CN114034956A - 一种干式空心电抗器故障监测与预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干式空心电抗器故障监测与预警方法,通过对电抗器常态参数数据的记录和电抗器暂态参数数据的记录,采用实时在线监测的方式,提取电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息),综合分析发现电抗器的异常状态,给出故障预警,能对电抗器的所有特征参数进行综合分析判断,能针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,结合历史数据库给出该品牌、型号的预警信息及智能运维建议。
Description
技术领域
本发明涉及电力***二次监测技术领域,特别是一种干式空心电抗器故障监测与预警方法。
背景技术
电力***中所采取的电抗器常见的有串联电抗器和并联电抗器。电抗器在限制故障电流、空投设备涌流、过电压,改善电能质量,维持无功平衡及***电压稳定等方面发挥着重要的作用,广泛应用于35kV及以上电压等级变电站。
常用的干式空心电抗器的结构是多个同轴绕组,每层绕组中是若干个线圈并联。这种结构决定了干式空心电抗器有许多的优点:无油结构、无铁芯、多层线圈同轴绕制、包封之间有气道,因此具有不易燃、线性度高、散热性好、损耗小等优点,固化后,加上铝制的星形架,这样提高了电抗器的机械强度和短时过电流冲击的耐受能力,并减轻了电抗器的重量,以便进行维护。这种结构的缺点是,在运行过程中,设备周围的磁场较强,容易形成环流、产生涡流。多年来,电抗器厂家为节约制造成本导致材质及工艺水平降低、生产管理松懈等使得产品质量较差,因此,干式空心电抗器出现的事故越来越多。在干式空心电抗器的制造过程中,因为其包封数目多,各包封中的匝数也很多,所以不可避免会有各类偏差的出现,包括高度的偏差、中心距离的偏差等诸多问题,其中,匝数偏差对电抗器的影响尤其明显。另外,户外空心电抗器因运行环境不良导致绝缘层腐蚀,使得绝缘水平降低。
电抗器表面或引线/接头温度异常升高、铁芯接线中出现环流、响声或振动异常、匝间绝缘击穿短路、绕组对地或相间击穿、绕组和引线断裂、局部放电等故障常有发生,其中异常温升和匝间短路是一种较为普遍的故障情况,股间或匝间的绝缘故障导致的环流或短路电流及过热的恶性循环产生很大的破坏性。根据相关统计,异常温升和匝间短路两种故障发生的次数占所有故障次数的75%以上,如果得不到及时排除,高温会导致引线熔断或电抗器烧毁造成停电事故,严重影响电力***的稳定性,并造成较大的经济损失。
鉴于匝间短路故障的高发性和危害性,90年代左右,国内外就开展了针对电抗器匝间短路故障的研究,目前相关研究主要涉及两方面:第一个方面从制造工艺和维护角度出发,如优化绝缘设计,配置保护件等,研究起步早,经验丰富;第二方面是从检修试验的角度出发,定期对电抗器进行匝间绝缘性能检测,通过分析匝间绝缘性能及早发现匝间短路故障。预防性试验制度基本能够保证设备在两次试验期间正常运行。
目前,针对干式电抗器匝间短路问题,现阶段有许多不同检测方法,主要包括脉冲电压法、烟感法、温感法以及探测线圈法等。
从当前已有研究来看,在工程实践中,干式电抗器故障监测与预警技术已有一定应用,但各种技术总是存在种种的缺陷与不足,推广示范能力有限,还不能很好地解决高压电抗器运行中所面临的状态检修难题。
现阶段有许多不同检测方法存在的缺点如下:
1、从检修试验的角度出发,定期对电抗器进行匝间绝缘性能检测,通过分析匝间绝缘性能及早发现匝间短路故障。预防性试验制度基本能够保证设备在两次试验期间正常运行,但它有四个不容忽视的缺陷:1)经济上的缺陷,即由于停运带来的经济损失。2)技术上的缺陷,离线试验不能准确反映设备运行时的状况。3)不利于电抗器故障早期征兆的获取、故障分析和预测。4)有些是破坏性试验,缩短了设备的使用寿命。
2、脉冲电压法是一种离线检测方法,通过不少于7200次脉冲冲击试验,将匝间绝缘故障彻底暴露出来,是一种破坏性的试验,这种方法虽然能够有效的检测出电抗器匝间绝缘缺陷,但成本高,缩短了电抗器的使用寿命,降低了电抗器的使用效率。
3、烟感法利用烟感探测器检测电抗器过热时产生的烟气,以此来达到检测的目的,但由于电抗器一般应用于户外,因故障而造成的烟气扩散很快,浓度达不到一定阈值很难准确检测到。
4、目前干式电抗器温感法主要采用探点式无线温度传感器和光纤光栅传感器,无线测温传感器抗干扰性能差、无法用于监测电抗器内部温度,光栅传感器尺寸大安装不便、不适用于匝(层)间温度监测,这两类传感器还都无法获得完整的内部温度场分布特性。
5、探测线圈检测法,通过监测匝间短路故障产生涡流造成的设备内部总磁通量变化发现故障。探测线圈存在以下缺陷:若电抗器内部发生匝间短路,因其故障匝数相对少,故磁通量不会产生显著变化;若在电抗器横轴附近发生故障,则两侧磁通量不会产生差值,故探测线圈检测存在盲区;探测线圈的安装可能会影响到电抗器的正常工作。
发明内容
为解决现有技术中干式空心电抗器的各种常规检测方法中存在的问题,本发明提供了一种干式空心电抗器故障监测与预警方法。
本发明采用的技术方案是:
一种干式空心电抗器故障监测与预警方法,包括如下步骤:
电抗器常态参数数据记录:
在无故障的情况下,按照预设的常态采样速率记录母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在无故障的情况下,常态数据存储在常态数据区,母线电压、电抗器电流存储在常态区A,电抗器阻抗存储在常态区B,温度分布场温度存储在常态区C,电抗器振动特征数据存储在常态区D;
电抗器暂态参数数据记录:
在故障的情况下,按照预设的暂态采样速率记录母线电压和电抗器电流,电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在故障的情况下,暂态数据存储在暂态数据区,母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、温度分布场温度和电抗器振动特征数据都统一存储在暂态数据区;
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续多点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续多点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束并进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的预设比例且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号;
电抗器故障记录时间的设定:
故障记录时间分为A段和B段,A段为启动记录时刻前的时段;B段为启动记录时刻后的时段。
优选地,预设的常态采样速率为1600点/秒,预设的暂态采样速率为51200点/秒,常态区A、常态区B、常态区C、和常态区D的分区大小分别为64GB,暂态数据区的分区大小为256GB。
优选地,还包括如下步骤:
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续3点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续3点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的95%且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束。
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号。
优选地,故障记录时间中A段的时间设置为0.02秒~2秒,默认0.2秒;B段的时间设置为0.1秒~10秒,默认1秒。
优选地,电抗器数据存储格式为:
常态数据采用GZIP无损压缩算法,将压缩后的母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据分别存储在常态区A、常态区B、常态区C和常态区D;数据压缩比为5:1;
暂态数据形成故障数据文件,存储在暂态数据存储区,故障数据文件为标准Comtrade99格式;
故障启动原因形成故障简报文件,存储在故障简报文件区,故障简报文件包括故障类型、启动时间,定值和启动值。
优选地,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时存储和显示,故障数据包括:
故障发生时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障结束时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障类型及启动原因,故障发生前后及整个过程中,所有电抗器母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征实时数据及波形。
优选地,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时分析和自动统计:
实时在线监测获取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析、及时发现电抗器异常隐患;按月和年统计因电流判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取的电抗器阻抗变化,生成并联电抗器阻抗特征分析结果,分析电抗器异常原因及损坏程度;按月和年统计因阻抗判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器内部完整的温度分布场,以及电抗器顶端空气温度,分析电抗器绝对温度差以及相对温度差,建立电抗器温度场分布3D模型,从而分析电抗器的状态信息,全面监测电抗器的温度差分布,预防电抗器故障;按月和年统计因温度值判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器振动特征数据,提取振动特征指纹,为电抗器特性综合分析提供多源的数据支持;按月和年统计因振动瞬时值判定电抗器故障的次数。
优选地,还包括如下步骤:
电抗器常态数据分析判断和自动统计:
结合暂态数据,分析同组不同相的同型号电抗器特征量的横向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器不同时期特征量的纵向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器与相同型号、相同条件的邻近电抗器特征参数区别,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量差异月统计图和年统计图;
分析同等环境条件、气候条件、规格型号下历史参数与目标参数的区别,统计形成月报表数据、年报表数据、历史参数与目标参数月统计图和年统计图;
针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,结合历史数据库给出该品牌、型号的预警信息、运行维护建议。
优选地,还包括如下步骤:
电抗器故障监测、智能诊断、预警和检修:
采用小波分析技术、电抗器阻抗特征分析技术、电抗器内部温度场监测技术、电抗器振动特征分析技术有效提取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析,及时发现电抗器异常隐患,采用马氏距离算法,及时、准确地发现电抗器的特性异常变迁信息、定位故障部位,为故障预警提供可靠的保证,结合电抗器投运年限、检修记录、以及电抗器运行数据库、历史数据库,全面感知电抗器实时运行状态,开展电抗器智能诊断和预警,制定科学巡检计划,实现智能运维提供决策依据。
本发明的有益效果是:
1、采用实时在线监测,无需设备停运,避免了设备停运带来的经济损失,且在线监测能及时准确反映设备实时运行状况;
2、实时在线监测利于获取故障早期征兆,便于故障分析和预测;
3、无需破坏性试验,确保了设备的正常使用寿命;
4、对电抗器综合分析,不仅提取电抗器的温度场特征、电流特征、阻抗特征,同时增加振动特征信号,结合电抗器投运年限、检修记录、以及电抗器运行数据库、历史数据库,全面感知电抗器实时运行状态,开展电抗器智能诊断和预警,制定科学巡检计划,实现智能运维提供决策依据;
5、提取电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息),综合分析发现电抗器的异常状态,给出故障预警;
6、能对电抗器的所有特征参数进行综合分析判断,以及同组不同相、同型号电抗器特征的横向对比,本电抗器不同时期特征的纵向对比,分析同等环境条件、气候条件、规格型号下历史参数与目标参数的区别,分析相同型号、相同条件的邻近电抗器特征参数区别,采用马氏距离算法,及时、准确地发现电抗器的特性异常变迁信息、定位故障部位,为故障预警提供可靠的保证;
7、该技术能针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,结合历史数据库给出该品牌、型号的预警信息及智能运维建议。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种干式空心电抗器故障监测与预警方法,包括如下步骤:
电抗器常态参数数据记录:
在无故障的情况下,按照预设的常态采样速率记录母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在无故障的情况下,常态数据存储在常态数据区,母线电压、电抗器电流存储在常态区A,电抗器阻抗存储在常态区B,温度分布场温度存储在常态区C,电抗器振动特征数据存储在常态区D;
电抗器暂态参数数据记录:
在故障的情况下,按照预设的暂态采样速率记录母线电压和电抗器电流,电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在故障的情况下,暂态数据存储在暂态数据区,母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、温度分布场温度和电抗器振动特征数据都统一存储在暂态数据区;
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续多点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续多点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束并进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的预设比例且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号;
电抗器故障记录时间的设定:
故障记录时间分为A段和B段,A段为启动记录时刻前的时段;B段为启动记录时刻后的时段。
具体地,预设的常态采样速率为1600点/秒,预设的暂态采样速率为51200点/秒,常态区A、常态区B、常态区C、和常态区D的分区大小分别为64GB,暂态数据区的分区大小为256GB。
具体地,还包括如下步骤:
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续3点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续3点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的95%且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束。
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号。
具体地,故障记录时间中A段的时间设置为0.02秒~2秒,默认0.2秒;B段的时间设置为0.1秒~10秒,默认1秒。
具体地,电抗器数据存储格式为:
常态数据采用GZIP无损压缩算法,将压缩后的母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据分别存储在常态区A、常态区B、常态区C和常态区D;数据压缩比为5:1;
暂态数据形成故障数据文件,存储在暂态数据存储区,故障数据文件为标准Comtrade99格式;
故障启动原因形成故障简报文件,存储在故障简报文件区,故障简报文件包括故障类型、启动时间,定值和启动值。
具体地,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时存储和显示,故障数据包括:
故障发生时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障结束时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障类型及启动原因,故障发生前后及整个过程中,所有电抗器母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征实时数据及波形。
具体地,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时分析和自动统计:
实时在线监测获取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析、及时发现电抗器异常隐患;按月和年统计因电流判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取的电抗器阻抗变化,生成并联电抗器阻抗特征分析结果,分析电抗器异常原因及损坏程度;按月和年统计因阻抗判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器内部完整的温度分布场,以及电抗器顶端空气温度,分析电抗器绝对温度差以及相对温度差,建立电抗器温度场分布3D模型,从而分析电抗器的状态信息,全面监测电抗器的温度差分布,预防电抗器故障;按月和年统计因温度值判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器振动特征数据,提取振动特征指纹,为电抗器特性综合分析提供多源的数据支持;按月和年统计因振动瞬时值判定电抗器故障的次数。
具体地,还包括如下步骤:
电抗器常态数据分析判断和自动统计:
结合暂态数据,分析同组不同相的同型号电抗器特征量的横向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器不同时期特征量的纵向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器与相同型号、相同条件的邻近电抗器特征参数区别,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量差异月统计图和年统计图;
分析同等环境条件、气候条件、规格型号下历史参数与目标参数的区别,统计形成月报表数据、年报表数据、历史参数与目标参数月统计图和年统计图;
针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,结合历史数据库给出该品牌、型号的预警信息、运行维护建议。
具体地,还包括如下步骤:
电抗器故障监测、智能诊断、预警和检修:
采用小波分析技术、电抗器阻抗特征分析技术、电抗器内部温度场监测技术、电抗器振动特征分析技术有效提取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析,及时发现电抗器异常隐患,采用马氏距离算法,及时、准确地发现电抗器的特性异常变迁信息、定位故障部位,为故障预警提供可靠的保证,结合电抗器投运年限、检修记录、以及电抗器运行数据库、历史数据库,全面感知电抗器实时运行状态,开展电抗器智能诊断和预警,制定科学巡检计划,实现智能运维提供决策依据。
本发明能提取电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息),综合分析发现电抗器的异常状态,给出故障预警。能对电抗器的所有特征参数进行综合分析判断,以及同组不同相、同型号电抗器特征的横向对比,本电抗器不同时期特征的纵向对比,分析同等环境条件、气候条件、规格型号下历史参数与目标参数的区别,分析相同型号、相同条件的邻近电抗器特征参数区别,采用马氏距离算法,及时、准确地发现电抗器的特性异常变迁信息、定位故障部位,为故障预警提供可靠的保证。针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,给出该品牌、型号的运行维护建议。
解决了目前无综合电抗器故障监测及预警技术,无法结合电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息),综合分析发现电抗器的异常状态;无法在全域范围内准确无遗漏的记录电抗器运行数据、全面感知电抗器实时运行状态,无法结合电抗器故障状态综合分析技术,开展电抗器智能诊断检修及预警,而单一测量分析电抗器的运行特征无法反应电抗器的实际运行状态的囧境。
本发明通过全面感知电抗器实时故障数据,运行状态;基于电抗器故障状态综合分析技术,结合电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息)进行检修、评估、预警和风险分析,提醒运维人员适时对电抗器进行检修,有效提高电抗器的安全运行水平,克服定期检修的盲目性,为电抗器的检修提供科学依据。
本发明相比于传统检测方法具有如下优点:
1、基于高频电流采样的电抗器电流波形分析技术,为开展电抗器状态监测、智能诊断和检修提供理论分析基础。
2、基于电抗器阻抗特征分析技术,实时在线监测获取的电抗器阻抗变化,为记录电抗器状态提供理论依据。
3、基于电抗器内部温度场监测技术,获取电抗器内部完整的温度分布场,以及电抗器顶端空气温度,分析电抗器绝对温度差以及相对温度差,建立电抗器温度场分布3D模型,从而分析电抗器的状态信息,全面监测电抗器的温度差分布,预防电抗器故障。
4、基于电抗器振动特征监测技术,分析电抗器振动特征数据,提取振动特征指纹,为电抗器特性综合分析提供多源的数据支持。
5、基于电抗器故障状态综合分析技术,结合电抗器电流特征信息、阻抗特征信息以及物理特征信息(包括内部温度场、振动特征信息)进行检修、评估、预警和风险分析,提醒运维人员适时对电抗器进行检修。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,包括如下步骤:
电抗器常态参数数据记录:
在无故障的情况下,按照预设的常态采样速率记录母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在无故障的情况下,常态数据存储在常态数据区,母线电压、电抗器电流存储在常态区A,电抗器阻抗存储在常态区B,温度分布场温度存储在常态区C,电抗器振动特征数据存储在常态区D;
电抗器暂态参数数据记录:
在故障的情况下,按照预设的暂态采样速率记录母线电压和电抗器电流,电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据;
在故障的情况下,暂态数据存储在暂态数据区,母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、温度分布场温度和电抗器振动特征数据都统一存储在暂态数据区;
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续多点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续多点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束并进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的预设比例,连续多点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的预设比例且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的预设比例,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号;
电抗器故障记录时间的设定:
故障记录时间分为A段和B段,A段为启动记录时刻前的时段;B段为启动记录时刻后的时段。
2.根据权利要求1所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,预设的常态采样速率为1600点/秒,预设的暂态采样速率为51200点/秒,常态区A、常态区B、常态区C、和常态区D的分区大小分别为64GB,暂态数据区的分区大小为256GB。
3.根据权利要求2所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,还包括如下步骤:
当满足以下四个条件中任一条件时判定电抗器故障进行故障启动录波:
电流突变启动:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值大于或等于电流突变定值,且连续3点电流测量值都满足;
阻抗突变启动:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值大于或等于阻抗突变定值,且连续3点阻抗值都满足;
温度越限启动:电抗器当前测量温度值减去环境温度值大于或等于相对温差定值或电抗器当前测量温度值大于或等于绝对温度差定值;
振动越限启动:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值大于或等于振动定值;
在以上故障启动的情况下,点亮故障启动指示灯并闭合故障启动告警节点信号;
当判定电抗器故障后满足以下四个条件中任一条件时判定故障结束进行故障复归:
电流突变启动复归:电抗器当前测量电流瞬时值减去上一周波相同点测量电流瞬时值小于电流突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
阻抗突变启动复归:电抗器当前计算阻抗瞬时值减去上一周波相同点计算阻抗瞬时值小于阻抗突变定值的95%,连续3点电流测量值都满足且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
温度越限启动复归:电抗器当前测量温度值减去环境温度值小于相对温差定值的95%且电抗器当前测量温度值小于绝对温度差定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束;
振动越限启动复归:电抗器当前测量振动值减去上一次测量振动值小于振动定值的95%,且无其它故障启动,同时满足设定的B段时长结束。
在以上故障复归的情况下,熄灭故障启动指示灯并复归故障启动告警节点信号。
4.根据权利要求3所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,故障记录时间中A段的时间设置为0.02秒~2秒,默认0.2秒;B段的时间设置为0.1秒~10秒,默认1秒。
5.根据权利要求4所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,
电抗器数据存储格式为:
常态数据采用GZIP无损压缩算法,将压缩后的母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征数据分别存储在常态区A、常态区B、常态区C和常态区D;数据压缩比为5:1;
暂态数据形成故障数据文件,存储在暂态数据存储区,故障数据文件为标准Comtrade99格式;
故障启动原因形成故障简报文件,存储在故障简报文件区,故障简报文件包括故障类型、启动时间,定值和启动值。
6.根据权利要求5所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时存储和显示,故障数据包括:
故障发生时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障结束时间,包括:年、月、日、时、分、秒、微秒;
故障类型及启动原因,故障发生前后及整个过程中,所有电抗器母线电压、电抗器电流、电抗器阻抗、电抗器内部完整的温度分布场温度、电抗器振动特征实时数据及波形。
7.根据权利要求6所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,还包括如下步骤:
电抗器故障数据的实时分析和自动统计:
实时在线监测获取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析、及时发现电抗器异常隐患;按月和年统计因电流判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取的电抗器阻抗变化,生成并联电抗器阻抗特征分析结果,分析电抗器异常原因及损坏程度;按月和年统计因阻抗判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器内部完整的温度分布场,以及电抗器顶端空气温度,分析电抗器绝对温度差以及相对温度差,建立电抗器温度场分布3D模型,从而分析电抗器的状态信息,全面监测电抗器的温度差分布,预防电抗器故障;按月和年统计因温度值判定电抗器故障的次数;
实时在线监测获取电抗器振动特征数据,提取振动特征指纹,为电抗器特性综合分析提供多源的数据支持;按月和年统计因振动瞬时值判定电抗器故障的次数。
8.根据权利要求7所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,还包括如下步骤:
电抗器常态数据分析判断和自动统计:
结合暂态数据,分析同组不同相的同型号电抗器特征量的横向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器不同时期特征量的纵向对比,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量月统计图和年统计图;
结合暂态数据,分析本电抗器与相同型号、相同条件的邻近电抗器特征参数区别,统计形成月报表数据、年报表数据、特征量差异月统计图和年统计图;
分析同等环境条件、气候条件、规格型号下历史参数与目标参数的区别,统计形成月报表数据、年报表数据、历史参数与目标参数月统计图和年统计图;
针对不同型号、品牌的电抗器建立运行数据库,结合历史数据库给出该品牌、型号的预警信息、运行维护建议。
9.根据权利要求7所述干式空心电抗器故障监测与预警方法,其特征在于,还包括如下步骤:
电抗器故障监测、智能诊断、预警和检修:
采用小波分析技术、电抗器阻抗特征分析技术、电抗器内部温度场监测技术、电抗器振动特征分析技术有效提取电抗器故障电流突变量、特征量,提供电抗器特征分析,及时发现电抗器异常隐患,采用马氏距离算法,及时、准确地发现电抗器的特性异常变迁信息、定位故障部位,为故障预警提供可靠的保证,结合电抗器投运年限、检修记录、以及电抗器运行数据库、历史数据库,全面感知电抗器实时运行状态,开展电抗器智能诊断和预警,制定科学巡检计划,实现智能运维提供决策依据。
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