CN103412190A - 基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阻抗参数在线辨识的开关类设备状态评价方法。适用于变电站3/2接线方式下的开关类设备,利用开关类设备的实时电流数据,结合变电站内线路电流、变压器电流等实际运行数据,对开关类设备的电阻分布情况进行辨识,从而获取开关类设备的电阻变化情况,对于开关类设备发生缺陷后引起电阻值异常的情况,可以及时的发现,从而为设备及时消缺提供重要参考依据。该方法可动态的辅助进行开关设备的状态评价,操作简单计算可靠,运行成本远低于现场检测试验,具有很好的适应性和实时性。本成果弥补了国内在这一领域的空白,也为其他高压设备的状态检修提供了研究思路。
Description
技术领域
本发明涉及开关类设备参数在线辨识方法,用以在线辅助诊断开关类设备是否存在缺陷。属于电力***参数辨识领域。
背景技术
近年来,电网500kV断路器、隔离开关发生严重故障的事故时有发生,对设备、电网甚至人身安全带来较大威胁。开关类设备的接触电阻值是表征其状态优劣的重要依据,接触电阻值高出正常值表明设备可能存在缺陷,如动静触头合闸不到位、接触面烧熔、传动连杆走偏等问题均可能导致接触电阻增大。但是影响开关电阻的因素有很多,由于开关电阻为μΩ级,所以引流线、线夹的电阻也影响其相对偏差;除此之外,由于热稳定性差异,流过的电流大小不一致会使表面氧化,老化程度不一致,氧化和老化都会使电阻增大;电动力的作用则会影响触头的压力和线夹、螺栓的紧固程度,从而影响接触电阻;还有各相的污秽程度不一致也会影响电阻大小。以上因素当影响相与相之间阻抗发生相对偏差,就会造成三相之间电流不平衡。
由于接触电阻现场测量相对较复杂,在开关类设备的检测中,基于接触电阻增大会造成发热多的原理,往往通过红外测量等手段判断缺陷,但此类方法存在以下局限性:
1、测量存在周期性,无法实时动态跟踪设备状态情况。
2、进行红外测量时,若当时运行方式下流过设备的电流较小,设备发热不明显,则可能难以发现设备缺陷。
3、500kV变电站采用3/2接线,由于串内开关等设备的分流作用,当接触电阻值增大时,流过此开关设备的分流减小,由于发热同电流平方成正比,可能导致缺陷处发热不明显,从而难以发现缺陷。
利用电网运行数据辅助分析500kV开关类设备接触电阻变化情况的方法。主要原理如下:
500kV变电站一般采用3/2接线,同220kV变电站常用的双母线接线方式不同,3/2接线方式存在环网分流,当串内各支路电阻值变化时,将导致串内潮流发生变化,此时可能产生以下情形:
1、某相接触电阻增大,造成该相电流同其它两相之间产生不平衡情况,同时该相的串内潮流分布发生变化。
2、开关设备各相接触电阻均增大,各相电流之间均发生不平衡情况,且每相的串内潮流分布均发生变化。
500kV变电站各串内开关、刀闸、导引线、接头等设备的电阻值正常情况下为数十微欧级别,数值微小,各相电阻值不可避免存在少量偏差,根据实际运行数据观测,各相间电流或多或少存在不平衡情况,仅凭串内电流不平衡情况难以定位哪台开关设备接触电阻增大。但可通过已有的变电站运行数据(包括各台开关分流、各条出线电流、变压器电流),采用参数辨识的方式,判断各串的电阻值是否发生改变。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷,本发明提供了一种基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,可以实时动态的跟踪开关类设备接触电阻指标,为评价开关类设备是否发生缺陷提供重要参考依据,有助于及时发现故障、消除缺陷。
基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法是采取以下的技术方案来实现的,基于电流误差最小原则对开关类设备状态进行在线辨识,具体辨识过程其步骤如下:
(1)以变电站各串内开关类设备的投运时的测量电阻值为初值,搭建变电站详细计算模型;
(2)根据变电站出线电流、变压器电流等实际运行数据,依据变电站计算模型,计算流经各串开关的电流值;
(3)将各串开关的电流计算值同实际测量值进行比对,获得电流误差;
(4)基于电流误差最小的原则,利用优化算法改变接触电阻值,重新进行开关分流计算,继续进行同实际测量值之间的误差比对,不断优化直至误差均方根低于4%,此时的开关类设备接触电阻值视为实际值;
(5)根据优化前后电阻值发生变化的开关类设备诊断存在缺陷的具体开关类设备对象。
前述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于误差最小原则用于开关类设备状态评价中,具有能够针对在***任何运行方式下对任何变电站内开关设备进行参数辨识的优点,具有很好的适应性和实时性,同时操作简单、易于实现。
本发明的原理具体叙述如下:
(1)技术方案的第一部分:根据站内开关、闸刀、流变等设备实测的电阻等参数可以得到站内开关的接触电阻模型参数,结合电网变电站内一次接线图可以搭建变电站的详细模型。
(2)技术方案的第二部分:确定好变电站模型及参数后,选择某一时间断面的出线潮流和变压器潮流以及母线电压作为边界条件,利用电力***综合程序PSASP进行开关电流的仿真计算。
(3)技术方案的第三部分:在未对实际测量参数进行任何校核的情况下,将各串开关的电流计算值同实际测量值进行比对,获得电流误差。
(4)技术方案的第四部分:基于误差最小的原则,利用优化算法改变接触电阻值,重新进行开关分流计算,继续进行同实际测量值之间的误差比对,不断优化直至误差最小,此时的开关等设备接触电阻值可视为实际值。
诊断对象是采用3/2接线方式的500kV变电站串内各开关类设备。
根据开关、闸刀和流变的电阻的实测参数来进行变电站内开关类设备的建模,边界条件包括各串出线上送出的有功和无功,各串主变自身下送的有功和无功,站内母线的电压和串内滤波器设备的容量。
采用PSASP软件对诊断对象进行建模和开关电流的计算。
所述利用优化算法改变接触电阻值的步骤为:通过不断迭代修改开关电阻值参数,每迭代一次都计算一次各个开关的电流,并与实际测量电流进行误差比对,计算电流误差,并计算各开关电流误差的均方根,迭代结束的判别条件是当开关电流误差低于5%,且优化迭代过程中,开关电流误差均方根同上一轮均方根相比减少量低于10%时,迭代过程结束。
搭建变电站计算模型时,断路器及两侧的隔离开关等效为一个开关设备。
所述开关类设备的电阻数量级均在微欧级。
本发明所达到的有益效果:
本发明为一种基于阻抗参数在线辨识的开关类设备状态辅助评价方法。远程设备状态诊断技术不仅给电力设备状态的监视提供了技术依据,还可以给检修决策提供越来越多的支撑,是一种高度信息化的辅助决策方法。基于参数在线辨识的开关类设备状态评价可以实时动态的跟踪开关类设备接触电阻指标,为评价开关类设备是否发生缺陷提供重要参考依据,为提前防范发生开关类设备严重故障,避免引发的人身安全、电网安全事故提供重要技术支撑,提高电网经济和社会效益。本方法将传统定期计划检修推广到状态检修,符合科学发展的必然规律,有助于及时发现故障消除缺陷,对整个电力***的安全稳定运行具有重要的现实意义。本方法提出了基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,适用于变电站3/2接线方式下的开关类设备,根据3/2接线方式下串内电流分流情况同开关类设备电阻值密切相关的原理,利用开关类设备的实时电流数据,结合变电站内线路电流、变压器电流等实际运行数据,对开关类设备的电阻分布情况进行辨识,从而获取开关类设备的电阻变化情况,对于开关类设备发生缺陷后引起电阻值异常的情况,可以及时的发现,从而为设备及时消缺提供重要参考依据。该方法可动态的辅助进行开关设备的状态评价,操作简单计算可靠,运行成本远低于现场检测试验,具有很好的适应性和实时性。本成果弥补了国内在这一领域的空白,也为其他高压设备的状态检修提供了研究思路。
附图说明
图1为吴江站计算模型图;
图2吴江站开关电流计算结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。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发明的保护范围。
以吴江站为例,吴江站采用3/2接线方式,站内开关等设备接触电阻值如表1所示,搭建的吴江站内模型如图1所示。
表1吴江站内开关等设备接触电阻值(单位:10-6欧姆)
串内设备名称 | 接触电阻(μΩ) | 串内设备名称 | 接触电阻(μΩ) |
5003流变 | 15 | 5032闸刀 | 75 |
5011开关 | 78 | 5032闸刀 | 87 |
5011流变 | 8 | 5033开关 | 67 |
50111闸刀 | 73 | 5033闸刀 | 94 |
50112闸刀 | 75 | 5041开关 | 76 |
5012开关 | 78 | 5042开关 | 72 |
5012流变 | 7 | 5043开关 | 75 |
50121闸刀 | 77 | 5051开关 | 76 |
50132闸刀 | 81 | 5052开关 | 75 |
5031开关 | 74 | 5052闸刀 | 95 |
50312闸刀 | 78 | 5053开关 | 73 |
5032开关 | 66 | 5053闸刀 | 92 |
计算所得吴江站内各开关电流如图2所示。
吴江站开关电流对比情况如表2所示。
表2校核前吴江站开关电流对比
开关名称 | 实际电流(A) | 计算电流(A) | 绝对偏差(A) | 相对偏差 |
5003 | 192.36 | 193.8 | 1.44 | 0.75% |
5011 | 194.34 | 248.3 | 53.96 | 27.77% |
5012 | 7.81 | 52.5 | 44.69 | 572.22% |
5021 | 291.02 | 337.3 | 46.28 | 15.90% |
5022 | 123.05 | 148.2 | 25.15 | 20.44% |
5023 | 214.84 | 176 | -38.84 | -18.08% |
5031 | 113.28 | 139.4 | 26.12 | 23.06% |
5032 | 396.48 | 384.8 | -11.68 | -2.95% |
5033 | 78.12 | 60.8 | -17.32 | -22.17% |
5041 | 210.94 | 237.9 | 26.96 | 12.78% |
5042 | 412.11 | 365.5 | -46.61 | -11.31% |
5043 | 220.7 | 171.4 | -49.3 | -22.34% |
5051 | 185.55 | 205.7 | 20.15 | 10.86% |
5052 | 443.36 | 414.5 | -28.86 | -6.51% |
5053 | 121.09 | 92.6 | -28.49 | -23.53% |
对此时的吴江站开关电流进行误差分析,均方误差为148.71%,相对误差很大,特别注意到5012开关电流误差明显存在不合理,有理由怀疑5012站内开关设备存在缺陷或者现场实测参数不准确,而且各串上电流不平衡也较明显,参数明显存在不合理,需要通过优化算法进行开关阻值的迭代,不断计算开关电阻迭代后的开关电流并与真实电流误差进行误差比对。
通过优化算法校核后,吴江站各个开关参数,优化前后的参数如表3所示,最终计算电流与实际电流对比如表4所示。
表3吴江站开关电阻校核前后对比
开关名称 | 校核前 | 校核后 |
5003 | 0.000165 | 0.000165 |
5011 | 0.000234 | 0.000234 |
5012 | 0.000245 | 0.004860 |
5021 | 0.000245 | 0.000249 |
5022 | 0.000245 | 0.000492 |
5023 | 0.000245 | 0.000213 |
5031 | 0.000247 | 0.000289 |
5032 | 0.000238 | 0.000242 |
5033 | 0.000251 | 0.000254 |
5041 | 0.000236 | 0.000270 |
5042 | 0.000232 | 0.000238 |
5043 | 0.000235 | 0.000206 |
5051 | 0.000246 | 0.000246 |
5052 | 0.000260 | 0.000260 |
5053 | 0.000255 | 0.000127 |
从优化结果来看,通过优化算法校核后,吴江站开关参数变化主要是5012开关电阻变化了大概20倍。
表4校核后吴江站开关电流对比
开关名称 | 实际电流(A) | 计算电流(A) | 绝对偏差(A) | 相对偏差 |
5003 | 192.36 | 195.8 | 3.44 | 1.79% |
5011 | 194.34 | 203.9 | 9.56 | 4.92% |
5012 | 7.81 | 7.7 | -0.11 | -1.41% |
5021 | 291.02 | 304.1 | 13.08 | 4.49% |
5022 | 123.05 | 117.2 | -5.85 | -4.75% |
5023 | 214.84 | 209.9 | -4.94 | -2.30% |
5031 | 113.28 | 120.1 | 6.82 | 6.02% |
5032 | 396.48 | 408.1 | 11.62 | 2.93% |
5033 | 78.12 | 79 | 0.88 | 1.13% |
5041 | 210.94 | 204 | -6.94 | -3.29% |
5042 | 412.11 | 402.3 | -9.81 | -2.38% |
5043 | 220.7 | 207.8 | -12.9 | -5.85% |
5051 | 185.55 | 182.5 | -3.05 | -1.64% |
5052 | 443.36 | 439.5 | -3.86 | -0.87% |
5053 | 121.09 | 114.9 | -6.19 | -5.11% |
对优化校核后吴江站开关电流进行误差分析,均方误差为3.69%,此时的均方误差相比校核前已经有明显改善,而且部分串上电流分布也较为平衡,可以认为此时的参数已经很接近真实参数,由于优化前后主要变化的是5012开关电阻扩大了20倍,因此判断5012开关可能存在缺陷。
另外,本方法的建模是将断路器及其两侧的隔离开关等效为一个开关设备,因此,对于本方法确定的5012开关缺陷实际中可能是5012开关及两侧隔离开关中的一个或者几个出现问题,但本方法为发现缺陷提供了重要依据,为查找缺陷大幅缩小了范围,对于现场测量有重要的指导作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:基于电流误差最小原则对开关类设备状态进行在线辨识,具体辨识过程包括以下步骤:
(1)以变电站各串内开关类设备的投运时的测量电阻值为初值,搭建变电站计算模型;
(2)根据变电站出线电流、变压器电流实际运行数据,依据变电站计算模型,计算流经各串开关的电流值;
(3)将各串开关的电流计算值同实际测量值进行比对,获得电流误差;
(4)基于电流误差最小的原则,利用优化算法改变接触电阻值,重新进行开关分流计算,继续进行同实际测量值之间的误差比对,不断优化直至误差均方根低于4%,此时的开关类设备接触电阻值视为实际值;
(5)根据优化前后电阻值发生变化的开关类设备诊断存在缺陷的具体开关类设备对象。
2.根据权利要求1所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:诊断对象是采用3/2接线方式的500kV变电站串内各开关类设备。
3.根据权利要求1所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:根据开关、闸刀和流变的电阻的实测参数来进行变电站内开关类设备的建模,边界条件包括各串出线上送出的有功和无功,各串主变自身下送的有功和无功,站内母线的电压和串内滤波器设备的容量。
4.根据权利要求1所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:采用PSASP软件对诊断对象进行建模和开关电流的计算。
5.根据权利要求1所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:所述利用优化算法改变接触电阻值的步骤为:通过不断迭代修改开关电阻值参数,每迭代一次都计算一次各个开关的电流,并与实际测量电流进行误差比对,计算电流误差,并计算各开关电流误差的均方根,迭代结束的判别条件是当开关电流误差低于5%,且优化迭代过程中,开关电流误差均方根同上一轮均方根相比减少量低于10%时,迭代过程结束。
6.根据权利要求1和2所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:搭建变电站计算模型时,断路器及两侧的隔离开关等效为一个开关设备。
7.根据权利要求1和3所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法,其特征在于:所述开关类设备的电阻数量级均在微欧级。
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