CN103001235A - 一种串联电容补偿装置mov风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联电容补偿装置MOV风险评估方法，步骤是：1、串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取：串联电容补偿装置MOV的预防性试验数据、串联电容补偿装置MOV的带电监测数据；2、串联电容补偿装置MOV风险评估方法：串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量；串联电容补偿装置MOV风险评估方法的故障模式；串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率；建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率和故障模式关联矩阵；建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险评价。本发明基于预防性试验、不平衡电流、历史资料进行***的串补风险评估，同时突破国际上高能大容量MOV的设计制造问题，提高串补***运行可靠率。

Description

一种串联电容补偿装置MOV风险评估方法

技术领域

本发明涉及交流输电的串联电容补偿技术领域，特别是一种串联电容补偿装置MOV风险评估方法。

背景技术

随着国民经济的不断增长和整个社会对能源需求的增强，同时土地资源的紧缺造成规划新的输电线路走廊带来极大的困难，因此提高现有输电线路走廊的利用率解决目前困难有着重要的作用。其方法有轻型直流输电、提高线路电压等级、同塔多回输电建设、串联电容补偿装置（串补）等，然而轻型直流输电、提高线路电压等级、同塔多回输电建设能够向大负荷中心集中送电，但需要改造输电线路杆塔类型或绝缘配合水平，而串联电容补偿装置只需加装串补站能够提高输电线路走廊的利用率，因此较其他技术而言，串联电容补偿装置有着明显的优势。

串联电容补偿器的主要目的是降低输电线路从送端到受端间总的等效串联阻抗，其主要作用有：1）改变***的阻抗，2）提高传输能力，潮流控制，减少网损，3）控制节点电压，改善无功平衡，提高静态电压稳定，4）改善电力***的动态行为，阻尼***低频和次同步振荡，5）提高暂态稳定性，6）串入电感减少短路电流。当串补***发生故障时,并联在电容器两端的MOV作为第一重保护,其快速动作将电容器短路,并将其电压限制在避雷器的残压水平,同时把电抗器串入***以抑制短路电流的首峰值。***故障期间,短路电流主要从MOV上流过,它必须在相当短的时间内吸收巨大的短路能量,导致自身发热温度升高。目前发生的事故有：1）2008年3月3日15时16分54秒，500kV马百线B相瞬时故障，约57.50ms后，保护动作跳开线路B相。故障切除后约1049ms开关重合，线路恢复运行，本次最大故障电流出现在故障开始后31.88ms，电流峰值8251A。重合241ms后B相再次故障，约66.25ms后，保护动作跳开线路三相，本次最大故障电流出现在故障开始后31.25ms，电流峰值8103A，此时马百线串补B相MOV在第二次故障时***损坏，串补永久闭锁。2）2010年2月10日15时38分，500kV罗百I线发生A、B相间故障（简称第一次线路故障），线路保护正确动作切除故障，重合闸不动作，500kV罗百I线串补三相旁路，不重投。跳闸前500kV罗百I线负荷为P：143.73MW，电压543.47kV，电流259.28A，经对500kV罗百I线及串补间隔相关一二次设备检查无异常后，16时37分线路及串补先后恢复正常运行；17时09分，500kV罗百I线发生B、C相间故障（简称第二次线路故障），线路保护正确动作切除故障，故障同时500kV罗百I线串补B相MOV故障炸裂损坏，串补永久闭锁。第二次故障跳闸前500kV罗百I线当时负荷P：59.88MW，电压539.40kV，电流92.29A。3）2010年03月27日21时25分18秒，500kV马百线B、C相间接地故障三相跳闸。当时马百线负荷P：161.49MW，电压536kV，电流203.61A。500kV马百线串补三相旁路，不重投，登台检查发现B相串补一支MOV压力释放装置动作，MOV彻底损坏，串补永久闭锁。因此MOV的安全稳定运行严重影响着串补***的可靠度。

针对串补MOV的状态分析有：基于预防性试验的绝缘电阻、1mA下的参考电压，0.75参考电压下的泄露电流；基于串补控制保护的不平衡电流；基于设备制造工艺水平、家族性缺陷、故障案例、缺陷分析等历史性数据；国际上高能大容量MOV的设计制造仍属于各公司的核心保密技术；同时现有方法对MOV风险评估将预防性试验数据、不平衡电流、历史数据、制造工艺等分别由不同的专业人员评估，。因此基于现有监测手段，开展***性的串补MOV风险评估方法，对提高串补***运行可靠率及保障输电线路走廊的持续稳定的能源供给有着重要的意义，促进了国民经济的持续增长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有分别基于预防性试验、不平衡电流、历史资料进行串补风险评估存在的片面性，同时突破国际上高能大容量MOV的设计制造的壁垒问题，提高串补***运行可靠率，提供一种串联电容补偿装置MOV风险评估方法。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种串联电容补偿装置MOV的风险评估方法，包括如下步骤：

S1、参数获取：串联电容补偿装置MOV的预防性试验数据、串联电容补偿装置MOV的带电监测数据；

所述串联电容补偿装置MOV的预防性试验数据包含绝缘电阻、吸收比和极化指数，1mA下的直流参考电压，4mA下的直流参考电压，0.75倍直流参考电压下泄漏电流，1mA下的工频参考电压；4mA下的工频参考电压，阻性电流；

所述串联电容补偿装置MOV的带电监测数据包括串联电容补偿装置MOV的运行电流，串联电容补偿装置MOV的不平衡电流，串联电容补偿装置MOV的运行电压，串联电容补偿装置MOV的压力值，串联电容补偿装置MOV的本体温度，串联电容补偿装置MOV的环境温度，串联电容补偿装置MOV的表面污秽；

S2、根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，其包含预防性试验数据和带电监测数据的编码，特征量值，试验项目；

将串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量值形成向量D，其大小为1×N,N为串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量总数，

向量D的第一列为试验项目绝缘电阻的值，对应编码Y₁；第二列为试验项目吸收比或极化指数值，对应编码Y₂；第三列为试验项目1mA下的直流参考电压值，对应编码Y₃；第四列为试验项目4mA下的直流参考电压值，对应编码Y₄；第五列为试验项目0.75倍直流参考电压下泄漏电流值，对应编码Y₅；第六列为试验项目1mA下的工频参考电压值,对应编码Y₆；第七列为试验项目4mA下的工频参考电压值，对应编码Y₇；第八列为试验项目阻性电流值，对应编码Y₈；第九列为试验项目串联电容补偿装置MOV的运行电流值，对应编码Y₉；第十列为试验项目串联电容补偿装置MOV的不平衡电流值，对应编码Y₁₀；第十一列为试验项目串联电容补偿装置MOV的运行电压值，对应编码Y₁₁；第十二列为试验项目串联电容补偿装置MOV的压力值，对应编码Y₁₂；第十三列为试验项目串联电容补偿装置MOV的本体温度值，对应编码Y₁₃；第十四列为试验项目串联电容补偿装置MOV的环境温度值,对应编码Y₁₄；第十五列为试验项目串联电容补偿装置MOV的表面污秽值,对应编码Y₁₅；

S3、串联电容补偿装置MOV风险评估方法的故障模式

根据串联电容补偿装置MOV的***组成功能，建立了针对MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的故障模式，同时各单元的故障模式包括功能代码、故障模式代码、故障描述。

所述MOV阀片单元的故障模式包括功能代码A1，故障模式代码为A1.1,故障描述为MOV阀片的老化或受潮，故障模式代码为A1.2,故障描述为MOV阀片的击穿；

所述环形铝导电垫块单元的故障模式包括功能代码A2，故障模式代码为A2.1,故障描述为环形铝导电垫块单元接触不良，故障模式代码为A1.2,故障描述为环形铝导电垫块单元的受潮；

所述冷却介质单元的故障模式包括功能代码A3，故障模式代码为A3.1,故障描述为冷却介质单元老化，故障模式代码为A3.2,故障描述为冷却介质单元温度过高；

所述环氧树脂绝缘套筒单元的故障模式包括功能代码A4，故障模式代码为A4.1,故障描述为环氧树脂绝缘套筒单元的老化或受潮，故障模式代码为A4.2,故障描述为环氧树脂绝缘套筒单元的击穿；

所述复合硅橡胶材料伞套单元的故障模式包括功能代码A5，故障模式代码为A5.1,故障描述为复合硅橡胶材料伞套单元的老化或受潮，故障模式代码为A5.2,故障描述为复合硅橡胶材料伞套单元的击穿；故障模式代码为A5.3,故障描述为复合硅橡胶材料伞套单元的污秽；

S4、根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率，将各特征量的注意值分为上限值和下限值，分别采用风险发生概率的计算式如式（1）和（2），并形成风险发生概率向量K，其大小为1×N,N为串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量总数；

$P\left(Y_i\right)=\frac{Y_i^2}{Y_i^2+a^2}---\left(1\right)$

$P\left(Y_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.5-0.5\sin \frac{\mathrm{\π}}{2b}(Y_i-b)& Y_i\≤2b\\ 0& Y_i>2b\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中a表示注意值为上限值，b表示注意值为下限值，Y_i表示串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，取值范围Y₁:Y₁₅；

所述各特征量的注意值分为上限值和下限值包括绝缘电阻注意值为500M、吸收比和极化指数分别为1.3和1.5，1mA下的直流参考电压为120kV，4mA下的直流参考电压为45kV，0.75倍直流参考电压下泄漏电流为50μA，1mA下的工频参考电压30kV；4mA下的工频参考电压为145kV，阻性电流为15μA，串联电容补偿装置MOV的运行电流为35μA，串联电容补偿装置MOV的不平衡电流500μA，串联电容补偿装置MOV的运行电压为550kV，串联电容补偿装置MOV的压力值为1.2MPa，串联电容补偿装置MOV的本体温度为150℃，串联电容补偿装置MOV的环境温度为55℃，串联电容补偿装置MOV的表面污秽为0.25mg/cm²；

S5，根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量建立的风险发生概率，结合特征量和故障模式的关系建立关联矩阵M,其大小为B×N,B表示故障模式的总类别大小，N表示特征量的总数量，其关联矩阵M的元素M_ij的计算方法如式（3）；

$M_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{j}{\min }\underset{i}{\min }|D_j-D_i|+\mathrm{\ξ}\underset{j}{\max }\underset{i}{\max }|D_j-D_i|}{|D_j-D_i|+\mathrm{\ξ}\underset{j}{\max }\underset{i}{\max }|D_j-D_i|}---\left(3\right)$

式中D_j和D_i分别表示第j和i种故障模式下对应的特征量，ξ为分辨系数，取值范围为（0,1）；

S6、建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险评价

根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量、风险发生概率和故障模式关联矩阵，建立针对MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的风险评价，其计算方法如式（4）；

$A_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{j\×i}\·D_i*w\left(i\right)---\left(4\right)$

式中A_j为第j种故障模式，N为特征量的总数量，w(i)表示i个特征量对于j种故障模式的权重，取值范围为（0,1）；

利用式（4）计算MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的风险评价值，再取各单元风险评价值的最大值作为串联电容补偿装置MOV的风险值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：基于预防性试验、不平衡电流、历史资料进行***的串补风险评估，同时突破国际上高能大容量MOV的设计制造问题，提高串补***运行可靠率。

附图说明

图1是本发明的***流程示意图；

图2是串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取示意图；

图3是串联电容补偿装置MOV的***功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例:请参阅图1所示，为进一步说明本发明的特点，本实施例通过具体的实例来计算如下：

串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取包括测量绝缘电阻、吸收比和极化指数的绝缘电阻表；测量1mA下的直流参考电压，4mA下的直流参考电压，0.75倍直流参考电压下泄漏电流的直流高压发生器；测量1mA下的工频参考电压；4mA下的工频参考电压，阻性电流的工频发生器；测量串联电容补偿装置MOV的运行电流，串联电容补偿装置MOV的不平衡电流的电流互感器；测量串联电容补偿装置MOV的运行电压的电压互感器，测量串联电容补偿装置MOV的压力值的压力表，测量串联电容补偿装置MOV的本体温度，串联电容补偿装置MOV的环境温度的温度计，测量串联电容补偿装置MOV的表面污秽的的测量仪，为市售产品。测量绝缘电阻、吸收比和极化指数的绝缘电阻表采用苏特电气的数字兆欧表ST2000；测量1mA下的直流参考电压，4mA下的直流参考电压，0.75倍直流参考电压下泄漏电流的直流高压发生器采用采用武汉市华天电力自动化有限责任公司型号BPXZ-50/50/25；测量1mA下的工频参考电压；4mA下的工频参考电压，阻性电流的工频发生器采用武汉南电华源电气有限公司的YD智能工频耐压试验装置；测量串联电容补偿装置MOV的运行电流，串联电容补偿装置MOV的不平衡电流的电流互感器采用河南平高东芝高压开关有限公司的型号LVQBT-500；测量串联电容补偿装置MOV的运行电压的电压互感器采用河南平高东芝高压开关有限公司的型号26—1E—7980111，测量串联电容补偿装置MOV的压力值的压力表采用红旗仪表的HQ-SY-C精密数字压力表，测量串联电容补偿装置MOV的本体温度，串联电容补偿装置MOV的环境温度的温度计采用迪恩仪表的DSC-DTSnK-XB，测量串联电容补偿装置MOV的表面污秽的测量仪采用武汉南电华源电气有限公司的的NDYMD数字直读式智能盐密测试仪。方法步骤如下：

1、串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取：通过苏特电气的数字兆欧表ST2000测量绝缘电阻、吸收比和极化指数；通过武汉市华天电力自动化有限责任公司型号BPXZ-50/50/25测量1mA下的直流参考电压，4mA下的直流参考电压，0.75倍直流参考电压下泄漏电流；通过YD智能工频耐压试验装置测量1mA下的工频参考电压，4mA下的工频参考电压，阻性电流；通过河南平高东芝高压开关有限公司的型号LVQBT-500测量串联电容补偿装置MOV的运行电流，串联电容补偿装置MOV的不平衡电流；通过河南平高东芝高压开关有限公司的型号26—1E—7980111测量串联电容补偿装置MOV的运行电压；通过红旗仪表的HQ-SY-C精密数字压力表测量串联电容补偿装置MOV的压力值；通过迪恩仪表的DSC-DTSnK-XB测量串联电容补偿装置MOV的本体温度，串联电容补偿装置MOV的环境温度；通过武汉南电华源电气有限公司的的NDYMD数字直读式智能盐密测试仪测量串联电容补偿装置MOV的表面污秽。其测量结果如表1；

表1：串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数

2、串联电容补偿装置MOV风险评估方法

1)串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量：根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量,并形成串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量值向量D，其大小为1×15,其中串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量总数为15；

$D=\left[\begin{array}{c}15.6\\ 1.4\\ .\\ .\\ .\\ 0.18\end{array}\right]$

2）串联电容补偿装置MOV风险评估方法的故障模式

根据串联电容补偿装置MOV的***组成功能，建立了针对MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的故障模式，同时各单元的故障模式包括功能代码、故障模式代码、故障描述组成,其故障模式结果如表2；

功能代码	故障模式代码	故障描述
			A1	A1.1	MOV阀片的老化或受潮
A1	A1.2	MOV阀片的击穿
			...	...	...
A5	A5.3	复合硅橡胶材料伞套单元的污秽

3）串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率

根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率，因此将各特征量的注意值分为上限值和下限值，分别采用风险发生概率的计算式如式（1）和（2），并形成风险发生概率向量K，其大小为1×15；

$D=\left[\begin{array}{c}0.13\\ 0.014\\ .\\ .\\ .\\ 0.78\end{array}\right]$

4)建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率和故障模式关联矩阵

根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量建立的风险发生概率，利用式（3）建立关联矩阵M,其大小为15×15(B×N),行系数15表示故障模式的总类别大小，列系数15表示特征量的总数量

$M=\left[\begin{array}{cccc}0.31& 0.31& ...& 0\\ 0.29& 0.25& ...& 0\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ 0.11& 0.05& ...& 0.8\end{array}\right]$

5）建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险评价

根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量、风险发生概率和故障模式关联矩阵，利用式（4）建立进行MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的风险评价；

$\left[\begin{array}{c}{A}_1\\ A_2\\ .\\ .\\ .\\ A_{15}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0.073\\ 0.039\\ .\\ .\\ .\\ 0.852\end{array}\right]$

因此根据上述矩阵能够判定MOV阀片的老化或受潮的风险值为0.073，MOV阀片的击穿风险值为0.03，其他故障模式的风险值依次类推，同时各单元风险评价值的最大值为0.852作为串联电容补偿装置MOV的风险值。

效果分析：通过上述实例的分析，能够判定MOV阀片的老化或受潮的风险值为0.073，MOV阀片的击穿风险值为0.03，同时串联电容补偿装置MOV的风险值为0.852。因此该方法基于预防性试验、不平衡电流、历史资料进行***的串补风险评估，同时突破国际上高能大容量MOV的设计制造问题，提高串补***运行可靠率。

本实施例运用于：

1、500kV交流输电串联电容补偿装置MOV的风险评估；

2、110kV及以上交流输电串联电容补偿装置MOV的运行风险分析、状态检修、辅助决策；

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种串联电容补偿装置MOV风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、参数获取：串联电容补偿装置MOV的预防性试验数据、串联电容补偿装置MOV的带电监测数据；

S2、根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的参数获取，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，其包含预防性试验数据和带电监测数据的编码，特征量值，试验项目；将串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量值形成向量D，其大小为1×N,N为串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量总数;

S3、串联电容补偿装置MOV风险评估方法的故障模式

根据串联电容补偿装置MOV的***组成功能，建立了针对MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的故障模式，同时各单元的故障模式包括功能代码、故障模式代码、故障描述；

S4、根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险发生概率，将各特征量的注意值分为上限值和下限值，分别采用风险发生概率的计算式如式（1）和（2），并形成风险发生概率向量K，其大小为1×N,N为串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量总数；

$P\left(Y_i\right)=\frac{Y_i^2}{Y_i^2+a^2}---\left(1\right)$

$P\left(Y_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.5-0.5\sin \frac{\mathrm{\π}}{2b}(Y_i-b)& Y_i\≤2b\\ 0& Y_i>2b\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中a表示注意值为上限值，b表示注意值为下限值，Y_i表示串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量，取值范围Y₁:Y₁₅；

S5、根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量建立的风险发生概率，结合特征量和故障模式的关系建立关联矩阵M,其大小为B×N,B表示故障模式的总类别大小，N表示特征量的总数量。其关联矩阵M的元素M_ij的计算方法如式（3）；

$M_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{j}{\min }\underset{i}{\min }|D_j-D_i|+\mathrm{\ξ}\underset{j}{\max }\underset{i}{\max }|D_j-D_i|}{|D_j-D_i|+\mathrm{\ξ}\underset{j}{\max }\underset{i}{\max }|D_j-D_i|}---\left(3\right)$

式中D_j和D_i分别表示第j和i种故障模式下对应的特征量，ξ为分辨系数，取值范围为（0,1）；

S25，建立串联电容补偿装置MOV风险评估方法的风险评价

根据串联电容补偿装置MOV风险评估方法的特征量、风险发生概率和故障模式关联矩阵，建立针对MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的风险评价，其计算方法如式（4）；

$A_j=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{j\×i}\·D_i*w\left(i\right)---\left(4\right)$

式中A_j为第j种故障模式，N为特征量的总数量，w(i)表示i个特征量对于j种故障模式的权重，取值范围为（0,1）；

利用式（4）计算MOV阀片单元，环形铝导电垫块单元，冷却介质单元，环氧树脂绝缘套筒单元，复合硅橡胶材料伞套单元的风险评价值，再取各单元风险评价值的最大值作为串联电容补偿装置MOV的风险值。

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