一种断路器瓷套闪络辨识方法和系统与流程

本发明属于变电站电气设备在线监测技术领域，涉及一种断路器瓷套闪络辨识方法和系统。

背景技术：

断路器是变电站的关键设备，其可靠性关系到电网的安全稳定运行，瓷套闪络是运行状态下断路器的一种潜伏性缺陷，会导致瓷套绝缘强度降低，甚至引发断路器爆炸。

闪络发生时，光、电、热瞬态多物理效应相互耦合，伴随着电场强度在内的多个特征物理量剧烈变化，电场强度虽然可以反应瓷套闪络故障，但是现场电场强度实测值受到大量现场因素影响，仅凭电场强度幅值难以精确判断瓷套闪络。

目前尚没有断路器瓷套闪络的在线监测方法，一般采用停电后对瓷套外绝缘进行电气试验来判断断路器是否发生瓷套闪络故障。由于电气试验在停电状态下进行，脱离了高压电气设备，如断路器带电运行时的正常运行状态，不能有效发现闪络问题。同时，高压电气设备停电代价高昂。

通过大量220kv以上变电站的现场实测发现：带电状态下，高压断路器瓷套无闪络时，断路器a、c相瓷套末端附近电场强度较高，b相瓷套末端附近电场强度较低，三相场强呈u型对称分布；断路器瓷套闪络发生时，断路器三相瓷套末端电场强度的u型对称性破坏。上述根据现场经验总结的规律是本发明的一个重要前提。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种断路器瓷套闪络辨识方法和系统，利用三相瓷套附近电场强度u型对称性，实现瓷套闪络辨识，提升了断路器瓷套闪络故障的监测水平。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种断路器瓷套闪络辨识方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：设置断路器abc三相瓷套周围电场强度测量点；

步骤2：在线获取测量点位的工频电场强度；

步骤3：利用测量点位获取的电场强度值拟合三相电场强度值u型曲线；

步骤4：根据拟合得到的三相电场强度值u型曲线，辨识断路器是否发生瓷套闪络故障。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，在步骤1中，选取断路器横梁abc三相瓷套下方作为三个测量点，分别安装三个测量终端，连续测量三个测量点的电场强度。

优选地，在步骤2中，基于对现场电场强度分析，预先估计现场工频信号以外干扰信号的频率，基于自适应陷波技术，利用多重陷波器抑制预估频段的干扰信号。

优选地，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：分析当期断路器附近现场电场强度，获取当期现场工频信号以外干扰信号的频率对应的电场强度分量；

步骤2.2：根据本装置的数据处理能力，筛选出干扰信号电场强度分量幅值前k位的干扰频率，组成干扰信号的频率向量；

如果某个干扰信号电场强度分量幅值虽居前k但绝对数值很小，则认为该干扰频率影响微弱，将列向量该维度补零；

步骤2.3：将干扰信号的频率向量作为下一期现场工频信号以外干扰信号的频率向量的估计；

步骤2.4：基于自适应陷波技术，利用多重陷波器滤除影响最大的k个频率的干扰信号；

如干扰信号的频率向量中有n个零元素，则滤除影响最大的k-n个频率的干扰信号；

步骤2.5：获取测量点位的滤除干扰信号影响的工频电场强度。

优选地，步骤3中，以三个测量点的电场强度值和选定的u型曲线函数类型绘制三相电场强度值u型曲线；

所述三相电场强度值u型曲线，为y轴为电场强度，x轴为距离b相测量点的距离，且以断路器b相测量点所在位置的垂线为对称轴的连续函数g(x)，该函数由两个半支组成，两个半支分别由连续可导函数g1(x)、g2(x)组成，所述两个半支在x＝0处缀合成一个连续函数；

所述u型曲线函数类型分别抛物线型、折线型和势函数型三种类型。

优选地，对于抛物线型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

其中，x为其他测量点距离b相测量点的距离；

以三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。

优选地，对于折线型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

以三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。

优选地，对于势函数型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

以三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。

优选地，步骤4中，根据三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，计算闪络告警指标uai：

当闪络告警指标uai超过闪络告警指标阈值时，判断为闪络告警指标越限；

当闪络告警指标越限频率大于设定值时，则判别为外绝缘异常，即发生瓷套闪络故障，发出告警信号。

本发明还公开了一种断路器瓷套闪络辨识方法的断路器瓷套闪络辨识系统，所述系统包括：

测量点设置模块，设置断路器abc三相瓷套周围电场强度测量点；

电场强度测量模块，获取测量点位的工频电场强度；

曲线拟合模块，利用测量点位获取的电场强度值拟合三相电场强度值u型曲线；

故障辨识模块，根据拟合得到的三相电场强度值u型曲线，辨识断路器是否发生瓷套闪络故障。

本申请所达到的有益效果：

本发明利用三相瓷套附近电场强度u型对称性，可实现断路器瓷套闪络故障的在线辨识，提升了断路器瓷套闪络故障的监测水平，降低了监测成本。

附图说明

图1是本发明一种断路器瓷套闪络辨识方法流程示意图；

图2是本发明实施例中测量点位的工频电场强度测量示意图；

图3是本发明实施例中三相电场强度值u型曲线拟合示意图；

图4是本发明实施例中断路器是否发生瓷套闪络故障辨识结果。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1所示，本发明的一种断路器瓷套闪络辨识方法，包括以下步骤：

步骤1：设置断路器abc三相瓷套周围电场强度测量点；

理论上，如果沿同一水平线连续测量电场强度可以获得较好的u型曲线，考虑到测量终端布置成本的，本发明实施例中，选取断路器横梁abc三相瓷套下方作为三个测量点，分别安装三个测量终端，连续测量三个测量点的电场强度。

步骤2：在线获取测量点位的工频电场强度；

如图2所示，本发明实施例中，基于对现场电场强度分析，预先估计现场工频信号以外干扰信号的频率，基于自适应陷波技术，利用多重陷波器抑制预估频段的干扰信号，最终获取测量点位的工频电场强度。

包括以下步骤：

步骤2.1：分析当期断路器附近现场电场强度，获取当期现场工频信号以外干扰信号的频率对应的电场强度分量ef(i)；

步骤2.2：根据本装置的数据处理能力，筛选出干扰信号电场强度分量幅值前6位的干扰频率，组成干扰信号的频率向量(6维列向量)

如果某个干扰信号电场强度分量幅值虽居前6但绝对数值很小，则认为该干扰频率影响微弱，将列向量该维度补零；

步骤2.3：将干扰信号的频率向量作为下一期现场工频信号以外干扰信号的频率向量的估计；

步骤2.4：基于自适应陷波技术，利用多重陷波器滤除影响最大的6个频率的干扰信号；

如干扰信号的频率向量中有n个零元素，则滤除影响最大的6-n个频率的干扰信号；

步骤2.5：获取测量点位的滤除干扰信号影响的工频电场强度。

本发明可实现25次/s的快速精准测量。

步骤3：利用测量点位获取的电场强度值拟合三相电场强度值u型曲线，具体的：

以三个测量点的电场强度值和选定的u型曲线函数类型绘制三相电场强度值u型曲线；

如图3所示，y轴为电场强度，x轴为距离b相测量点的距离。所述三相电场强度值u型曲线，一般拟合成一个以断路器b相测量点所在位置的垂线为对称轴的连续函数g(x)，该函数由两个半支组成，两个半支分别由连续可导函数g1(x)、g2(x)组成，所述两个半支在x＝0处缀合成一个连续函数；

所述u型曲线函数类型分别抛物线型、折线型和势函数型三种类型。

(1)对于抛物线型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

其中，x为距离b相测量点的距离；

以本发明实施例中三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。

(2)对于折线型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

以三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。。

(3)对于势函数型三相电场强度值u型曲线，g1(x)、g2(x)分别为：

以三测量点拟合为例，通过与c相、a相测量点电场强度ec、ea联立：

可估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，其中，xmax为a相测量点距离b相测量点的距离。。

步骤4：根据拟合得到的三相电场强度值u型曲线，辨识断路器是否发生瓷套闪络故障。

本发明提出一种不对称u型曲线指标(u-typeasymmetricindex，uai)以比较u型曲线对称程度。

如果一个u型曲线函数可以作如下分解：

g(x)＝f(i)+η(x)

其中,η(x)是x的函数，f(i)和x无关。

当x＞0时，记x＝x，定义uai如下：

显然，如果拟合出的u型曲线函数g(x)拥有对称的结构，则η(x)亦有对称结构，满足η(x)＝η(-x)，此时，uai取0值。

类似的，可推得几种典型uai。

(1)抛物线型

η(x)＝α1x²

η(-x)＝(α1+γ)x²

(2)折线型

η(x)＝α1x

η(-x)＝(α1+γ)x

(3)势函数型

η(x)＝α1x^δ

η(-x)＝(α1+γ)x^δ

利用uai，可以方便地度量u型曲线的不对称性。

即，具体实施例中，根据三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，计算闪络告警指标uai：

根据现场经验，设置闪络告警指标阈值；

当闪络告警指标uai超过闪络告警指标阈值时，如|uai|＞0.25，判断为闪络告警指标越限；

当闪络告警指标越限频率大于设定值时，则判别为外绝缘异常，即发生瓷套闪络故障，发出告警信号。

以抛物线型三相电场强度值u型曲线的瓷套闪络故障辨识做一个示例。

根据，与估计出三相电场强度值u型曲线的参数α1和γ，如表1所示。

变1u型曲线拟合

计算此时的uai为：

|uai|＞0.25，闪络告警指标越限。

同时考虑到现场的电场强度一直处于动态变化，1次闪络告警指标越限可能有偶然性。当在1s中25次测量中，出现15次以上不对称指标越界，则判别为外绝缘异常，发出告警信号，如图4所示，图4右侧三条线反应的是三相测量点的电场强度，1s之前为正常状态，1s以后为闪络状态，分别对应图3中的正常状态和闪络状态。

本发明的一种断路器瓷套闪络辨识系统，包括：

测量点设置模块，设置断路器abc三相瓷套周围电场强度测量点；

电场强度测量模块，获取测量点位的工频电场强度；

曲线拟合模块，利用测量点位获取的电场强度值拟合三相电场强度值u型曲线；

故障辨识模块，根据拟合得到的三相电场强度值u型曲线，辨识断路器是否发生瓷套闪络故障。

本发明利用三相瓷套附近电场强度u型对称性，可实现断路器瓷套闪络故障的在线辨识，提升了断路器瓷套闪络故障的监测水平，降低了监测成本。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。