補償法帶電測量MOAMOAOA阻性電流方法的改進

蔡曉鵬，陳步星，朱 坤

（國網江西省電力公司贛東北供電分公司，江西樂平 333300）

0 引言

金屬氧化物避雷器（以下簡稱“MOA”）是保證電力系統安全運行的重要保護設備之一，它主要用于限制由電力線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內部過電壓。MOA在運行電壓和過電壓作用下會不斷劣化，同時在運行中MOA內部可能會受潮，表現為泄漏電流增大，如果這種故障情況得不到控制，氧化鋅避雷器會出現擊穿損壞或爆炸事故，影響電力系統的安全運行。因此在MOA運行中，采用帶電測試的方法來判斷其運行狀態是非常必要的。目前對MOA的帶電測試大多采用的是補償法，以往采用的補償法都是把PT二次側的電壓信號作為基準信號，這樣會帶來很多不必要的麻煩：如每次試驗都須打開PT端子箱，進行接線測試；眾所周知，PT在變電站中有計量，保護和給測量儀表和繼電保護等裝置供電作用，頻繁的對PT進行打開和連線容易形成誤操作，對變電站的穩定運行形成安全隱患，可能引起保護設備誤動作或計量設備異常。而且這樣操作對測量人員很不安全，可能造成不良后果[1-2]。

本文提出了一種基于變電站站用變壓器低壓側AC 220 V電壓信號作為基準信號的泄漏電流各次諧波分析的新方法。實現了對MOA阻性電流等交流參數的帶電測試目的，能夠準確測量MOA的泄漏電流、阻性電流值，進而實時掌握、判斷變電站MOA設備的運行情況，在出現事故之前及時給出相關預警信息。不僅保障了變電站的安全運行，也給檢修工作帶來的一定的經濟效益。

經過多次現場試驗，這種試驗方法能有效分離出阻性電流、容性電流及功率損耗。通過這種技術革新的試驗方法有效地保證了電力系統安全運行的可靠性。

1 MOA阻性電流測量原理

根據MOA等效特性電路可知，流經MOA的總電流由阻性分量和容性分量合成，假設電網電壓不含諧波分量，即 ，根據歐姆定理可知：

因為式（1）中的電阻R是個變量，導致IR是非線性的，含有各次諧波，將其分解則得到式（2）：

阻性電流對應的功率為PR，計算公式如式（3），式中只有第一項積分結果不為零，其余各項積分均為零。

電容電流的計算公式如式（4）所示，

因此產生有功功率導致氧化鋅閥片發熱的主要是阻性電流中的基波分量，從而只要能檢測到總泄漏電流中的阻性電流基波分量就能判斷氧化鋅閥片的性能是否良好。

如果電壓含有諧波分量(電網中電壓諧波均為奇次諧波)，對MOA的泄漏電流中各個分量會有不同的影響。綜合而言，受其影響最大的是阻性電流中的三次諧波I3R，其次是總的阻性電流IR，受影響最小的基次諧波IR1[3]。因此在得到阻性電流各個分量后需要對阻性電流各次諧波以及電壓諧波進行綜合分析才能進行MOA的性能判斷。電壓諧波也會對容性電流造成影響，但由于容性電流并不產生有功功率，對MOA的性能狀態沒有直接影響，所以在此不需要考慮。國家標準規定電網電壓的諧波分量幅值不能夠超過5%，在這個范圍內諧波電壓對阻性基波分量造成的影響很小。因此想要能夠準確對MOA的性能進行判斷，關鍵還是在于能夠檢測得到準確的阻性電流各次諧波值，尤其是基波值。

2 測量各次諧波的新型試驗方法的實現

圖1為MOA帶電測試的新型試驗方法的測量原理框圖。

圖1 MOA帶電測試的新型試驗方法的測量原理框圖

新型試驗方法采取變電站站用變壓器低壓側AC220 V電壓信號作為基準信號進行帶電測試，避免了以往現場接PT二次線的不安全性。如此測量的電壓和電流經過計算即可得到阻性電流的各次諧波，分析過程如下：

電力系統中電壓和電流都滿足狄里赫利（Dirichlet）條件，因此圖三中測量的電壓u，全電流IX、均可分解為傅立葉級數：

式（5）中U0為u分解得到的直流分量，Ukm為各次諧波的幅值，αk為各次諧波的相角。

式（6）中IX0為IX分解得到的直流分量，IKM為各次諧波的幅值，βk為各次諧波的相角。

由于實際三相電力系統中電壓諧波為奇次諧波，所以式（5）和式（6）中 k的取值分別為 1，3，5……∞。

全電流IX是由容性分量IC和阻性分量Ik兩部分構成的，其中容性分量將式子（5）中的u代入其中，則得到：

假定IRK為阻性電流IR中第k次諧波分量的幅值，其相角與電壓u中的k次諧波分量的相角相同，而與容性電流中的k次諧波分量的相角相差，從而阻性電流IR可以表示為：

將式（9）兩邊同乘以 ，并對左右兩邊在一個周期內取定積分，得到式（10）：

由在一個周期內對三角函數的乘積進行定積分時存在正交特性，以及三角函數的積化和差的運算，對式（10）進行化簡，得到式（11）和式（12）：

因此，將u、IX進行傅里葉的級數展開，運用快速傅里葉變換分解得到u、IX。

各次諧波后，按式（8）和（12）計算，就可求解得到MOA泄漏電流中的阻性電流基波分量、各次諧波分量以及總阻性電流。

由于采用的是變電站站用變壓器低壓側輸出AC 220 V電壓信號作為基準信號，所以這個參考電壓與加在氧化鋅避雷器中的電壓不會嚴格同步，這就需要在軟件中進行補償算法的設計。補償算法設計依據主變與站變的變壓器聯結方式不同而不同。在操作界面增加主變與站變的變壓器聯 結 方 式 ：Ynd11（30°）、Yyn0（0°）、Dyn11（30°）”和“站變補償參數設置：±0.000°”選相；測量方面對新增的設置進行對應算法的改進。具體改進措施：當在裝置設置界面→有無PT→站變，選定時，算法將以電壓等級設置里面的參數（聯結方式，站變補償）進行配合計算（算法所得角度+高壓聯結方式+低壓聯結方式+站變角度補償），得到正確的相位角度后，便可根據FFT取得全電壓、基波電壓、諧波電壓、全電流、容性電流、阻性電流、阻性諧波電流、功率損耗、相角等相關數據。

3 對避雷器測量的結果

進行對比試驗,用新型試驗方法測量避雷器與用采用傳統測試方法測試避雷器結果進行對比，對比如表1所示，Ix為總泄漏電流，Irp為阻性泄漏電流峰值，Ir1p為阻性泄漏電流一次諧波峰值，Ir3p為阻性泄漏電流三次諧波峰值，Ir5p為阻性泄漏電流五次諧波峰值，Ψ為角差。

表1 新、舊方法測量結果對比

4 結論

新型試驗方法能準確測量MOA的全電流、阻性全電流以及各次諧波電流，以及計算出能量損耗，并且與傳統測量方法相比，測量結果準確可靠，而又沒有傳統方法的操作繁瑣，安全性高。

[1]鄭勁，彭曉鶯.LCD-4型檢測儀帶電測試氧化鋅避雷器的誤差分析及檢測效果[J].電瓷避雷器，1995，（6）：34-39.

[2]張仲秋.現場氧化鋅避雷器阻性電流測試誤差分析[J].青海電力，1988，（1）；10-13.

[3]褚法玉，張柯.電網諧波電壓對氧化鋅避雷器泄漏電流的影響[J].計算機仿真.2002，21（1）：101.