一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统及方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统及方法。


背景技术：

2.目前在直流接地故障在线监测方面已有大量研究，往往在运行的绝缘在线监测装置都是监测直流系统稳定性的接地故障，而对于间断性接地故障在线监测方面却少有研究，更不具备馈线绝缘老化预警功能。由于馈线支路绝缘故障它是有一个延变过程，直流系统在发生稳定性接地故障前，时常产生大量的间断性接地故障，而间断性接地故障的发生又伴随着暂态量的出现，随着时间的推移，间断性接地故障的发生次数和频率逐渐上升，甚至会演变成稳定性的接地故障。
3.针对于间断性接地故障，从发生至消失时间很短，这就对监测装置的检测灵敏度有着较高的要求，因此，需要定期对监测装置进行灵敏度自校，保证装置灵敏度长期保持在好的状态。


技术实现要素：

4.为了解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供了一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统及方法，通过对间断性接地故障暂态量在线监测，研究了一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统。其目的在于以直流馈线为研究对象，通过对间断性接地故障暂态量的实时监测，找出绝缘老化状态较为严重的馈线，提前对馈线绝缘老化状态做出预警，提示运行人员对馈线进行排查与检修，以防止永久性接地故障可能造成的重要设备保护误动或拒动的影响，甚至发生停电事故。因此，基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统日常定时自校，对直流系统间断性接地故障做出及时的预警，就能在发生永久性接地故障前消除故障，则将大大减少直流系统接地故障，对提高电网供电可靠性和保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。
5.本发明第一方面提供了一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统，包括：
6.cpu；
7.母线电压采样模块，用于采集母线电压；
8.电流采集模块和ct，用于采集多条馈线支路的电压变化数据；
9.自校回路，用于在使用前对系统进行灵敏度自校准；
10.告警模块，用于馈线老化值越限告警；以及
11.显示模块，用于显示母线电压、各馈线间断性接地故障暂态量显示以及老化值。
12.可选地，cpu通过对电压、电流数据的处理，判断各馈线支路的概况，控制显示模块实现对应的显示，并与后台实现遥信、遥测、遥控的功能。
13.可选地，cpu采用485通讯方式对接多个电流采集模块，多个电流采集模块之间采用手牵手的连接方式，每个电流采集模块设计8路ct。
14.可选地，其特征在于，电流采集模块的电流采样速率与电压采样一致，监测馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断间断性接地故障暂态量特征，统计每条馈线支路的故障次数并计算老化值，依据老化值判断馈线支路的绝缘老化情况。
15.另一方面，本发明还提供了一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警方法，包括：
16.建立直流馈线老化值计算公式，对直流馈线的间断性接地故障暂态量特征进行监测并记录，若计算得出的老化值超出预警值则发出告警，则确定为间断性接地故障点。
17.可选地，，老化值k计算公式具体如下：
[0018][0019]
式中，nt—本馈线从开始计算老化值以来的累计故障次数；tsi—本馈线第i次间断性接地故障持续时间；tci—本馈线nt次间断性接地故障累计时间；tdi—本馈线第i次间断性接地故障与第i-1次间断性接地故障的间隔时间；ni—本馈线24h内发生了第i次间断性接地故障的累计次数；
△
u—本馈线第i次间断性接地故障正负母线对地电压压差有效值；af—累计影响因子。
[0020]
可选地，还包括：
[0021]
根据实际运行历史数据，设置直流馈线老化预警值w，当k》w时，向运行人员发出告警信号，并安排对该馈线的绝缘故障点做出排查与检修。
[0022]
可选地，当灵敏度判断为不合格时，进行第二次自校，若灵敏度再次判断为不合格，则输出告警。
[0023]
可选地，若自校合格时，开始采集电压、电流数据，数据经过cpu处理，cpu处理数据后显示电压、电流数据。
[0024]
可选地，还包括：
[0025]
判断各馈线是否发生间断性接地故障，无故障时继续进行数据采集，有故障时进行馈线间断性接地故障记录，计算对应馈线计算老化值，比对老化值整定值，无越限时继续进行数据采集，有越限时进行告警。
[0026]
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0027]
电压采样采用高电阻电路设计，不影响直流系统绝缘装置运行；电流采样采用ct技术与直流系统无直接接触，做到设备不影响绝缘监察装置人工接地电阻阻值要求；自校回路通过使用前对装置进行灵敏度自校，确认装置处于高灵敏度检测状态。整个绝缘老化预警系统是通过高频采集模块实时监测系统的间断性接地故障暂态量特征数据，能够快速有效判断间断性接地故障，确定故障馈线支路并记录故障次数，同时计算馈线老化值，通过是否超过老化整定值来判断馈线绝缘老化状态做出预警，提醒运行检修人员及时处理馈线间断性接地故障排查。
[0028]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述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专利的一些实施例，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。
[0030]
图1为本发明实施例中装置的结构示意图；
[0031]
图2为本发明实施例中间断性接地故障暂态量；
[0032]
图3为本发明实施例中自校回路原理图；
[0033]
图4为本发明实施例中系统设计流程图。
具体实施方式
[0034]
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。虽然附图中显示了本发明的实施方式，但是应该理解的是，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0035]
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0036]
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0037]
本发明实施例提供一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统及方法，电压采样采用高电阻电路设计，不影响直流系统绝缘装置运行；电流采样采用ct技术与直流系统无直接接触，做到设备不影响绝缘监察装置人工接地电阻阻值要求；自校回路通过使用前对装置进行灵敏度自校，确认装置处于高灵敏度检测状态。整个绝缘老化预警系统是通过高频采集模块实时监测系统的间断性接地故障暂态量特征数据，能够快速有效判断间断性接地故障，确定故障馈线支路并记录故障次数，同时计算馈线老化值，通过是否超过老化整定值来判断馈线绝缘老化状态做出预警，提醒运行检修人员及时处理馈线间断性接地故障排查。
[0038]
下文将结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细描述。
[0039]
请参阅图1，本实施例提供了一种基于间断性接地故障暂态量的馈线绝缘老化在线预警系统，以主控cpu为控制中心，母线电压采样模块采集母线电压，电流采集模块和ct负责采集多条馈线支路的电压变化数据，自校回路负责装置使用前的灵敏度自校准，告警模块用于馈线老化值越限告警，显示模块用于显示母线电压、各馈线间断性接地故障暂态量显示以及老化值。cpu通过对电压、电流数据的处理，判断各馈线支路其概况，并且控制
lcd显示屏实现对应的显示，并与后台实现遥信、遥测、遥控等功能。
[0040]
在线监测模式：主机采用485通讯方式对接多个电流采集模块，多个电流采集模块之间采用手牵手的连接方式，每个电流采集模块设计8路ct，其电流采样速率与电压采样一致，监测馈线支路故障电流同时根据电压故障的同步性判断间断性接地故障暂态量特征，统计每条馈线支路的故障次数并计算老化值，依据老化值判断馈线支路的绝缘老化情况。通过高速采样，装置实现理论数据信息数字化，通过特定算法依据间断性接地故障暂态量特征进行统计故障馈线支路故障次数，同时计算馈线老化值，通过是否超过老化整定值来判断馈线绝缘老化状态做出预警，实现间断性接地故障的准确判断、告警和选线功能，及时提醒运行检修人员及时处理馈线间断性接地故障排查。
[0041]
在直流馈线发生间断性接地故障时，正、负母线对地电压会发生变化，同时也会产生短时间的电流变化，然而在整个间断性接地故障变化过程中的对地电压和电流也正是我们要找的间断性接地故障暂态量。
[0042]
图2为间断性接地故障暂态量特征图，从图中可以看到在间断性接地故障发生至结束时刻的k时间段之间正极母线对地电压v+和电流i的变化情况，该变化情况我们定义为间断性接地故障暂态量特征波形，因为系统电容的作用，刚开始正极对地电压逐渐下降直到稳定值，故障结束后，正极对地电压逐渐上升直到稳定值；直流电流则一开始会从零瞬间上升至最大值，随后逐渐下降至稳定值，故障结束后，直流电流瞬间回归至零。
[0043]
结合上述的间断性接地故障暂态量特征，考虑到各个影响绝缘状态的因素，建立直流馈线老化值计算公式，对直流馈线的间断性接地故障暂态量特征进行监测并记录，若计算得出的老化值超出预警值则发出告警，为后续的间断性接地故障点查找有着重要的参考意义。本算法的老化值k计算公式如下所示：
[0044][0045]
式中，nt—本馈线从开始计算老化值以来的累计故障次数；tsi—本馈线第i次间断性接地故障持续时间；tci—本馈线nt次间断性接地故障累计时间；tdi—本馈线第i次间断性接地故障与第i-1次间断性接地故障的间隔时间；ni—本馈线24h内发生了第i次间断性接地故障的累计次数；
△
u—本馈线第i次间断性接地故障正负母线对地电压压差有效值；af—累计影响因子，一般取为常数0.1。
[0046]
其中，设置的常数180是由于规程dl/t1392-2014中明确规定直流系统对地绝缘故障报警响应时间应不大于180s，常数365是由于该馈线的间断性接地故障累计时间可以反映出馈线老化是否严重，常数30的设置是由于两次间断性接地故障间隔不到1个月则认为馈线老化加快。式中的各个参数都是与馈线绝缘老化相关的参数，能从不同层面反映绝缘老化状况。tsi越大则间断性接地时产生的持续时间越长，馈线绝缘水平下降的情况越久；tci越大，则对于绝缘的影响越大，越容易产生老化；tdi越小，则说明两次间断性接地故障的间隔越近，间断性接地故障频率上升，老化速度加快；ni越大，则馈线在短时间内发生间断性接地故障的次数增多，绝缘发生永久性接地的可能性越大；
△
u越大，则接地阻抗越小，绝缘老化越严重，造成设备误动或拒动的可能性越大。
[0047]
根据实际运行历史数据，设置合理的直流馈线老化预警值w，通过预警值的设置，能更直观地对直流馈线老化做出预警，当k》w时，说明直流馈线老化较为严重，及时向运行
人员发出告警信号，并安排对该馈线的绝缘故障点做出排查与检修，避免永久性接地故障的发生。
[0048]
如图3所示，自校回路由r1、r2和r0三个电阻组成，r1＝r2，当装置未校准时，v1＝v2＝1/2u。在
①
和
②
两个位置分别高速率进行电压采样，两位置电压相减即可得到v1。安装时将装置主机自校回路
③
和
④
两个插孔通过一根导线穿过全部开口式ct。当装置校准时，自动控制k1每天定时进行一次50ms短时间闭合，改变v1的数值大小，v1＝{(r1//r0)/[(r1//r0)+r2]*u}，通过高速率电压采样电路以1mhz的采样速率高速采样，获取全过程的电压变化情况，另外k1闭合的同时，r0支路会产生电流，全部开口式ct同时检测该支路的电流，获取全过程直流电流的变化情况。由于直流系统存在系统电容，电压会有一个从1/2u～逐渐下降～稳定～逐渐上升～1/2u的过程，对比图2的直流电压暂态量曲线，判断此时直流电压变化曲线是否符合间断性接地故障时的直流电压暂态量特征；而电流会有一个从零～瞬间上升到最高值～逐渐下降～稳定～零的过程，对比图2的直流电流暂态量曲线，判断此时直流电流变化曲线是否符合间断性接地故障时的直流电流暂态量特征，综合直流电压变化曲线和直流电流变化曲线，若装置获取的直流电压变化曲线和直流电流变化曲线同时满足间断性接地故障时的直流电压和直流电流暂态量特征，并发出间断性接地故障告警，即判定装置的灵敏度自校成功，否则判定为失败。通过这样的自校方式，确认装置使用前的灵敏度。
[0049]
系统软件设计流程图如图4所示，装置开机时先进行自校，当装置灵敏度不合格时，会进行第二次自校，若灵敏度再次判断为不合格，则输出告警。若自校合格时，开始采集电压、电流数据，数据经过cpu处理，cpu处理数据后显示电压、电流数据，同时判断各馈线是否发生间断性接地故障，无故障时继续进行数据采集，有故障时进行馈线间断性接地故障记录，计算对应馈线计算老化值，比对老化值整定值，无越限时继续进行数据采集，有越限时进行告警。
[0050]
以上所述，仅为本发明的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内做出的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。