摘要：采用带电检测氧化锌避雷器（MOA）的方法，现场采集MOA的电压和总泄漏电流信号，然后由阻性电流提取算法软件计算得到MOA的阻性电流，以此可判断MOA在系统中的运行状况。详细介绍了阻性电流提取算法的实现过程，在算法中采取了多种抑制干扰（如频率波动、谐波影响、电压互感器相移和相间杂散电容等）的措施，最后通过实际测量验证了此算法的可行性和实用性。
　　关键词：氧化锌避雷器；带电检测；阻性电流；供用电

　　0　引言

　　氧化锌避雷器（MOA）具有通流容量大、残压低、无工频续流、反应速度快、寿命长等优点，能降低被保护设备的绝缘水平，被广泛应用于电力系统的过电压保护。由于MOA无间隙，在运行中阀片长期承受电力系统运行电压的作用，以及内部受潮或污秽等因素的影响，因而会造成阀片劣化，进而损坏MOA，甚至可能引起大面积停电事故。可见，为保障系统的安全稳定运行，检测MOA的运行特性显得尤为重要。

　　MOA的检测方法有文［1］中规定的例行性停电检测、带电检测和在线监测等，这些方法都是为了得到MOA的运行特性并以此判断MOA在系统中的运行状况，以便预防停电事故的发生。本文提出用带电检测MOA方法采集MOA的全电流，运用阻性电流提取算法获得MOA的阻性电流，以实现判断MOA的运行状况。

　　1　MOA带电检测方法

　　文中采用的带电检测MOA的方法如图1所示。从被测相电压互感器（TV）二次侧获取电压信号，用嵌式电流互感器（TA）在MOA的放电计数器接地线上获取全电流信号，数据采集装置对此2路信号进行同步采样，并将采样数据发送到便携式计算机，由阻性电流提取算法软件计算得到MOA的阻性电流，从而进一步分析MOA的运行状况，并判断能否在系统中继续运行以保护电力设备。

图1　 MOA带电检测示意图

　　由采样得到的电压和全电流信号，应用傅立叶变换（FFT）转换到频域进行分解，可分别得到MOA的阻性电流Ir和容性电流Ic的各次谐波分量，经相应的数据处理后，再返回时域合成得到总泄漏电流Ix和容性电流I_c。

　　然而，现场采集得到的全电流Ix受相间杂散电容的影响主要反映在全电流的容性分量中，其表达式为


　　式中，C₁₁为～被测相MOA的对地电容；C₁₂、C₁₃为相间杂散电容；u₁为被测相MOA的电压；u₂、u₃为邻相MOA电压。

　　由于系统的三相电压的对称性，因而由电压u₁得到的采样信号可依次得到u₂、u₃，以及时频域转换后的容性电流I_c。利用海森矩阵可计算得到C₁₁、C₁₂和C₁₃的值，然后由雅克比矩阵重新计算容性电流Ic。

　　实际测量表明，MOA的阻性电流可用指数波Ae-gt2(其中A是指数波的幅值，g是与指数波的形状有关的参数)进行曲线拟合。考虑到阻性电流的正、负半波幅值可能不等，故采用分段指数波拟合MOA的阻性电流，其表达式为：

　　式中，A₁为阻性电流的正峰值；A₂为阻性电流的负峰值。

　　利用处理过的时域信号I_x、消除相间杂散电容后的I_c和拟合曲线I_r，可采用最小二乘法优化求取Ir的未知参数A和g。最小二乘法的优化原理为：

　　采用固定步长多次搜索优化各个变量，直到误差ε满足工程计算的精度要求，从而根据最终的计算结果就可得到MOA的阻性电流。

　　2.2　抑制干扰措施

　　MOA的总泄漏电流的数值较小(mA级)，易受温度、湿度等外界环境影响。泄漏电流中的高次谐波以及TV的相移和相间杂散电容，这些都会造成阻性电流的测量误差。为了准确得到MOA的阻性电流，算法针对不同的干扰源会采取相应的解决对策。

　　(1) 频率波动。电力系统在运行中，允许的频率偏差为±0.5Hz，此偏差会影响测频，采样信号测频的准确程度关系到信号的时频域转换，最后影响阻性电流的提取精度。算法采用CZT算法［2］测频，精度较高，误差基本控制在1%以内。此算法具有较好的频率兼容性，测频部分能满足45～65Hz的频率波动。

　　(2) 谐波影响。我国关于公用电网电压谐波的限值分别是奇次5%和偶次2%，铁路电网中的谐波含量远大于此值，全电流采样信号中也含有谐波，这给阻性电流的提取造成不小的困难。为此算法在对电压和电流采样信号做时频域转换时，由于系统中的高次谐波含量较小，几乎没有偶次谐波，因而FFT变换只分解奇次谐波，且在频域内剔除了大于11次的奇次谐波。进行如此处理后，系统中的谐波分量可以达到国标GB／T
14549—1993的标准要求，保证了阻性电流提取算法的精度。

　　(3) TV相移。MOA电压是从TV二次侧测量得到的，因此采样信号与MOA电压存在相位差，且此相位差随着TV二次侧负荷的改变而变化，其误差往往超过测量装置的分辨率，因此需要对其进行修正。基于基准设备比较法［3］的原理，可以预先估计相位偏差值，并在算法中设置此相位差，当进行数据处理时再调整相应的偏差值。

　　(4) 相间杂散电容。测量结果表明，相间杂散电容是检测MOA阻性电流的重要干扰因素，且由其导致的测量误差随电压等级的增加而成倍增加。由于相间杂散电容以分布参数形式存在，并受外部环境和系统电压变化的影响，因而使得测量相间杂散电容比较困难。算法利用电容的电压和电流之间的关系，依次消除由相间杂散电容产生的容性电流。这样可完全去掉总泄漏电流中的容性电流，得到真正的阻性电流。