CN113447770B - 一种高压断路器局部放电监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压断路器局部放电监测预警方法，包括，构建高压断路器局部放电综合监测模型；依据高压断路器内局部放电综合监测模型获取高压断路器多路局放传感信息关联函数K；实时采集高压断路器运行状态信息，根据关联函数K计算出实时的局放监测精确值，并输出高压断路器局放值与时间的图线；根据高压断路器局放值与时间的图线计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率，若波动率大于标准波动率，则发出预警信号。优点：一是本发明针对高压断路器局部放电综合性监测并根据监测数据对高压断路器绝缘性能进行预警；二是本发明能在高压断路器局放故障早期时预警，从而避免因局放值太大，造成高压断路器其他单元正常工作的破坏。

Description

一种高压断路器局部放电监测预警方法

技术领域

本发明涉及高压断路器运行状态在线监测技术领域，尤其涉及一种高压断路器局部放电在线监测预警方法。

背景技术

高压断路器是电力系统中承担电路大电流通断的重要部件，尤其在中高压电力系统中，随着高压断路器运用到恶劣环境中，或者运行频繁和时间不断增加，往往会因高压断路器中绝缘体性能老化等出现高压断路器局部放电的现象，也称之为高压断路器局放现象。正常的高压断路器或多或少会存在局放现象，这些高压断路器局部放电大多数是不会影响电力系统的正常运行，但是以下两种情况(如高压断路器局放值突然变大或者频繁出现跳变值)将直接导致高压断路器短路击穿，从而造成重大电力系统安全事故。因此检测高压断路器局放大小，进而判断高压断路器工作状态是否正常，成为电力系统中安全运行检测的重要手段。

现有的一般高压断路器局放监测只是简单通过局放传感器检测信息来进行判断高压断路器绝缘状态，如2015年申请的CN 105158657 A、名称“高压开关柜局部放电在线监测系统”，该发明涉及一种高压开关柜局部放电在线监测系统,包括设备及传感器层、监测预警设备层和分析诊断层，设备及传感器层的传感器分布安装在被监测设备上，实时采集电气设备的局放脉冲信号，并传输到监测预警设备层和分析诊断层。所述设备及传感器层的被监测设备包括开关室的母线、PT/CT、断路器和套管。所述设备及传感器层采用耦合电容传感器，安装在每相的母线和地之间。本发明通过局部放电的在线监测得到相关信息，来分析开关柜内部的绝缘情况。但是，该类的高压断路器局放监测只能监测到极端结果，即此时高压断路器绝缘体处于完全失效状态，同时高压断路器局放可能已对高压断路器其他单元造成了损害。此外，该时期的高压断路器局放监测没有对高压断路器局放监测预警信息进行可视化设计，这样无法为高压断路器局放故障快速预警提供有效保障。

在之后的高压断路器局放监测技术的研究中，高压断路器局放监测预警信息的可视化问题基本得到了解决，如2020年申请的CN 112504353A、名称“高压断路器及其状态监控装置”，该发明公开的一种高压断路器及其状态监控装置。其包括：声纹传感模块、机械特性检测模块、局放检测模块、温度传感模块、可视化监控模块和数据采集模块；声纹传感模块设置在断路器的外部，用于获取断路器周围的声纹振动信号；机械特性检测模块设置在操作机构箱的内部，用于检测操作机构箱内的操作机构动作时的电流信号；局放检测模块设置在操作机构箱的内部，用于检测局放信号；温度传感模块用于获取电流互感器的温度信号；可视化监控模块设置在高压断路器的外部，用于获取高压断路器的视频信号；数据采集模块用于将采集到的各个信号传输至终端设备。该发明实现了对高压断路器运行状态的实时监控。但是这些高压断路器局放监测技术对监测数据的分析和判断基本都是将监测数据与设定的超限值进行比对(高压断路器局放监测只能监测到极端结果)，缺乏预警判断，无法实现故障的早期预警；另外，在局放值超限时，不仅运行中的电力系统需要停机检修(这样会对运行中的电力系统连续工作产生破坏)，而且局放值强烈将造成高压断路器绝缘强度大大下降，从而导致高压断路器损害。

发明内容

本发明主要解决现有的高压断路器中局部放电监测预警中，无法实现局放值综合性监测并根据监测数据对高压断路器局放故障进行早期预警的技术问题，提供一种高压断路器局部放电监测预警方法，通过高压断路器局部放电综合监测模型，构建高压断路器多路局放值传感信息关联函数，可以实现对高压断路器局部放电的精准监测，并根据监测数据对高压断路器局放故障进行早期预警，以及进一步设计高压断路器局放监测预警信息的可视化系统并及时通过无线系统通知用户。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高压断路器局部放电监测预警方法，包括以下步骤：

S1、构建高压断路器局部放电综合监测模型；

S2、依据高压断路器内局部放电综合监测模型获取高压断路器多路局放传感信息关联函数K；

S3、实时采集高压断路器运行状态信息，根据关联函数K计算出实时的局放监测精确值，并输出高压断路器局放值与时间的图线；

S4、根据高压断路器局放值与时间的图线计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率，若波动率大于标准波动率，则发出预警信号，反之，则继续对高压断路器进行监测；

S5、将局放监测预警信息进行反馈输出。

考虑到高压断路器局部放电值采用超高频电磁脉冲信号检测方法，往往会在单个传感器检测中出现因其他环境因素出现的误检现象，所以需要构建高压断路器局部放电综合监测模型，通过检测高压断路器不同位置点的局放值来构建关联函数，可以实现对高压断路器局部放电的精准监测，并根据监测数据计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率，波动率超过标准波动率时对高压断路器局放故障进行早期预警，通过上述算法的计算能够判断出当前高压断路器绝缘性能指标，通过高压断路器局放监测预警信息的可视化系统经由无线系统实时通知用户，可对高压断路器进行提前维护处理或更改绝缘系统，保证高压断路器正常工作效果。

作为优选，所述高压断路器局部放电综合监测模型中的超高频传感器能够接收300MHZ-1500MHZ宽频带局部放电时产生的超高频电磁脉冲信号，每台高压断路器的内绝缘处、外壳边缘处以及主大电流通过模块处分别至少设置有一个超高频传感器；各超高频传感器采集的信息通过信息传输单元上传到主控机器上，并存储在数据存储模块上。高压断路器局部放电设置多个超高频传感器检测，主要是为了保证高压断路器不因其他原因而出现超高频电磁脉冲信号的检测，从而避免因误检造成检测准确性的下降。

作为优选，所述高压断路器局部放电综合监测模型能够周期性的获取高压断路器上的多个超高频传感器的局放值，并采用参数拟合法来构建局放传感信息关联函数K：P_z＝H(P_i，α_i)，其中P_z为高压断路器拟合局放精确值，P_i为高压断路器局放实际检测值，α_i为高压断路器局放检测位置补偿系数，i＝1,2,....N，函数H(x)表示为

由于高压断路器局放综合监测模型中，超高频传感器的放置位置不同，将导致局放传感信息实际检测精确度下降，所以需要在关联函数K中加入基于高压断路器局放检测位置的补偿系数，保证最终关联函数输出的综合检测数据准确性。

作为优选，超高频传感器不同的放置位置需要对高压断路器局放检测位置补偿系数α_i进行调整，高压断路器局放检测位置补偿系数α_i通过人工配置或智能配置。

作为优选，所述所述的步骤S4中的波动率通过以下方法进行计算，

1)将设定时间段平均分成M个小段；

2)通过以下公式计算每一小段的波动率

Q＝∑Q_i

其中，Q_i＝0，当ΔS≤S_t，

Q_i＝1，当ΔS＞S_t，

ΔS为每一小段中高压断路器局放实时综合监测值与时间轴所包围的面积与标准局放安全值与时间图线所包围的面积之差，S_t为ΔS所对应的判断阈值，i＝1，2,3…M。

通过计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率来判断是否需要进行预警，能够有效防止因高压断路器内某种特殊环境因素或者大电流状态造成的偶发性局放监测值超过标准值的问题，从而大大降低误报警的发生率。

作为优选，所述反馈输出为将局放监测预警信息自动输入至可视化系统，并经过无线系统发送给用户终端平台。

一种局放监测预警信息可视化系统，在主控机器在收到信息接收模块上传的局放信息后，所述的主控机器能够根据所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对上传的局放信息进行检测，当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器能够通过无线发送模块直接将预警信息发送到用户移动终端上，或者当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器通过预警提醒模块将预警信息发送到用户移动终端上。

一种高压断路器局部放电监测预警器，预警器能够采用所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对高压断路器局部放电进行实时监测。

作为优选，当预警器检测到异常信息后能够将报警信息进行反馈输出，所述异常信息为高压断路器局放值突然变大和或频繁出现跳变值。

本发明的有益效果是：一是通过高压断路器局放综合监测模型，构建了融合传感器位置补偿信息系数的多传感局放信息检测关联函数，能实现对高压断路器局放状态的精准监测；二是在实现对高压断路器局放精准监测的同时保证了不会对高压断路器正常工作产生干扰，保证了运行的稳定性；三是根据监测数据计算设定时间段内高压断路器局放监测值的波动率，波动率超过标准波动率时对高压断路器局放监测故障进行预警，根据预警信息对高压断路器内绝缘安全进行提前维护处理或更改绝缘装置，即实现早期预警，从而保证正常工作。

附图说明

图1是一种高压断路器局部放电监测预警方法的工作流程图。

图2是一种局放监测预警信息可视化系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1。一种高压断路器局部放电监测预警方法，

包括以下步骤：

S1、构建高压断路器局部放电综合监测模型；

S2、依据高压断路器内局部放电综合监测模型获取高压断路器多路局放传感信息关联函数K；

S3、实时采集高压断路器运行状态信息，根据关联函数K计算出实时的局放监测精确值，并输出高压断路器局放值与时间的图线；

S4、根据高压断路器局放值与时间的图线计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率，若波动率大于标准波动率，则发出预警信号，反之，则继续对高压断路器进行监测；

S5、将局放监测预警信息进行反馈输出。所述反馈输出为将局放监测预警信息自动输入至可视化系统，并经过无线系统发送给用户终端平台。

所述高压断路器局部放电综合监测模型中的超高频传感器能够接收300MHZ-1500MHZ宽频带局部放电时产生的超高频电磁脉冲信号，每台高压断路器的内绝缘处、外壳边缘处以及主大电流通过模块处分别至少设置有一个超高频传感器，即每台高压断路器配置数量N个超高频传感器，N不少于3个，所述超高频传感器安装位置分别在高压断路器内绝缘附近、外壳边缘以及高压断路器主大电流通过模块附近；各超高频传感器采集的信息通过信息传输单元上传到主控机器上，并存储在数据存储模块上。所述信息传输单元包括检波器、数据采集卡以及传输电缆，所述息传输单元的信号输入端分别通过传输电缆与各超高频传感器的信号输出端连接且信息传输单元能够通过检波器和数据采集卡对高频传感器传输的电磁脉冲信号进行过滤和采集，最终将超高频传感采集的信息上传到主控机器上，并存储在数据存储模块上。

所述高压断路器局部放电综合监测模型能够周期性的获取高压断路器上的多个超高频传感器的局放值，并采用参数拟合法来构建局放传感信息关联函数K：P_z＝H(P_i，α_i)，其中P_z为高压断路器拟合局放精确值，P_i为高压断路器局放实际检测值，α_i为高压断路器局放检测位置补偿系数，i＝1,2,....N，函数H(x)表示为

超高频传感器不同的放置位置需要对高压断路器局放检测位置补偿系数α_i进行调整，高压断路器局放检测位置补偿系数α_i通过人工配置或智能配置。各位置的补偿系数α_i通过前期的实验获得，每个位置的补偿系数α_i通过成百上千的反复实验并剔除剔除测量异常数据后的平均数。各位置包括高压断路器内绝缘处的位置、外壳边缘处的位置以及高压断路器主大电流通过模块处的位置。

所述的步骤S4中的波动率通过以下方法进行计算，

1)将设定时间段平均分成M个小段；

2)通过以下公式计算每一小段的波动率

Q＝∑Q_i

其中，Q_i＝0，当ΔS≤S_t，

Q_i＝1，当ΔS＞S_t，

ΔS为每一小段中高压断路器局放实时综合监测值与时间轴所包围的面积与标准局放安全值与时间图线所包围的面积之差，S_t为ΔS所对应的判断阈值，i＝1，2,3…M。通过此方法进行计算，能够有效避免除高压断路器局放值突然变大或者频繁出现跳变值之外其它干扰因素造成的偶发性局放监测值超过标准值(由高压断路器内某种特殊环境因素或者大电流状态引发)被误判断，从而造成预警的现象频繁出现(有些是误报警)。

实施例2：在实施例1的基础上，参照附图2。一种局放监测预警信息可视化系统，在主控机器在收到信息接收模块上传的局放信息后，所述的主控机器能够根据所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对上传的局放信息进行检测，当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器能够通过无线发送模块直接将预警信息发送到用户移动终端上，或者当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器通过预警提醒模块将预警信息发送到用户移动终端上。

实施例3：在实施例1的基础上。一种高压断路器局部放电监测预警器，预警器能够采用所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对高压断路器局部放电进行实时监测。当预警器检测到异常信息后能够将报警信息进行反馈输出，所述异常信息为高压断路器局放值突然变大和或频繁出现跳变值。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高压断路器局部放电监测预警方法，其特征是，

包括以下步骤：

S1、构建高压断路器局部放电综合监测模型；

S2、依据高压断路器内局部放电综合监测模型获取高压断路器多路局放传感信息关联函数K；

S3、实时采集高压断路器运行状态信息，根据关联函数K计算出实时的局放监测精确值，并输出高压断路器局放值与时间的图线；

S4、根据高压断路器局放值与时间的图线计算设定时间段内高压断路器局放值的波动率，若波动率大于标准波动率，则发出预警信号，反之，则继续对高压断路器进行监测；

S5、将局放监测预警信息进行反馈输出；

所述高压断路器局部放电综合监测模型能够周期性的获取高压断路器上的多个超高频传感器的局放值，并采用参数拟合法来构建局放传感信息关联函数K：P_z＝H(P_i，α_i)，其中P_z为高压断路器拟合局放精确值，P_i为高压断路器局放实际检测值，α_i为高压断路器局放检测位置补偿系数，i＝1,2,....N，函数H(x)表示为

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法，其特征是：所述高压断路器局部放电综合监测模型中的超高频传感器能够接收300MHZ-1500MHZ宽频带局部放电时产生的超高频电磁脉冲信号，每台高压断路器的内绝缘处、外壳边缘处以及主大电流通过模块处分别至少设置有一个超高频传感器；各超高频传感器采集的信息通过信息传输单元上传到主控机器上，并存储在数据存储模块上。

3.根据权利要求1所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法，其特征是：超高频传感器不同的放置位置需要对高压断路器局放检测位置补偿系数α_i进行调整，高压断路器局放检测位置补偿系数α_i通过人工配置或智能配置。

4.根据权利要求1所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法，其特征是：所述的步骤S4中的波动率通过以下方法进行计算，

1)将设定时间段平均分成M个小段；

2)通过以下公式计算每一小段的波动率

Q＝∑Q_i

其中，Q_i＝0，当ΔS≤S_t，

Q_i＝1，当ΔS＞S_t，

ΔS为每一小段中高压断路器局放实时综合监测值与时间轴所包围的面积与标准局放安全值与时间图线所包围的面积之差，S_t为ΔS所对应的判断阈值，i＝1，2,3…M。

5.根据权利要求1所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法，其特征是：所述反馈输出为将局放监测预警信息自动输入至可视化系统，并经过无线系统发送给用户终端平台。

6.一种局放监测预警信息可视化系统，其特征是：在主控机器在收到信息接收模块上传的局放信息后，所述的主控机器能够根据权利要求1-4任一所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对上传的局放信息进行检测，当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器能够通过无线发送模块直接将预警信息发送到用户移动终端上，或者当检测到的波动率大于标准波动率时主控机器将控制信息显示模块将对应的预警信息进行可视化且主控机器通过预警提醒模块将预警信息发送到用户移动终端上。

7.一种高压断路器局部放电监测预警器，其特征是：预警器能够采用权利要求1-4任一所述的一种高压断路器局部放电监测预警方法对高压断路器局部放电进行实时监测。

8.根据权利要求7所述的一种高压断路器局部放电监测预警器，其特征是：当预警器检测到异常信息后能够将报警信息进行反馈输出，所述异常信息为高压断路器局放值突然变大和或频繁出现跳变值。

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