CN103412230B - 一种高压容性设备绝缘故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种高压容性设备绝缘故障检测方法，所述方法选择连接到同一母线的至少四台容性设备的泄漏电流信号互为基准计算每台设备的介损，并由每两台设备中的较大介损值减去较小介损值得到各设备的相对介损值，然后通过比较这些设备的相对介损值的变化情况，确定设备绝缘故障的诊断向量、判断故障设备的数量、确定故障诊断矩阵，最后将诊断向量与构造的诊断矩阵相比较，定位出故障设备。本发明不仅可排除外界环境带来的干扰，而且很好地解决了传统相对测量法可能掩盖设备原本的老化发展趋势的问题，有效避免了设备绝缘故障漏检现象的发生，从而保证了变电站设备和工作人员的安全。

Description

一种高压容性设备绝缘故障检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测与同一母线相连的多台电容型设备是否存在绝缘故障，并对故障设备进行精确定位的方法，属于检测技术领域。

背景技术

电容型设备约占变电站设备总量的40%～50%，在变电站中占有重要的地位。在电容型设备运行过程中，其绝缘介质要受到热、电、化学、机械等多种因素的影响，因而不可避免地会发生劣化，严重时可能导致绝缘功能的丧失。绝缘故障不仅会影响整个变电站的安全运行，同时还可能危及其它设备和工作人员的人身安全。为了能够及时掌握电容型设备的运行情况，防患于未然，有必要对设备的绝缘状况进行实时监测。

介质损耗角正切（简称介损）是反映电气设备绝缘功率损耗大小的重要参数，能够比较灵敏地体现容性设备的绝缘状态，因此通过测量介质损耗角正切就可以实现对容性设备绝缘状态的监测。目前，对介质损耗角正切的测量方法主要有绝对测量法和相对测量法。绝对测量法是直接比较被测目标的电流和电压信号的测试方法，这种方法容易受到变电站复杂外界环境的影响，同时由于所述方法采用PT电压相位作为基准相位，容易产生附加误差，故常常在测试结果上表现出分散性大、波动较厉害等现象，从而影响对设备绝缘情况的诊断。相对测量法不再利用PT获取电压相位基准，而是选择连接到同一母线的多台设备（>3）的泄漏电流信号，互为基准比较其相对介损，等效于求出各设备之间的差值，并根据这些相对介损的变化趋势来综合判断设备的绝缘情况，发现设备中存在的缺陷。相对测量法虽然能够克服绝对测量法的缺点，但现有的相对测量法一般通过计算两台设备相对介损的差值的绝对值来获取相对介损，计算公式为： ，此种计算方法可能掩盖设备原本的老化发展趋势，造成设备绝缘故障的漏监测，因此有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种高压容性设备绝缘故障检测方法，以实现容性设备绝缘故障的准确检测。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种高压容性设备绝缘故障检测方法，所述方法选择连接到同一母线的至少四台容性设备的泄漏电流信号互为基准计算每台设备的介损，并由每两台设备中的较大介损值减去较小介损值得到各设备的相对介损值，然后通过比较这些设备的相对介损值的变化情况，确定设备绝缘故障的诊断向量、判断故障设备的数量、确定故障诊断矩阵，最后将诊断向量与构造的诊断矩阵相比较，定位出故障设备。

上述高压容性设备绝缘故障检测方法，所述故障诊断的具体步骤如下：

a.计算各设备的相对介损值

首先选择连接到同一母线的至少四台容性设备的泄漏电流信号互为基准计算每台设备的介损，然后由每两台设备中的较大介损值减去较小介损值得到各设备的相对介损值；

b．确定设备绝缘故障的诊断向量

观察第i台设备与第j台设备的相对介损值的变化情况，设的均值为u，的标准差为σ，若位于（u-3σ，u+3σ）区间内，记为“1”，否则记为“0”，由此得到的由数字“1”和“0”组成的相对介损变化向量即为设备绝缘故障的诊断向量；

c．判断故障设备的数量

设台设备的诊断向量中“1”的个数为，则故障设备的台数为

（）；

d．确定故障诊断矩阵

台同相电容型设备中任意单台发生故障的综合相对诊断矩阵如下式所示：

,

式中：P=;是的分块矩阵；是单位矩阵；是-1台同相电容型设备的单台故障诊断矩阵；

,

,

将单台故障诊断矩阵中的任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的两台设备故障诊断矩阵，同理，将中任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的3台设备故障诊断矩阵，依次类推，则进行-1次逻辑加法运算后，可以得到的(≤-2）台同相电容型设备的故障诊断矩阵；

e．定位故障设备

将诊断向量与故障诊断矩阵中的各行进行循环比较，精确定位出故障设备。

本发明采用改进的相对测量法计算各设备的相对介损值，并根据同一母线上多个设备的相对介损的变化趋势来综合判断设备的绝缘故障情况，所述方法不仅可排除外界环境带来的干扰，而且很好地解决了传统相对测量法可能掩盖设备原本的老化发展趋势的问题，有效避免了设备绝缘故障漏检现象的发生，从而保证了变电站设备和工作人员的安全。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是相对测量算法原理示意图；

图2a和图2b是传统相对测量算法的两种相对介损变化曲线；

图3是生成设备介损的变化矩阵的流程图。

文中和图中各符号清单为：是流过第一台设备的全电流，是流过第二台设备的全电流，是流过第n台设备的全电流；是第一台设备的介损角，是第二台设备的介损角，是第n台设备的介损角；是第一台设备相对于第二台设备的介损；是第i台设备与第j台设备的相对介损值；u是的均值，σ是的标准差，是相对介损。

具体实施方式

本发明的目的在于克服大多绝缘的绝对测量算法的不足，提供一种工作可靠，操作方便，实施安全的高压容性设备绝缘性能在线监测方法。

本发明采用相对测量算法，选择两台设备中较大的介损减去较小的介损来得到初期的相对量，持续观察其波动范围与趋势，则可完整的得到设备故障发展趋势。

相对介损故障区间的确定：在线监测的相对介损数据是在一定范围内的波动数据，且其各次测量为相互独立的。依据概率论中的中心极限定理：由大量微小的、独立的随机因素叠加而产生的随机变量，一般可认为服从正态分布。利用3σ准则确定相对测量值正常的波动范围，从而压缩了安全识别范围，有利于故障设备的判定。

故障诊断矩阵的确定：通过观察变电站台设备的相对介损值的变化情况，可得出其相对介损值的变化向量，其为由0,1组成的数字向量。其中“0”表示相对介损值发生变化，即位于（u-3σ，u+3σ）区间外，“1”表示介损值不变化，即位于（u-3σ，u+3σ）区间内，其中u为的均值，σ为的标准差。若台设备中有台设备故障时，诊断向量中包含“1”的个数应为：=-1+-2+…-，则可得出故障设备台数为：（）。当诊断向量全为1时，只能推算出故障设备台数为-1台或台，而无法精确定位。然而由于-1台或台设备同时发生故障的可能性极小，故可忽略此种情况，则相对测量诊断可定位台故障设备。

台同相电容型设备中任意单台发生故障的综合相对诊断矩阵下式所示：

，

式中：P=;是的分块矩阵；是单位矩阵；是-1台同相电容型设备的单台故障诊断矩阵；其余两个矩阵为：

，

，

利用设备相对介损的变化向量与其中的各行进行循环比较，则可精确定位出故障设备。

参看图1，本发明利用了介损的相对测量算法，排除了用绝对算法时PT电压信号的波动对介损结果产生的影响。用相对测量算法不受变电站复杂的电磁环境的影响，能够更加真实的反应出设备的绝缘状态及发展趋势。

参看图2a和图2b，首先不妨设3台设备的介损角满足，若第二台设备发生故障，第二台设备的介损增大，则相对介损角一直呈增大趋势，而则先变小而后变大。记，，则两者初值均为正，逐渐增大，逐渐减小。图2a和图2b分别为第二台设备发生绝缘故障时相对介质损耗值和的变化情况。由图2a可见，由于第二台设备故障引起该设备介质损耗角增大，使得正向逐渐增大至超出警戒值。而由于初始时第二台设备的介质损耗角小于设备3的介损角，在设备故障后，先变小至零后负向变大，出现图2b中与实际的变化趋势不同的现象。在第二台设备故障不断加剧，已经变化很大，使得其实际波动范围已经超出警戒值的情况下，监测会得出其波动较小的结论，造成对设备故障的漏报警，且掩盖了的实际变化趋势，不利于对设备绝缘状态的诊断。这就是传统相对测量法的缺陷。

为避免传统相对测量法掩盖设备故障发展趋势，可在程序初始时选择两台设备中较大的介损减去较小的介损来得到初期的相对量，持续观察其波动范围与趋势，则可完整的得到设备故障发展趋势。

参看图3，该图清楚的体现了设备的故障诊断矩阵的具体生成过程，首先写出单台设备故障的故障矩阵，

，

式中：P=;是的分块矩阵；是单位矩阵；是-1台同相电容型设备的单台故障诊断矩阵；其余两个矩阵为：

，

，

若需要生成多台设备的故障矩阵，其故障诊断矩阵生成方式为：将单台故障诊断矩阵中的任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的两台设备故障诊断矩阵。同理，将中任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的3台设备故障诊断矩阵。依次类推，则进行-1次逻辑加法运算后，可以得到的(≤-2）台同相电容型设备的故障诊断矩阵。

以下以4台电容器的故障定位为例，对本发明的高压容性设备绝缘故障检测定位方法作进一步解释。

按照本发明的故障矩阵的生成步骤可得4台设备中单台设备故障时的故障各个诊断向量，如下表1所示：

表1

							1#	0	0	0	1	1	1
2#	0	1	1	0	0	1
							3#	1	0	1	0	1	0
4#	1	1	0	1	0	0

表1中i#代表第i台设备故障时对应的各个相对介损值的变化情况。若现场测得的监测向量为{0，1，1，0，0，1}，与上表1中各行循环比较可确定设备2出现了问题。

Claims (1)

1.一种高压容性设备绝缘故障检测方法，其特征是，所述方法选择连接到同一母线的至少四台容性设备的泄漏电流信号互为基准计算每台设备的介损，并由每两台设备中的较大介损值减去较小介损值得到各设备的相对介损值，然后通过比较这些设备的相对介损值的变化情况，确定设备绝缘故障的诊断向量、判断故障设备的数量、确定故障诊断矩阵，最后将诊断向量与构造的诊断矩阵相比较，定位出故障设备；

故障诊断的具体步骤如下：

a.计算各设备的相对介损值

首先选择连接到同一母线的至少四台容性设备的泄漏电流信号互为基准计算每台设备的介损，然后由每两台设备中的较大介损值减去较小介损值得到各设备的相对介损值；

b.确定设备绝缘故障的诊断向量

观察第i台设备与第j台设备的相对介损值Δtanδ_ij的变化情况，设Δtanδ_ij的均值为u，Δtanδ_ij的标准差为σ，若Δtanδ_ij位于(u-3σ，u+3σ)区间内，记为“1”，否则记为“0”，由此得到的由数字“1”和“0”组成的相对介损变化向量即为设备绝缘故障的诊断向量；

c.判断故障设备的数量

设N台设备的诊断向量中“1”的个数为X，则故障设备的台数为

$i=\frac{2N-1-\sqrt{{(2N-1)}^2-8X}}{2}(X\≤C_N^2);$

d.确定故障诊断矩阵

N台同相电容型设备中任意单台发生故障的综合相对诊断矩阵如下式所示：

$M_N^1=\left[\begin{array}{cc}{A}_{1\×(N-1)}& B_{1\×(P-N+1)}\\ E_{(N-1)\×(N-1)}& M_{N-1}\end{array}\right];$

式中：是的分块矩阵；E_(N-1)×(N-1)是单位矩阵；M_N-1是N-1台同相电容型设备的单台故障诊断矩阵；

A_1×(N-1)＝[111…1]

B_1×(P-N+1)＝[000…0]

将单台故障诊断矩阵中的任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的两台设备故障诊断矩阵同理，将中任意两行进行逻辑加法运算，可以得到的3台设备故障诊断矩阵依次类推，则进行i-1次逻辑加法运算后，可以得到的i(i≤N-2)台同相电容型设备的故障诊断矩阵

e.定位故障设备

将诊断向量与故障诊断矩阵中的各行进行循环比较，精确定位出故障设备。