任何頻率下增益的大小相同。實際上,流過MOA的容性電流對于不同頻率,增益不等,而是與頻率成正比的。因此用PT取補償信號,除存在角差及安全性較差外,很大的缺陷是:其補償信號的增益是由能否完全補償?shù)艋ㄈ菪噪娏鱽泶_定的,因此不能將其它各次容性電流諧波分量完全補償?shù)?無法正確判斷MOA的運行狀況。用電場探頭取補償容性電流的信號可克服上述缺陷。整個測量系統(tǒng)的原理見圖3。由圖3可知,電場探頭等效于阻容分壓器。此分壓器的阻抗遠小于其容抗,因此從電阻上流過的補償信號Ip為:Ιp=jωC1U=jωC1(U1+U3+U5+?)Ip=jωC1U=jωC1(U1+U3+U5+?)而流過MOA避雷器的容性電流為:Ιc=jωC2(U1+U3+U5+?)Ic=jωC2(U1+U3+U5+?)因此,計算出合適的比例系數(shù),使流過MOA避雷器的三次諧波容性分量被Ip的三次諧波分量完全補償,則流過MOA避雷器基波及其它次諧波容性分量也必然被乘此比例系數(shù)后的Ip補償?shù)簟Ｒ簿褪钦f,用電場探頭取得的補償信號,其增益若能完全補償?shù)羧魏未稳菪噪娏?此Ip也一定能將其它各次容性電流諧波分量完全補償?shù)?。從上面的分析可看?用電場探頭取Ip從原理上來說,比用PT更可靠,與整個電網(wǎng)系統(tǒng)沒有直接的電氣連接,更加安全。2基諧波分量的計算在含有較大諧波的試驗變壓器附近進行的試驗接線見圖4。調節(jié)調壓器使得不同的MOA在額定電壓下工作,通過示波器分別記錄電場探頭及電流探頭的試驗波形。其中額定電壓為10kV的MOA避雷器下的電壓及電流探頭波形見圖5。圖中1為電場探頭信號;2為電流探頭信號。對不同的工作電壓下的電壓及電流探頭取得的信號進行FFT變換,并換算到實際的信號值,分別得到它們的基波及三次諧波分量,見表1。由表1可看出,K(=K3/K1)值比較穩(wěn)定,在計算流過避雷器的阻性電流時,取0.92。流過避雷器泄漏及阻性電流三次諧波分量可由下式得到:→Ι3r=→Ι3t-0.92?Ι1t/Ι1p?→Ι3p(11)I?3r=I?3t?0.92?I1t/I1p?I?3p(11)由整個系統(tǒng)的測量原理可得,泄漏及阻性電流分量為:→Ιr=→Ιt-0.92?Ι1t/Ι1p?→Ιp(12)根據(jù)式(12)對試驗取得的波形進行處理,并將電場及電流探頭測得的波形還原為實際幅值的波形。圖6為全泄漏、補償容性及阻性電流波形。圖中1為It;2為Ic;3為Ir。由圖6可見,Ir波形在峰值兩側有比較平坦的零值段,Ir的過零點對應著Ic的最大值,而Ir最大時,Ic為0。只是由于所施加電壓的諧波含量比較大,導致在零值段附近有小的諧波含量。總的看來,Ir波形比較正確。圖6是一組實測波形,實際上在其它MOA下試驗得到的Ir波形也滿足上述特征。由此可得出,用本文提出的Ic補償法實現(xiàn)MOA的在線監(jiān)測可行。3計算機的處理對于三相MOA來說,通過置于中間相(B相)的電場探頭取得信號Ip,各個相的It信號分別通過穿過MOA的接地引入線的電流傳感器取得,然后把這四路信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣后送入計算機進行處理。對離散后的三相It、一相Ip信號分別進行快速傅立葉變換,可得到各相I1t、I3t和I1p、I3p的相角及幅值。這樣根據(jù)式(11)就可分別計算得到A、B、C相的I3r的相角及幅值;進而通過求全Ir的關系式(12),獲得流過各相MOA的全Ir。分別與理想值進行比較,并監(jiān)測各相三次諧波Ir及全Ir的變化趨勢,從而對它們的運行狀況作出判斷。這種Ic補償法對于B相的監(jiān)測比較靈敏,而對于A和C相,所測得的全Ir會分別偏小和偏大,可以對連續(xù)測得的數(shù)據(jù)進行相對比較,正確判斷出兩相避雷器的運行狀況。4考慮電網(wǎng)諧波對moa造成的影響MOA新的在線監(jiān)測方法可同時監(jiān)測許多組MOA的運行狀況,引入了電場探頭可完全補償電網(wǎng)電壓的諧波產生的Ic諧波分量。該法可同時得到各相MOA的總泄漏電流、三次諧波Ir、全Ir,適用于長期在線監(jiān)測。系統(tǒng)中采用了較完善的抗干擾措施,能保證系統(tǒng)在惡劣的電磁環(huán)境中正常運行,并保證一定的精度。該方法不能克服由于電網(wǎng)諧波引起的Ir的影響。文獻中對諧波電壓對流過MOA的Ir的影響進行了模擬計算,結果表明當含1.5%的三次諧波時,引起的Ir各項值的最大變化為:平均值1.26%、峰值5.1%、有效值2.8%;當含5%的三次諧波時,引起各項值的最大變化為:平均值23.8%、峰值22.6%、有效值21.9%;這顯然會對MOA劣化的判斷造成一定的困難,甚至是誤判。國標規(guī)定標稱電壓為0.38kV時,奇次諧波含有率<4.0%;標稱電壓