改進的容性電流補償法及其在全電流提取中的應(yīng)用

改進的容性電流補償法及其在全電流提取中的應(yīng)用

0基于故障擔保的避雷器阻性電流補償法應(yīng)用分析氧化鋅避雷裝置（moa）因其良好的非線性特性、高通流能力、無串聯(lián)間隙、體積小、重量輕等優(yōu)點而逐漸取代了傳統(tǒng)的sic避雷裝置。它廣泛應(yīng)用于3.500kv的電網(wǎng)中，成為一個重要的過載保護裝置。MOA在運行中由于長期承受運行電壓、各類過電壓以及外界環(huán)境因素的影響會逐漸老化或劣化。一旦MOA發(fā)生故障,避雷器本身將造成損壞甚至是爆炸,同時其他電氣設(shè)備將失去過電壓保護,直接影響電力系統(tǒng)的安全運行。MOA在運行過程中,閥片老化和受潮是引起避雷器事故的兩個主要原因,這兩個原因有著本質(zhì)的區(qū)別,受潮的閥片經(jīng)過適當?shù)奶幚磉€可以繼續(xù)使用,但一旦確認閥片已經(jīng)嚴重老化則必須退出電力系統(tǒng)運行,所以應(yīng)正確區(qū)分這兩種劣化原因。試驗表明:當MOA內(nèi)部受潮時,表現(xiàn)為在系統(tǒng)運行電壓下,阻性電流的基波分量ir顯著增大,而三次諧波分量i3r的增大相對較小;當阻性泄漏電流的三次諧波分量比基次分量增加較多時,說明避雷器已老化。因此,選用ir和i3r作為避雷器在線監(jiān)測的特征量。目前對MOA阻性電流的提取算法研究較多的是改進的容性電流補償法,此方法可有效去除電網(wǎng)中的諧波電壓引起的容性電流,但諧波電壓引起的阻性電流沒有去除,測量結(jié)果仍然存在較大的誤差,特別是阻性電流的三次諧波分量誤差較大。針對這一問題,提出了改進容性電流補償法的修正方法,補償諧波電壓引起的阻性電流,減小三次諧波阻性電流的誤差,仿真分析也驗證了這一點。1u3000感染后的電路設(shè)計工程中,在小電流區(qū)的MOA等效電路見圖1。圖1中R為MOA的晶界電阻,為非線性電阻;C為晶界電容,近似為一定值;iR為阻性電流;ic為容性電流;ix為全電流;u為MOA的運行電壓。由圖1可得ix為設(shè)電網(wǎng)電壓為ic1為容性基波電流,icn為容性諧波電流,分別由基波電壓和諧波電壓作用在晶界電容C上產(chǎn)生。由于阻性電流的五次及以上諧波分量幅值較小,在此忽略,因此iR、ir、i3r分別為ir′和i3r′為基波電壓作用在非線性電阻R上產(chǎn)生的;ir′和i3r″為諧波電壓作用在非線性電阻R上產(chǎn)生的;ir′和i3r′是判斷MOA運行狀況的依據(jù),從總泄漏電流中盡量準確地提取ir′和i3r′,是在線監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法的關(guān)鍵。2容性電流補償法容性電流補償法就是將全電流中的容性電流補償?shù)?以得到阻性電流的方法。原理可表示為usf是MOA外加電壓u(t)逆時針移相90°所得,即與容性電流ic同相位。利用(7)式可求得補償系數(shù)G1,阻性電流分量iR為當外加電壓含有諧波成分時,利用容性電流補償法將不能去除容性諧波電流,改進的容性電流補償法可準確去除基波及各次諧波容性電流,這樣就可以避免因容性諧波電流的混入而造成對阻性電流的測量誤差。其原理為:對外加電壓和全電流進行FFT變換,找出各次電壓和全電流諧波的幅值和初相位,得到un(t),ixn(t),然后將(7)式改為(9)式,得式(9)中,G1為基波補償系數(shù);ix1為全電流基波分量;usf1為基波電壓逆時針移相90°。利用(9)式可求出基波補償系數(shù)G1,由于MOA閥片的晶界電容可認為近似不變,諧波補償系數(shù)Gn=nG1,阻性電流iR為式(10)中,usfn為第n次諧波電壓un(t)逆時針移相90°。這樣就可以把基波和諧波容性電流分量去除,消除因容性諧波電流混入阻性電流而造成的測量誤差。得到阻性分量iR后,對其進行FFT變換即可得到ir、i3r。3等效非線性電阻的等效在小電流區(qū)域,基波電壓與其作用在非線性電阻上產(chǎn)生的基波電流同相位,且基波電流占總阻性電流的90%以上,非線性電阻的這部分作用等效為一線性電阻R1,基波電壓產(chǎn)生的三次阻性電流占基波電流的10%~20%,其他五次及高次奇波分量所占比例更少,將非線性電阻的這部分作用等效為一非線性電阻R2,也就是將MOA的非線性電阻R等效為一線性電阻R1和另一非線性電阻R2相并聯(lián)的模型,電網(wǎng)中諧波電壓的含量相對基波電壓來講是很小的,由諧波電壓產(chǎn)生的基波阻性電流也是很小的,在求線性電阻R1時,近似認為基波阻性電流ir由基波電壓u1產(chǎn)生,基波電流相量圖見圖2?；ㄗ栊噪娏鱥r為R1為等效的線性電阻基波容性電流為G1為容性導納,即基波容性電流補償系數(shù),與(9)式的計算結(jié)果是相同的,即為改進的容性電流補償法已去除了由基波和諧波電壓引起的容性電流,此修正方法補償了諧波電壓在等效線性電阻上產(chǎn)生的阻性電流,表示為式(15)中,un為n次諧波電壓un(t),其他參數(shù)和(10)式中的意義是相同的。得到阻性分量iR后,對其進行FFT變換可得ir、i3r。4修正的電流補償法有效降低了三次諧波阻性電流的誤差為了驗證該方法的有效性,用修正前后改進的容性電流補償法對MOA閥片模型進行仿真分析,計算阻性電流的基波ir和三次諧波分量i3r。采用文的MOA閥片模型,即式(16)中,k取40,電壓和電流的單位分別為kV和mA。MOA的u-iR特性見圖3,實線代表未老化,虛線代表老化以后的u-iR特性。MOA的晶界電容取600pF,運行電壓u=1.2sin(100πt)kV,采樣頻率為6400Hz,采樣1024個點,由于電網(wǎng)中五次及以上諧波分量的幅值較小,這里只分析三次諧波電壓的情況。在三次諧波分量幅值分別為基波分量的0,3%和5%,相位在0~180°之間變化時,用修正前后的改進容性電流補償法計算的阻性基波電流和三次諧波阻性電流的值見表1、2。在電力系統(tǒng)中,各次諧波成分并不是固定不變的,各次諧波的幅值和初相位是不確定的,國標規(guī)定電網(wǎng)中的諧波電壓幅值必須控制在5%以內(nèi),但對各次諧波電壓的初相位沒有具體的規(guī)定,由表1和表2可以看出,當三次諧波電壓初相位在0~180°之間變化時,修正后的改進補償法與修正前相比,ir的誤差變化不大,而i3r的誤差減小了一半。比如,當U3=5%U1,初相位為180°時,修正前ir的誤差為6.96%,i3r的誤差為55.56%,修正后ir的誤差為6.96%,i3r的誤差為28.28%。由此可見,修正后的改進補償法有效降低了三次諧波阻性電流的誤差,主要原因是修正法補償?shù)氖遣糠种C波電壓引起的諧波阻性電流。因此,改進容性電流補償法的修正方法具有明顯的有效性。5改進的補償法由于電網(wǎng)中的諧波分量并不是固定不變的,當其幅值和初相位發(fā)生變化時,用改進的容性電流補償法計算出來的三次諧波阻性電流i3r存在較大的誤差,有可能引起錯誤的判斷。提出的改進補償法的修正方法將MOA的非線性電阻等