蔡曉鵬，陳步星，朱 坤

（國網(wǎng)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(jiǎn)稱“MOA”）是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保護(hù)設(shè)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(nèi)部過電壓。MOA在運(yùn)行電壓和過電壓作用下會(huì)不斷劣化，同時(shí)在運(yùn)行中MOA內(nèi)部可能會(huì)受潮，表現(xiàn)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(huì)出現(xiàn)擊穿損壞或爆炸事故，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此在MOA運(yùn)行中，采用帶電測(cè)試的方法來判斷其運(yùn)行狀態(tài)是非常必要的。目前對(duì)MOA的帶電測(cè)試大多采用的是補(bǔ)償法，以往采用的補(bǔ)償法都是把PT二次側(cè)的電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，這樣會(huì)帶來很多不必要的麻煩：如每次試驗(yàn)都須打開PT端子箱，進(jìn)行接線測(cè)試；眾所周知，PT在變電站中有計(jì)量，保護(hù)和給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)等裝置供電作用，頻繁的對(duì)PT進(jìn)行打開和連線容易形成誤操作，對(duì)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行形成安全隱患，可能引起保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作或計(jì)量設(shè)備異常。而且這樣操作對(duì)測(cè)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(cè)AC 220 V電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)的泄漏電流各次諧波分析的新方法。實(shí)現(xiàn)了對(duì)MOA阻性電流等交流參數(shù)的帶電測(cè)試目的，能夠準(zhǔn)確測(cè)量MOA的泄漏電流、阻性電流值，進(jìn)而實(shí)時(shí)掌握、判斷變電站MOA設(shè)備的運(yùn)行情況，在出現(xiàn)事故之前及時(shí)給出相關(guān)預(yù)警信息。不僅保障了變電站的安全運(yùn)行，也給檢修工作帶來的一定的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，這種試驗(yàn)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(shù)革新的試驗(yàn)方法有效地保證了電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性。

1 MOA阻性電流測(cè)量原理

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

因?yàn)槭剑?）中的電阻R是個(gè)變量，導(dǎo)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(duì)應(yīng)的功率為PR，計(jì)算公式如式（3），式中只有第一項(xiàng)積分結(jié)果不為零，其余各項(xiàng)積分均為零。

電容電流的計(jì)算公式如式（4）所示，

因此產(chǎn)生有功功率導(dǎo)致氧化鋅閥片發(fā)熱的主要是阻性電流中的基波分量，從而只要能檢測(cè)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(wǎng)中電壓諧波均為奇次諧波)，對(duì)MOA的泄漏電流中各個(gè)分量會(huì)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(gè)分量后需要對(duì)阻性電流各次諧波以及電壓諧波進(jìn)行綜合分析才能進(jìn)行MOA的性能判斷。電壓諧波也會(huì)對(duì)容性電流造成影響，但由于容性電流并不產(chǎn)生有功功率，對(duì)MOA的性能狀態(tài)沒有直接影響，所以在此不需要考慮。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電網(wǎng)電壓的諧波分量幅值不能夠超過5%，在這個(gè)范圍內(nèi)諧波電壓對(duì)阻性基波分量造成的影響很小。因此想要能夠準(zhǔn)確對(duì)MOA的性能進(jìn)行判斷，關(guān)鍵還是在于能夠檢測(cè)得到準(zhǔn)確的阻性電流各次諧波值，尤其是基波值。

2 測(cè)量各次諧波的新型試驗(yàn)方法的實(shí)現(xiàn)

圖1為MOA帶電測(cè)試的新型試驗(yàn)方法的測(cè)量原理框圖。

圖1 MOA帶電測(cè)試的新型試驗(yàn)方法的測(cè)量原理框圖

新型試驗(yàn)方法采取變電站站用變壓器低壓側(cè)AC220 V電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行帶電測(cè)試，避免了以往現(xiàn)場(chǎng)接PT二次線的不安全性。如此測(cè)量的電壓和電流經(jīng)過計(jì)算即可得到阻性電流的各次諧波，分析過程如下：

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

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(shí)際三相電力系統(tǒng)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(gòu)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(duì)左右兩邊在一個(gè)周期內(nèi)取定積分，得到式（10）：

由在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)三角函數(shù)的乘積進(jìn)行定積分時(shí)存在正交特性，以及三角函數(shù)的積化和差的運(yùn)算，對(duì)式（10）進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到式（11）和式（12）：

因此，將u、IX進(jìn)行傅里葉的級(jí)數(shù)展開，運(yùn)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(jì)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(cè)輸出AC 220 V電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，所以這個(gè)參考電壓與加在氧化鋅避雷器中的電壓不會(huì)嚴(yán)格同步，這就需要在軟件中進(jìn)行補(bǔ)償算法的設(shè)計(jì)。補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)依據(jù)主變與站變的變壓器聯(lián)結(jié)方式不同而不同。在操作界面增加主變與站變的變壓器聯(lián) 結(jié) 方 式 ：Ynd11（30°）、Yyn0（0°）、Dyn11（30°）”和“站變補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置：±0.000°”選相；測(cè)量方面對(duì)新增的設(shè)置進(jìn)行對(duì)應(yīng)算法的改進(jìn)。具體改進(jìn)措施：當(dāng)在裝置設(shè)置界面→有無PT→站變，選定時(shí)，算法將以電壓等級(jí)設(shè)置里面的參數(shù)（聯(lián)結(jié)方式，站變補(bǔ)償）進(jìn)行配合計(jì)算（算法所得角度+高壓聯(lián)結(jié)方式+低壓聯(lián)結(jié)方式+站變角度補(bǔ)償），得到正確的相位角度后，便可根據(jù)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(guān)數(shù)據(jù)。

3 對(duì)避雷器測(cè)量的結(jié)果

進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),用新型試驗(yàn)方法測(cè)量避雷器與用采用傳統(tǒng)測(cè)試方法測(cè)試避雷器結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)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(cè)量結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

新型試驗(yàn)方法能準(zhǔn)確測(cè)量MOA的全電流、阻性全電流以及各次諧波電流，以及計(jì)算出能量損耗，并且與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，而又沒有傳統(tǒng)方法的操作繁瑣，安全性高。

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

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

[3]褚法玉，張柯.電網(wǎng)諧波電壓對(duì)氧化鋅避雷器泄漏電流的影響[J].計(jì)算機(jī)仿真.2002，21（1）：101.