CN103412217A - 箱式变电站智能在线故障诊断系统 - Google Patents

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张云龙
刘贤兴
杨通
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中科天工电气控股有限公司
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Abstract

一种箱式变电站智能在线故障诊断系统,包括电参量采集模块、非电参量采集模块、开关量采集模块、数据处理模块、微处理器模块、故障诊断模块、高压开关柜故障树、变压器室故障树、低压配电柜故障树、GPRS模块、监控中心、数据输出模块和报警模块。有益效果:本发明可以实时采集箱式变电站的运行状态数据,对异常状态数据发出报警,以便工作人员预测可能的故障。能够及时准确地采集到故障征兆数据,以便进行在线故障诊断,从而能够及时排除故障,提高了故障诊断的效率。采用基于故障树分析法的故障诊断方法,提高了故障诊断知识的搜索效率,同时也增强了故障诊断知识的可读性,便于故障诊断程序的维护。

Description

箱式变电站智能在线故障诊断系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种箱式变电站智能在线故障诊断系统,属于电力系统智能监测与控制领域。
背景技术
[0002] 箱式变电站是一种将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起的成套变配电装置,采用微机综合自动化系统来实现无人值守。但是,智能箱式变电站一般安装在负荷密集的工矿企业、港口、机场、城市公共建筑、高速公路、地下设施和居民住宅小区等场所;要对智能箱式变电站进行远程监控、系统组网,由于其布线施工比较苦难,一般的现场总线组网方式就很难实现。
[0003] 电力系统故障诊断技术是保障电力设备安全可靠运行的重要手段。目前,国内外对电力系统故障诊断提出了很多方法,主要有:专家系统、人工神经网络、Petri网络、模糊集理论、粗糙集理论等,其中,专家系统是目前应有最多故障诊断方法,但是基于专家系统的故障诊断方法在其知识库内体现不出故障诊断知识之间的逻辑关系,诊断效率较低,不利于故障诊断,同时也不利于维护。
[0004] 故障树分析法是系统可靠性分析的重要方法之一,是一种图形演绎方法,以系统最不希望发生的事件——顶事件为分析目标,应用逻辑演绎的方法逐层研究顶事件发生的各种直接与间接原因,建立起一个倒立的树状图,判断系统故障与部件故障之间的逻辑关系。用来进行故障分析和解决故障。基于故障树分析法的故障诊断方法不仅继承了基于专家系统故障诊断方法的可靠性、实用性,而且能体现出了故障诊断知识之间的逻辑关系,提高了故障诊断的效率,将其应用于电力设备故障诊断系统,能更快、更准确地诊断设备的故障,同时也可对潜在的故障进行预警,是电气设备故障诊断技术的发展趋势。
发明内容
[0005] 发明目的:本发明的目的是提供一种基于故障树分析法箱式变电站智能在线故障诊断系统,通过对箱式变电站的电参量、非电参量、开关量等数据的在线采集,实时测量箱式变电站的运行参数,通过对箱式变电站运行参数的分析,确定故障诊断知识的逻辑关系,构建箱式变电站的故障树,并运用故障树分析技术对箱式变电站进行故障诊断,实现箱式变电站的智能在线状态监测和故障判断与报警,提高了故障诊断的效率。
[0006] 技术方案:一种箱式变电站智能在线故障诊断系统,包括电参量采集模块、非电参量采集模块、开关量采集模块、数据处理模块、微处理器模块、故障诊断模块、高压开关柜故障树、变压器室故障树、低压配电柜故障树、GPRS模块、监控中心、数据输出模块和报警模块,电参量采集模块、非电参量采集模块、开关量采集模块将采集到的数据经数据处理模块构建高压开关柜故障树、变压器室故障树、低压配电柜故障树;利用微处理器模块建立由故障的规则匹配、故障模式确定及排序、故障树诊断等功能的故障诊断模块;通过对电参量采集模块、非电参量采集模块和开关量采集模块采集到的数据进行实时分析,对异常数据运用故障树分析实现故障诊断,并将故障诊断结果通过GRPS模块传输到监控中心,同时将故障诊断结果传输到数据输出模块和报警模块,实现对箱式变电站智能在线故障诊断。
[0007] 所述的电参量采集包括测量变压器高低压侧三相电压、三相电流、变压器高低压侧零序电流、低压配电柜各回路三相电压、三相电流。
[0008] 所述的非电量采集包括测量高压开关柜室内温湿度、高压开关柜母线接头温度、高压开关柜母线绝缘值、绝缘套管漏电流、变压器铁芯接地电流、变压器外壳接地电流、变压器绕组温度、变压器室内温湿度、低压配电柜母线温度电缆接头、低压配电柜母线绝缘值、电容性设备介损角、变压器铁芯振动检测等。
[0009] 所述的开关量采集包括测量直流供电型断路器线圈电流、交流接触器的开合状态。
[0010] 所述的数据处理模块、微处理器模块、故障诊断模块构成数据管理和故障诊断模块,所述数据管理和故障诊断模块包括DSP、CPLD, A/D转换模块、I/O接口、时钟电路、数据存储器、程序存储器和通信接口。数据管理与故障诊断模块是故障诊断系统的核心,一方面通过巡查和接收数据采集模块所获得的运行状态数据,对其进行计算、存储等处理,并将计算结果传送给数据管理与故障诊断模块;另一方面是建立由故障的规则匹配、故障模式确定及排序、故障树诊断等组成的箱式变电站故障诊断系统,并将将故障征兆及相应的诊断结论通过通信接口等传输到GPRS模块,上传至远方监控中心,同时送数据输出模块和报警模块,进行显示和报警。
[0011] 所述的高压开关柜故障树是根据高压开关柜常见故障的因果逻辑关系,采用故障树诊断中逻辑推理诊断和最小割集诊断相结合的方法进行故障诊断。所述高压开关柜故障树的顶事件为高压开关柜故障;所述高压开关柜故障的中间事件包括载流系统故障、绝缘故障、开关设备故障;所述载流系统故障的底事件包括母排温度过高和触头温度过高;所述绝缘故障的中间事件包括套管闪络击穿,所述绝缘故障的底事件包括内绝缘对地闪络击穿、外绝缘对地闪络击穿、雷电过电压击穿、相间绝缘闪络击穿;所述套管闪络击穿的底事件包括瓷套管闪络、瓷套管击穿、瓷套管污闪、瓷套管爆炸、瓷瓶断裂、电容套管闪络、电容套管击穿、电容套管污闪、电容套管爆炸;所述开关设备故障的底事件为接地开关故障;所述开关设备故障的中间事件包括隔离开关故障、负荷开关故障;所述隔离开关故障的底事件包括刀闸发热、刀闸拒合、刀闸拒分、合闸不到位;所述负荷开关的底事件包括单相接地、相间短路。
[0012] 所述的变压器室故障树是根据变压器室常见故障的因果逻辑关系,采用故障树诊断中逻辑推理诊断和最小割集诊断相结合的方法进行故障诊断。所述变压器室故障树的顶事件为变压器室故障;所述变压器室故障的底事件包括引出线短路故障、保护二次回路故障、电流互感器故障,所述变压器室故障的中间事件是绕组短路故障;所述绕组短路故障的底事件包括绝缘受潮、绝缘受损,所述绕组短路故障的中间事件包括导线制造不良、绝缘老化;所述导线制造不良的底事件包括毛刺、连接不良、局部露铜、绝缘部分损伤、端股、焊接不良;所述绝缘老化的底事件包括过负荷、散热不良、自然老化。
[0013] 所述的低压配电柜故障树是根据低压配电柜常见故障的因果逻辑关系,采用故障树诊断中逻辑推理诊断和最小割集诊断相结合的方法进行故障诊断。所述低压配电柜故障树的顶事件为低压配电柜故障;所述低压配电柜故障的底事件包括开关本体故障、开关插头或辅助触点接触不良;所述低压配电柜故障的中间事件包括拒动故障、绕组短路故障;所述拒动故障的中间事件包括机械故障、电气控制回路故障;所述机械故障的底事件包括部件形变、损坏、机构卡滞、脱口失灵、合分闸铁心松动、卡滞;所述电气控制回路故障的底事件包括二次接线接触不良、端子松动、辅助开关切换不灵;所述电气控制回路故障的中间事件是合闸线圈故障;所述合闸线圈故障的底事件是断路;所述合闸线圈故障的中间事件是线圈烧毁;所述线圈烧毁的底事件包括短路、多次重合闸、机械卡滞;所述绕组短路故障的中间事件包括过流保护、速断保护、温度保护;所述过流保护的底事件包括过载运行、整定值偏低;所述速断保护的底事件包括单相接地、单相短路;所述温度保护的底事件包括母线温度过高、室内温度过高、整定值偏低。
[0014] 有益效果:本发明可以实时采集箱式变电站的运行状态数据,对异常状态数据发出报警,以便工作人员预测可能的故障。能够及时准确地采集到故障征兆数据,以便进行在线故障诊断,从而能够及时排除故障,提高了故障诊断的效率。采用基于故障树分析法的故障诊断方法,提高了故障诊断知识的搜索效率,同时也增强了故障诊断知识的可读性,便于故障诊断程序的维护。
附图说明
[0015] 图1为本发明的故障诊断系统原理图;
图2为本发明数据管理和故障诊断模块构建图;
图3为本发明高压开关柜故障树图;
图4为本发明变压器室故障树图;
图5为本发明低压配电柜故障树图。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017] 如图1所示,一种箱式变电站智能在线故障诊断系统,包括电参量采集模块1、非电参量采集模块2、开关量采集模块3、数据处理模块4、微处理器模块5、故障诊断模块6、高压开关柜故障树7、变压器室故障树8、低压配电柜故障树9、GPRS模块10、监控中心11、数据输出模块12和报警模块13,电参量采集模块1、非电参量采集模块2、开关量采集模块3将采集到的数据经数据处理模块4构建高压开关柜故障树7、变压器室故障树8、低压配电柜故障树9 ;利用微处理器模块5建立由故障的规则匹配、故障模式确定及排序、故障树诊断等功能的故障诊断模块6 ;通过对电参量采集模块1、非电参量采集模块2和开关量采集模块3采集到的数据进行实时分析,对异常数据运用故障树分析实现故障诊断,并将故障诊断结果通过GRPS模块10传输到监控中心11,同时将故障诊断结果传输到数据输出模块12和报警模块13。
[0018] 电参量采集模块I和非电参量采集模块2通过电压或电流互感器、变送器、电平调理电路、低通滤波电路等采集箱变故障诊断所需的电气参量和非电参量,经A/D转换16传输给数据处理模块4 ;开关量采集3利用断路器或隔离开关的辅助触点的开断去启动小信号继电器,然后经消抖滤波电路、信号调整电路以及光电隔离电路经I/O接口 17输送给数据处理模块4。数据处理模块4对箱式变电站的采集数据进行在线处理后经微处理器模块5送数据存储器19。微处理器模块5根据箱式变电站在线运行数据和所建立的高压开关柜故障树7、变压器室故障树8和低压配电柜故障树9,采用故障诊断模块6的故障诊断程序,进行箱式变电站的故障诊断,并将故障诊断结果通过GRPS模块10传输到监控中心,同时将故障诊断结果送数据输出模块12和报警模块13,实现对箱式变电站智能在线故障诊断。
[0019] 如图2所示,所述的数据处理模块4、微处理器模块5、故障诊断模块6构成数据管理和故障诊断模块,所述数据管理和故障诊断模块包括DSP14、CPLD15、A/D转换模块16、I/O接口 17、时钟电路18、数据存储器19、程序存储器20和通信接口 21。其主要功能是进行数据计算、处理和存储,并将计算结果送故障诊断程序处理,得出故障征兆及相应的诊断结论,并通过通信接口 21等传输到GPRS模块10,上传至远方监控中心11,同时送数据输出模块12和报警模块13,进行显示和报警。
[0020] 如图3所示,所述高压开关柜故障树7的顶事件为高压开关柜故障22 ;所述高压开关柜故障22的中间事件包括载流系统故障23、绝缘故障24、开关设备故障26 ;所述载流系统故障23的底事件包括母排温度过高27和触头温度过高28 ;所述绝缘故障24的中间事件包括套管闪络击穿29,所述绝缘故障24的底事件包括内绝缘对地闪络击穿30、外绝缘对地闪络击穿31、雷电过电压击穿32、相间绝缘闪络击穿33 ;所述套管闪络击穿29的底事件包括瓷套管闪络37、瓷套管击穿38、瓷套管污闪39、瓷套管爆炸40、瓷瓶断裂41、电容套管闪络42、电容套管击穿43、电容套管污闪44、电容套管爆炸45 ;所述开关设备故障26的底事件为接地开关故障35 ;所述开关设备故障26的中间事件包括隔离开关故障34、负荷开关故障36 ;所述隔离开关故障34的底事件包括刀闸发热46、刀闸拒合47、刀闸拒分48、合闸不到位49 ;所述负荷开关36的底事件包括单相接地50、相间短路51。
[0021] 如图4所示,所述变压器室故障树8的顶事件为变压器室故障52 ;所述变压器室故障52的底事件包括引出线短路故障53、保护二次回路故障55、电流互感器故障56,所述变压器室故障52的中间事件是绕组短路故障54 ;所述绕组短路故障54的底事件包括绝缘受潮57、绝缘受损59,所述绕组短路故障54的中间事件包括导线制造不良58、绝缘老化60 ;所述导线制造不良58的底事件包括毛刺61、连接不良62、局部露铜63、绝缘部分损伤64、端股65、焊接不良66 ;所述绝缘老化60的底事件包括过负荷67、散热不良68、自然老化69。
[0022] 如图5所示,所述低压配电柜故障树9的顶事件为低压配电柜故障70 ;所述低压配电柜故障70的底事件包括开关本体故障71、开关插头或辅助触点接触不良73 ;所述低压配电柜故障70的中间事件包括拒动故障72、绕组短路故障74 ;所述拒动故障72的中间事件包括机械故障75、电气控制回路故障76 ;所述机械故障75的底事件包括部件形变、损坏77、机构卡滞78、脱口失灵79、合分闸铁心松动、卡滞80 ;所述电气控制回路故障76的底事件包括二次接线接触不良81、端子松动82、辅助开关切换不灵83 ;所述电气控制回路故障76的中间事件是合闸线圈故障84 ;所述合闸线圈故障84的底事件是断路85 ;所述合闸线圈故障84的中间事件是线圈烧毁86 ;所述线圈烧毁86的底事件包括短路87、多次重合闸88、机械卡滞89 ;所述绕组短路故障74的中间事件包括过流保护90、速断保护91、温度保护92 ;所述过流保护90的底事件包括过载运行93、整定值偏低94 ;所述速断保护91的底事件包括单相接地95、单相短路96 ;所述温度保护92的底事件包括母线温度过高97、室内温度过高98、整定值偏低99。[0023] 故障诊断程序通过故障树分析法将箱式变电站的故障知识以故障树的形式组织起来,并通过对所建故障树进行简化、分解成为不可再分的小型故障,进而将小型故障树转化为故障诊断知识,故障诊断知识采用框架和产生式规则相结合的方法,框架包括框架名、父槽、子槽、类型槽、属性槽和Rule槽组成。框架名表示故障模式或故障原因,如图5中的高压开关柜故障树22,父槽表示其父事件的框架名,如图5中的载流系统故障23、绝缘故障24、开关设备故障26 ;子槽表示各子事件的框架名,如图5中的母排温度过高27和触头温度过高28 ;类型槽表示该事件与子事件间的逻辑连接关系,如图5中的或门;属性槽表示该故障的维修措施;Rule槽表示能推导出该事件的产生式规则,再根据故障诊断知识编写故障诊断程序。

Claims (5)

1.一种箱式变电站智能在线故障诊断系统,其特征在于:包括电参量采集模块(I)、非电参量采集模块(2)、开关量采集模块(3)、数据处理模块(4)、微处理器模块(5)、故障诊断模块(6)、高压开关柜故障树(7)、变压器室故障树(8)、低压配电柜故障树(9)、GPRS模块(10)、监控中心(11)、数据输出模块(12)和报警模块(13),电参量采集模块(I)、非电参量采集模块(2)、开关量采集模块(3)将采集到的数据经数据处理模块(4)构建高压开关柜故障树(7)、变压器室故障树(8)、低压配电柜故障树(9);利用微处理器模块(5)建立由故障的规则匹配、故障模式确定及排序、故障树诊断等功能的故障诊断模块(6);通过对电参量采集模块(I)、非电参量采集模块(2)和开关量采集模块(3)采集到的数据进行实时分析,对异常数据运用故障树分析实现故障诊断,并将故障诊断结果通过GRPS模块(10)传输到监控中心(11 ),同时将故障诊断结果传输到数据输出模块(12)和报警模块(13)。
2.根据权利要求1所述的箱式变电站智能在线故障诊断系统,其特征在于:所述的数据处理模块(4)、微处理器模块(5)、故障诊断模块(6)构成数据管理和故障诊断模块,所述数据管理和故障诊断模块包括DSP (14)、CPLD (15)、A/D转换模块(16)、I/O接口( 17)、时钟电路(18 )、数据存储器(I 9 )、程序存储器(20 )和通信接口( 21)。
3.根据权利要求1所述的箱式变电站智能在线故障诊断系统,其特征在于:所述高压开关柜故障树(7)的顶事件为高压开关柜故障(22);所述高压开关柜故障(22)的中间事件包括载流系统故障(23)、绝缘故障(24)、开关设备故障(26);所述载流系统故障(23)的底事件包括母排温度过高(27)和触头温度过高(28);所述绝缘故障(24)的中间事件包括套管闪络击穿(29 ),所述绝缘故障(24)的底事件包括内绝缘对地闪络击穿(30 )、外绝缘对地闪络击穿(31)、雷电过电压击穿(32)、相间绝缘闪络击穿(33);所述套管闪络击穿(29)的底事件包括瓷套管闪络(37)、瓷套管击穿(38) 、瓷套管污闪(39)、瓷套管爆炸(40)、瓷瓶断裂(41)、电容套管闪络(42)、电容套管击穿(43)、电容套管污闪(44)、电容套管爆炸(45);所述开关设备故障(26)的底事件为接地开关故障(35);所述开关设备故障(26)的中间事件包括隔离开关故障(34)、负荷开关故障(36);所述隔离开关故障(34)的底事件包括刀闸发热(46 )、刀闸拒合(47 )、刀闸拒分(48 )、合闸不到位(49 );所述负荷开关(36 )的底事件包括单相接地(50 )、相间短路(51)。
4.根据权利要求1所述的箱式变电站智能在线故障诊断系统,其特征在于:所述变压器室故障树(8)的顶事件为变压器室故障(52);所述变压器室故障(52)的底事件包括引出线短路故障(53)、保护二次回路故障(55)、电流互感器故障(56),所述变压器室故障(52)的中间事件是绕组短路故障(54);所述绕组短路故障(54)的底事件包括绝缘受潮(57)、绝缘受损(59),所述绕组短路故障(54)的中间事件包括导线制造不良(58)、绝缘老化(60);所述导线制造不良(58)的底事件包括毛刺(61)、连接不良(62)、局部露铜(63)、绝缘部分损伤(64)、端股(65)、焊接不良(66);所述绝缘老化(60)的底事件包括过负荷(67)、散热不良(68)、自然老化(69)。
5.根据权利要求1所述的箱式变电站智能在线故障诊断系统,其特征在于:所述低压配电柜故障树(9)的顶事件为低压配电柜故障(70);所述低压配电柜故障(70)的底事件包括开关本体故障(71)、开关插头或辅助触点接触不良(73);所述低压配电柜故障(70)的中间事件包括拒动故障(72)、绕组短路故障(74);所述拒动故障(72)的中间事件包括机械故障(75)、电气控制回路故障(76);所述机械故障(75)的底事件包括部件形变、损坏(77)、机构卡滞(78 )、脱口失灵(79 )、合分闸铁心松动、卡滞(80 );所述电气控制回路故障(76 )的底事件包括二次接线接触不良(81)、端子松动(82)、辅助开关切换不灵(83);所述电气控制回路故障(76)的中间事件是合闸线圈故障(84);所述合闸线圈故障(84)的底事件是断路(85);所述合闸线圈故障(84)的中间事件是线圈烧毁(86);所述线圈烧毁(86)的底事件包括短路(87)、多次重合闸(88)、机械卡滞(89);所述绕组短路故障(74)的中间事件包括过流保护(90)、速断保护(91)、温度保护(92);所述过流保护(90)的底事件包括过载运行(93)、整定值偏低(94);所述速断保护(91)的底事件包括单相接地(95)、单相短路(96);所述温度保护(92 )的底事件包 括母线温度过高(97 )、室内温度过高(98 )、整定值偏低(99 )。
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