无电压参考的氧化锌避雷器阻性电流提取方法与流程

1.本发明涉及电气设备测试技术领域，具体地说，涉及一种无输入电压参考的氧化锌避雷器非线性阻性电流提取方法。


背景技术：

2.氧化锌避雷器作为系统过电压的最后一道保护防线。其利用氧化锌材料的强烈非线性特性限制过电压，保护系统。
3.由于电力系统的设备制造要求和氧化锌设备的动作残压的约束，正常工作条件下，氧化锌设备中也有一定的小电流流过，包括结构电容产生的容性电流和高压流过非线性设备的非线性电流以及高压绝缘的泄漏电流；监测这个电流就可以了解避雷器的大致工作状态，而非线性阻性电流对状态的描述最直接。
4.一般，在没有电压参考输入作为基准下，基本上无法提取出阻性方向的电流；同时；在现场，还存在着其它临近的高压设备所产生的高场强干扰电流，即使是引入参考电压也无法正常提取阻性电流；因为各电流和干扰电流之间存在着数学上的相关性。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出一种无电压参考的氧化锌避雷器阻性电流提取方法，用全电流波形的逐点循环移动，找到符合合理条件的非线性阻性电流幅值参数。
6.本发明的技术方案是这样实现的：采集容性电流分量、阻性电流分量、泄漏电流分量及零散干扰电流形成的全电流波形，通过数学计算方法提取其中非线性阻性电流数据。
7.用带通滤波器和偶次谐波滤波器剔除部分干扰电流波形，由最小二乘法变异构成的参数估计过程，估算容性电流分量、非线性阻性电流分量、泄漏电流分量，根据容性电流分量所要求的初始位置和移动方法、确定非线性阻性电流分量的幅值。
8.根据非线性元件阻性电流和系统电流的频域特征，用频率分析的方法计算得到各次频率电流分量，剔除掉偶次谐波分量和七次以上的分量，非实时的在原位恢复可用于计算的全电流波形。
9.构造容性电流标准波形和阻性标准电流波形，以及阻性方向波形电压流经氧化锌避雷器所形成的、不完全相关的非线性阻性电流波形，在时域用最小二乘法对容性电流、标准泄露电流和非线性阻性电流进行幅值参数估算，形成矩阵，得到各分量电流的幅值。
10.阻性电流波形与泄露电流波形构成坐标系图3中s面，将全电流波形i0 向该坐标系进行投影运算；逐点循环移动全电流波形，得到全电流在阻性电流轴imoa上的最大投影值和所在的相位点，在容性电流分量和泄露电流分量与非线性阻性电流分量的相位约束下，确定初始点和循环范围。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，假设所测电流信号下x为：
12.x(i，k)＝{x(0 k)，x(1 k)，
…
，x(i k)}
ꢀꢀꢀ
(1)
13.其中i为采样序列，k为采样起始相位；(i k)运算时做模n处理，n为一个完整周波
中的采样数。在频域内分析：
14.基波：
15.高次(d次)：
16.d＝3，5，7，j为复数因子，得到计算所需的各次谐波分量；
17.做相位k下的波形原位置恢复：
[0018][0019]
当d范围被选择后，i0_smp中不再含有由电场电晕、空间电荷运动引起的高次和偶次谐波分量，但保留了由电压产生和基波电场感应的原始波形。
[0020]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述滤波处理后i0_smp中只含有容性电流分分量、泄露电流分量和非线性阻性电流分量；当然容性电流分分量和泄露电流分量中包含了临近高压其它相位基波经空间杂散耦合电容感应生成的同频率临近干扰电流。
[0021]
在以上技术方案的基础上，优选的，在0度相位下，假设各电流为：
[0022]
余弦分量
[0023]
正弦分量
[0024]
根据氧化鋅避雷器非线性特征，非线性阻性电流的逆向结论结果如下；
[0025]
imoa(i)＝xs(i)
2.8
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0026]
此imoa波形就是高压流过氧化鋅避雷器时的非线性电流波形。
[0027]
对全电流做假设i(i)＝α
·
xc(i) β
·
xs(i) γ
·
imoa(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0028]
对i(i)和i0_smp(i)做最小二乘法参数拟合。
[0029]
在以上技术方案的基础上，优选的，根据泄漏电流与阻性电流之间的不完全相关性，在每个相位k上，均可以解出一组α、β、γ的数值。
[0030]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述i0_smp(i)投射在阻性电流波形与泄露电流构造的坐标轴上，根据xs(i)的关系及最小二乘计算可知，在整个周期内，即相位k＝0处，存在γ值最大值点。
[0031]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述移位计算如下：
[0032]
将i0_smp(i)最大值对应的相位点移位到i＝0的位置，以此为基础，构成新的电流信号序列i1_smp(i)，与i0_smp(i)保持相位差别。
[0033]
在i1_smp(i)中有：α系数大于或等于0；γ系数大于或等于0的技术约束。
[0034]
在以上技术方案的基础上，优选的，所述在移位经过的每个相位点上，比较γ值大小；遇到比前一个γ值更大的值时，保留新γ值、循环点坐标i和对应的i1_smp(i)波形数据。
[0035]
本发明的无电压参考的氧化锌避雷器阻性电流提取方法相对于现有技术具有以
下有益效果：
[0036]
(1)在单一通道的氧化锌避雷器阻性电流测试中，全电流波形与原始波形只有起始相位差别，该方法测得的结果更稳定；
[0037]
(2)利用容性电流分量和泄露电流分量与非线性阻性电流分量的相位约束下，确定初始点和循环范围，给出了一种不使用参考电压，便可以提取氧化锌避雷器的阻性电流的方法；
[0038]
(3)将电力变电站中临近相高压端头因电晕产生的电场改变和和空间电荷运动产生的电场变化引起的、无法确定关系的干扰电流，通过偶次和高次谐波滤波器剔除；
[0039]
(4)此方法可以用于其它明确了非线性关系的、存在唯一正确结果的测量过程中。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍；显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1为本发明无电压参考的氧化锌避雷器阻性电流提取方法的全电流波形图；
[0042]
图2为本发明容性电流波形、非线性阻性电流波形和泄露电流波形；
[0043]
图3为本发明中全电流向容性电流轴、非线性阻性电流轴和泄露电流轴组成的坐标系投影的示意。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0045]
因为电力系统中，高电压系统中y/δ变换、电、磁能量的转换，其高次谐波所含比例很低，我们实际上知道各电流的波形，不知道各波形的幅值系数；用逆向工程思路，对假设的各已知波形进行“最小二乘法”拟合处理，求解幅值参数；再利用全电流波形的逐点循环移动，找到符合合理条件的非线性阻性电流幅值参数。
[0046]
如图1-3所示，采集容性电流、非线性阻性电流、泄漏电流及杂散干扰电流形成的全电流波形，提取其中非线性阻性电流数据。
[0047]
用带通滤波器和偶次谐波滤波器剔除干扰波形，由最小二乘法变异构成的容性电流分量、阻性电流分量、泄漏电流分量的估算方法，参照容性电流分量所要求的初始位置和移动方法、确定非线性阻性电流分量的幅值。
[0048]
根据非线性元件阻性电流和系统电流的频域特征，用频率分析的方法计算得到各次频率电流分量，剔除掉偶次谐波分量和七次以上的分量，非实时的在原位恢复各频率电流分量波形；
[0049]
假所述的测量电流信号为：
[0050]
x(i，k)＝{x(0 k)，x(1 k)，
…
，x(i k)}
ꢀꢀꢀ
(1”)
[0051]
其中i为采样序列，k为采样起始相位；(i k)运算时做模n处理，n为一个完整周波中的采样数。
[0052]
对(1)式做频域分析，其中：
[0053]
基波：
[0054]
高次(d次)：
[0055]
d＝3，5，7，j为复数因子，得到计算所需的各次谐波分量。
[0056]
做波形相位k下的原位置恢复：
[0057][0058]
当d被选择后，i0_smp中不再含有由电场电晕、空间电荷运动引起的高次和偶次谐波分量，但保留了由电压产生和基波频率感应的原始波形。
[0059]
构造容性电流标准波形和阻性方法向的标准泄露电流波形，以及阻性方向电压波形所形成的、流经氧化锌避雷器的、与标准泄露电流不完全相关的非线性阻性电流波形。
[0060]
在0度相位下，所述各电流波形为：
[0061]
余弦分量
[0062]
正弦分量
[0063]
非线性阻性电流imoa(i)＝xs(i)
2.8
i＝[0～n-1]
ꢀꢀꢀꢀ
(7”)
[0064]
imoa波形就是高压流过氧化鋅避雷器时的逆向分析非线性电流波形。
[0065]
在时域用最小二乘法对容性电流、标准泄露电流和非线性阻性电流进行幅值估算，形成矩阵，需要说明的是不同的imoa非线性系数(比如值2.8)，会出现不同的矩阵参数。
[0066]
对全电流，做假设i(i)＝α
·
xc(i) β
·
xs(i) γ
·
imoa(i)
ꢀꢀꢀ
(8”)
[0067]
对i(i)和i0_smp(i)之间做最小二乘法参数拟合。
[0068]
根据泄漏电流与非线性阻性电流之间的相关性，在每个相位k上，均可以解出一组α、β、γ的数值。
[0069]
阻性电流波形与泄露电流波形构成坐标系s面，将全电流波形向该坐标系进行投影运算，逐点循环移动全电流波形，得到全电流在阻性电流轴上的一个唯一的最大投影值γ和所在的相位点。
[0070]
在容性电流分量和泄露电流分量与非线性阻性电流分量的相位约束下，确定初始点和循环范围。
[0071]
所谓投影就是大量的运算过程，在采集量较大时，可以通过预先移位和限定所移动的范围优化：
[0072]
可将i0_smp最大值对应的相位点移位到i＝0的位置，以此为基础，构成新的电流信号序列i1_smp(i)；数据在此基础上循环移位。
[0073]
在i1_smp(i)中有：α系数大于或等于0；γ系数大于或等于0约束存在。
[0074]
在我们的定义带有γ值坐标轴的坐标系系中，γ系数出现最大值应在i1_smp(i)的i＝「0，n/4」范围内。故，需在i1_smp(i)中寻找该点电流的由“正”到“负”的过零变化点，如果i1_smp(n/4)点值大于0，则i1_smp(i) 向左循环移位一个相位点。只至i1_smp(n/4)达到-0值。
[0075]
由此时开始n/4次的i1_smp(i)的循环右移中，求解阻性电流分量的γ系数。
[0076]
所述在移位经过的每个相位点上，比较γ值大小；遇到比前一个γ值更大的值时，保留新γ值，循环点坐标i和对应的i1_smp(i)波形数据。
[0077]
在n/4次的循环结束后，恢复γ值最大点时的i1 smp(i)波形，再做一次求解得到α、β、γ的值，输出(8”)式中的全电流波形、容性电流波形、泄漏电流波形、非线性阻性电流波形和对应的参数。
[0078]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。