CN112505449B - 一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态诊断***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态诊断***和方法，该方法包括如下步骤：在一定的雷电冲击电流下，采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；处理器根据波形曲线的残压波形特征判断避雷器的故障类型。本发明综合考虑被试设备试验电压、试验电流以及避雷器残压波形特征等条件下提出的一种适用于不同类型避雷器的状态诊断方法，能够为实验室及工程避雷器状态诊断和识别提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器领域，尤其是一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态诊断***和方法。
背景技术
避雷器作为特高压输电***过电压保护的重要设备，主要用来限制雷电过电压和操作过电压，从而保护***中其他电力设备免受过电压损坏。但在工程中，避雷器常发生内部损坏、受潮、短路、绝缘变形或绝缘破损等故障，导致伏安特性严重偏离正常值。这不仅会降低其自身的保护能力，还会损害附近电气设备的正常运行。因此，如何有效监测避雷器的工作与绝缘状态成为工程中亟待解决的重要问题。
目前，针对避雷器状态的诊断方法主要有红外热成像、运行电压下泄漏电流试验和直流泄漏试验等三种方法。红外测温法应用于避雷器测温已为生产提供了多年的技术支撑，但该方法受测温距离、角度、环境温湿度等因素影响较大，准确度较低；运行电压下泄漏电流试验易受到到相间干扰的影响，同时参考电压的选择也较为困难；直流泄漏试验必须在设备处于停电状态下实施，无法及时了解配电变压器的运行状态。因此，本发明在综合考虑被试设备试验电压、试验电流以及避雷器残压波形特征等条件下提出的一种适用于不同类型避雷器的状态诊断方法。
残压是避雷器保护能力的关键表征参数，了解其特性和规律有利于避雷器设备的运维，对避雷器故障识别和状态诊断具有重要参考价值。目前，国内还没有将避雷器暂态残压特征同运行状态相关联的文献报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态诊断***和方法，该方法是综合考虑被试设备试验电压、试验电流以及避雷器残压波形特征等条件下适用于不同类型避雷器的状态诊断方法，能够为实验室及工程避雷器故障识别和状态诊断提供参考。
本发明的技术方案具体如下：
一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断方法，包括以下步骤：
步骤(1)、在一定的雷电冲击电流下，采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；
步骤(2)、处理器根据步骤(1)波形曲线的残压波形特征判断避雷器的故障类型；
避雷器在不同状态下施加相同幅值雷电冲击电流时，其残压波形特征不同，处理器将试验波形与避雷器状态参照波形进行对比，判断被试避雷器状态。
进一步地，步骤(1)之前还包括将避雷器状态参照波形输入处理器
获取不同状态下施加相同幅值雷电冲击电流时避雷器的残压波形特征，将上述残压波形特征作为避雷器状态参照波形输入处理器。
进一步地，避雷器状态参照波形包括正常状态波形、短路状态波形、受潮状态波形、绝缘变形波形和绝缘受损波形。
进一步地，各波形的特征如下：
正常状态波形：残压在0-0.5μs间先短暂上升，在0.5-3μs内整体保持稳定，出现数次轻微震荡，从3μs开始逐渐下降，初始时下降较慢，并在之后逐渐加快，至19.5μs出现断崖式下降，持续约1μs后电压降至最低值形成低过冲，经一次震荡后趋于稳定；
短路状态波形：残压在0-0.25μs间先急剧下降，于0.25-0.5μs内出现回升，并在之后3.5μs内保持稳定，随后呈下降态势，且下降速率逐渐加快，至19μs出现断崖式下降，残压迅速降至零并形成反压，在其后的5μs内出现数次震荡，后保持稳定，稳定值为正向压降且稍高于零；
受潮状态波形：残压在0-0.5μs间先急剧上升，于0.5-1μs间出现回降，并在之后4μs内保持稳定，其后在5.5μs、16μs、22μs时刻出现多次断崖式下降，且在各次断崖式下降后均出现1-2次波形震荡，最终在27μs时趋于稳定；
绝缘变形波形：残压在0-4μs间波形与正常状态基本一致，从4μs时开始下降，6-20μs间下降速率保持恒定，在20.5μs时出现断崖式下降并形成低过冲，并在其后的3μs内出现数次波形震荡，在24μs时刻后残压值趋于稳定；
绝缘受损波形：残压在0-2.5μs间先急剧下降，其后下降速率骤减，在2.5-20μs内呈稳定缓慢下降态势，逐渐从+0.8kV降低至零并形成反压，在21.5μs时反压达局部极大值并开始缓慢下降，于38μs时降低至零再度形成正压，在41μs时达局部极大值并再度缓慢下降。
进一步地，正常状态波形的最终残压稳定值达2kV以上；
短路状态波形在震荡阶段残压出现阶段性负值，而最终残压稳定值为正且稍高于零；
受潮状态波形亦会出现多次震荡，相邻震荡之间时间间隔较长，残压稳定值约为0.5kV；
绝缘变形波形在开始阶段的震荡特征与正常状态一致，但在稳定前会出现连续多次震荡，残压稳定值达1kV以上，仅次于正常状态；
绝缘破损波形的残压波形未出现类正弦状震荡，同时无最终稳定值，波形会不断出现往复性正压、负压波动。
进一步地，判断被试避雷器状态具体按以下进行：
判断试验波形是否稳定，如果不稳定，则为绝缘破损波形；如果稳定，则继续判断振荡过程是否出现阶段性负值，如果是，则为短路状态波形；如果不是，则继续判断是否长时间内出现多次的振荡，如果是，则为受潮状态波形，如果不是，则继续判断稳定前是否出现连续性多次震荡，如果是，则为绝缘变形波形，如果不是，则为正常波形。
进一步地，长时间内出现多次的振荡是指5-20μs内出现1次以上的振荡。
本发明还涉及的基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断***，包括信号采集单元和处理器；
信号采集单元采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；
处理器将试验波形与避雷器状态参照波形进行对比，判断被试避雷器状态，判断过程如下：
判断试验波形是否稳定，如果不稳定，则为绝缘破损波形；如果稳定，则继续判断振荡过程是否出现阶段性负值，如果是，则为短路状态波形；如果不是，则继续判断是否长时间内出现多次的振荡，如果是，则为受潮状态波形，如果不是，则继续判断稳定前是否出现连续性多次震荡，如果是，则为绝缘变形波形，如果不是，则为正常波形。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
(1)本发明通过收集避雷器不同状态下的波形，将待测波形进行对比，进而判断避雷器的状态，相对于现有方法更加节省时间，操作简便。
(2)本发明综合考虑被试设备试验电压、试验电流以及避雷器残压波形特征等条件下提出的一种适用于不同类型避雷器的状态诊断方法，能够为实验室及工程避雷器状态诊断和识别提供参考。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是采集的不同状态的避雷器残压波形特征图；
图3是待判断避雷器的雷电流冲击残压波形特征图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。下面根据具体实例对本发明的原理进行说明。
本实施例的本发明还涉及的基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断***，包括信号采集单元和处理器；
信号采集单元采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；
处理器将试验波形与避雷器状态参照波形进行对比，判断被试避雷器状态，判断过程如下：
判断试验波形是否稳定，如果不稳定，则为绝缘破损波形；如果稳定，则继续判断振荡过程是否出现阶段性负值，如果是，则为短路状态波形；如果不是，则继续判断是否长时间内出现多次的振荡，如果是，则为受潮状态波形，如果不是，则继续判断稳定前是否出现连续性多次震荡，如果是，则为绝缘变形波形，如果不是，则为正常波形。
基于上述***，本实施例的基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将避雷器状态参照波形输入处理器
开展雷电冲击残压试验，利用陶瓷电容绝缘子智能传感装置检测线路残压信号，实现暂态残压的监测转换。在高频下，监测装置能够检测陶瓷电容芯绝缘子、分压电容和提取电阻构路成的监测电路中的信号，记录参考的避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线。
雷电实验平台充25kV的电压，通过脉冲触发装置，将雷电冲击电流施加于金属氧化物避雷器，并通过脉冲电容分压器以及陶瓷电容分压器进行避雷器残压测量，并将电压信号通过光纤传输到高精度示波器进行数据显示及存储。
获取不同状态下施加相同幅值雷电冲击电流时避雷器的残压波形特征，将上述残压波形特征作为避雷器状态参照波形输入处理器。
避雷器状态参照波形包括正常状态波形、短路状态波形、受潮状态波形、绝缘变形波形和绝缘受损波形。如图2所示，各波形的特征如下：
正常状态波形：残压在0-0.5μs间先短暂上升，在0.5-3μs内整体保持稳定，出现数次轻微震荡，从3μs开始逐渐下降，初始时下降较慢，并在之后逐渐加快，至19.5μs出现断崖式下降，持续约1μs后电压降至最低值形成低过冲，经一次震荡后趋于稳定；
短路状态波形：残压在0-0.25μs间先急剧下降，于0.25-0.5μs内出现回升，并在之后3.5μs内保持稳定，随后呈下降态势，且下降速率逐渐加快，至19μs出现断崖式下降，残压迅速降至零并形成反压，在其后的5μs内出现数次震荡，后保持稳定，稳定值为正向压降且稍高于零；
受潮状态波形：残压在0-0.5μs间先急剧上升，于0.5-1μs间出现回降，并在之后4μs内保持稳定，其后在5.5μs、16μs、22μs时刻出现多次断崖式下降，且在各次断崖式下降后均出现1-2次波形震荡，最终在27μs时趋于稳定；
绝缘变形波形：残压在0-4μs间波形与正常状态基本一致，从4μs时开始下降，6-20μs间下降速率保持恒定，在20.5μs时出现断崖式下降并形成低过冲，并在其后的3μs内出现数次波形震荡，在24μs时刻后残压值趋于稳定；
绝缘受损波形：残压在0-2.5μs间先急剧下降，其后下降速率骤减，在2.5-20μs内呈稳定缓慢下降态势，逐渐从+0.8kV降低至零并形成反压，在21.5μs时反压达局部极大值并开始缓慢下降，于38μs时降低至零再度形成正压，在41μs时达局部极大值并再度缓慢下降。
步骤(2)在一定的雷电冲击电流下，采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线。
基于避雷器的标称放电电流参数，结合相关标准规定和试验要求计算出雷电冲击电流，本例以10kV避雷器及110kV避雷器为试品，主要参数说明参照下表1所示：
表1避雷器参数
开展雷电冲击残压试验，利用陶瓷电容绝缘子智能传感装置检测线路残压信号，实现暂态残压的监测转换。在高频下，监测装置能够检测陶瓷电容芯绝缘子、分压电容和提取电阻构路成的监测电路中的信号，记录避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线。
本实施例根据试验标准GB/T 11032-2010确定雷电冲击电流幅值，分别约为避雷器标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍，视在波前时间应在7μs～9μs之间，半峰值时间无严格要求。
本实施例开展残压试验得到避雷器残压随时间变化的波形曲线具体是通过脉冲触发装置，产生不同波头参数冲击电压，包括1.2/50μs、2/50μs、8/50μs等雷电流波形，将雷电冲击电流施加于避雷器，通过脉冲电容分压器及陶瓷电容分压器进行避雷器残压测量，测试和记录避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线。
步骤(3)、处理器根据步骤(2)波形曲线的残压波形特征判断避雷器的故障类型。
如图1所示，判断被试避雷器状态具体按以下进行：
判断试验波形是否稳定，如果不稳定，则为绝缘破损波形；如果稳定，则继续判断振荡过程是否出现阶段性负值，如果是，则为短路状态波形；如果不是，则继续判断是否长时间内出现多次的振荡，如果是，则为受潮状态波形，如果不是，则继续判断稳定前是否出现连续性多次震荡，如果是，则为绝缘变形波形，如果不是，则为正常波形。
将获得的残压波形同避雷器在不同状态下的残压特性进行比较，基于波形震荡、残压稳定值等特征指纹，正常状态仅开始阶段出现数次轻微震荡，以及在最终稳定前出现一次震荡，最终残压稳定值可达2kV以上，为各状态中最高；短路状态会在最终稳定前出现初始幅值较大而逐渐衰减的连续多次震荡，值得注意的是，在震荡阶段残压会出现阶段性负值，而最终残压稳定值为正且稍高于零，为各状态中最低；受潮状态亦会出现多次震荡，但相邻震荡之间时间间隔较长，残压稳定值约为0.5kV；绝缘变形在开始阶段的震荡特征与正常状态一致，但在稳定前会出现连续多次震荡，残压稳定值可达1kV以上，仅次于正常状态；绝缘破损状态最易区分，其残压波形未出现类正弦状震荡，同时无最终稳定值，波形会不断出现往复性正压、负压波动。从而可实现对避雷器运行状态的有效检测，识别短路、受潮、绝缘变形及绝缘损坏等故障情形。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，例如处理器与参考波形比对时的图像识别。
本实施例的具体检测实例如下：
针对一个10kV的待判断避雷器，开展雷电冲击残压实验，得到如图3所示的残压波形特征图。
该特征图残压终值稳定，所以该避雷器不是绝缘破损。同时残压波形在下降过程中并未过零出现反压，也即震荡过程中没有出现阶段性负值，所以该避雷器也不是处于短路状态。虽然在波形稳定前出现了多次震荡，但是每次震荡出现在6μs、16μs、24μs时刻断崖式下降后，属于长时间间隔的多次震荡，最终，处理器判定该避雷器处于受潮状态波形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）、在一定的雷电冲击电流下，采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；
步骤（2）、处理器根据步骤（1）波形曲线的残压波形特征判断避雷器的故障类型；
避雷器在不同状态下施加相同幅值雷电冲击电流时，其残压波形特征不同，处理器将试验波形与避雷器状态参照波形进行对比，判断被试避雷器状态；避雷器状态参照波形包括正常状态波形、短路状态波形、受潮状态波形、绝缘变形波形和绝缘受损波形；
各波形的特征如下：
正常状态波形：残压在0-0.5 μs间先短暂上升，在0.5-3 μs内整体保持稳定，出现数次轻微震荡，从3 μs开始逐渐下降，初始时下降较慢，并在之后逐渐加快，至19.5 μs出现断崖式下降，持续约1 μs后电压降至最低值形成低过冲，经一次震荡后趋于稳定；
短路状态波形：残压在0-0.25 μs间先急剧下降，于0.25-0.5 μs内出现回升，并在之后3.5 μs内保持稳定，随后呈下降态势，且下降速率逐渐加快，至19 μs出现断崖式下降，残压迅速降至零并形成反压，在其后的5 μs内出现数次震荡，后保持稳定，稳定值为正向压降且稍高于零；
受潮状态波形：残压在0-0.5 μs间先急剧上升，于0.5-1 μs间出现回降，并在之后4 μs内保持稳定，其后在5.5 μs、16 μs、22 μs时刻出现多次断崖式下降，且在各次断崖式下降后均出现1-2次波形震荡，最终在27 μs时趋于稳定；
绝缘变形波形：残压在0-4μs间波形与正常状态基本一致，从4μs时开始下降，6-20μs间下降速率保持恒定，在20.5μs时出现断崖式下降并形成低过冲，并在其后的3μs内出现数次波形震荡，在24 μs时刻后残压值趋于稳定；
绝缘受损波形：残压在0-2.5 μs间先急剧下降，其后下降速率骤减，在2.5-20 μs内呈稳定缓慢下降态势，逐渐从+0.8 kV降低至零并形成反压，在21.5 μs时反压达局部极大值并开始缓慢下降，于38 μs时降低至零再度形成正压，在41 μs时达局部极大值并再度缓慢下降。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）之前还包括将避雷器状态参照波形输入处理器；
获取不同状态下施加相同幅值雷电冲击电流时避雷器的残压波形特征，将上述残压波形特征作为避雷器状态参照波形输入处理器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：正常状态波形的最终残压稳定值达2 kV以上；
短路状态波形在震荡阶段残压出现阶段性负值，而最终残压稳定值为正且稍高于零；
受潮状态波形亦会出现多次震荡，相邻震荡之间时间间隔较长，残压稳定值约为0.5kV；
绝缘变形波形在开始阶段的震荡特征与正常状态一致，但在稳定前会出现连续多次震荡，残压稳定值达1 kV以上，仅次于正常状态；
绝缘破损波形的残压波形未出现类正弦状震荡，同时无最终稳定值，波形会不断出现往复性正压、负压波动。
4.一种基于暂态残压指纹特征的避雷器状态判断***，其特征在于：适用于权利要求1-3任一项所述的方法，包括信号采集单元和处理器；
信号采集单元采集待判断避雷器的雷电流冲击残压值，得到残压随时间变化的波形曲线；
处理器将试验波形与避雷器状态参照波形进行对比，判断被试避雷器状态。
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