CN103439654A

CN103439654A - 一种高压直流开关状态检测方法

Info

Publication number: CN103439654A
Application number: CN2013104241163A
Authority: CN
Inventors: 袁佳歆; 孙彬; 蔡超; 陈柏超; 周兴隆; 李小平
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种高压直流开关状态检测方法，该方法通过小波理论计算燃弧时间，然后将燃弧时间代入模糊隶属度函数，得到表征直流开关健康状态的V值，再根据V值与MRTB振荡回路健康状态定性评价等级之间的对应关系即可判断其健康状态。本发明具有如下优点：1.避免了对断路器支路电流进行分析，而巧妙的通过对振荡回路电流的微小变化进行捕捉，进而评估高压直流开关的健康状态；2.运用小波理论提取电流的高频分量，比常规的信号处理方法更加灵敏。3.运用模糊理论进行评估，可及早确定维护检修计划，确保直流输电系统安全可靠运行4.可以实现在线分析功能。

Description

一种高压直流开关状态检测方法

技术领域

本发明涉及一种直流开关状态检测方法，尤其是涉及一种高压直流开关状态检测方法。

背景技术

目前国内已投运的±500kV直流输电工程有十余条。计划在2020年前投运的直流工程将超过30条；同时为了实现“西电东送”战略国家正大力推进包括±400kV、±660kV、±800kV和±1000kV等高压及特高压直流输电工程的建设，未来直流输电将成为我国电网的重要组成部分。

直流开关是直流输电工程中换流站的关键设备之一，其主要作用是改变直流系统的运行方式和及时清楚线路中出现的故障。当前国内各大换流站装设的直流开关主要有金属回路转换开关（Metallic Return TransferBreaker,MRTB）、大地回路转换开关（Ground Return Transfer Switch,GRTS）、中性母线开关（Neutral Bus Switch,NBS）和中性母线接地开关（Neutral Bus Ground Switch,NBGS）等。

直流开关与交流开关相比，直流开关所通过的电流为直流电流，没有可直接熄灭电弧的电流过零点。因此，现有的直流开关系统大多是在交流开关上加装包括电抗器和电容器所组成的振荡回路，通过振荡回路产生的高频振荡电流实现开关断口电流过零，从而使电弧熄灭，最终成功实现直流开关的开断。

正常情况下，高压直流开关的开断过程分为三个阶段：（1）强迫电弧电流过零阶段；（2）断路器断口介质恢复阶段；（3）避雷器组动作吸能阶段，但在实际应用中由于其工作条件的变化，存在着振荡回路、SF6开关与避雷器组等部件配合不当以至于开断失败的问题，导致直流输电系统运行方式无法转换，对直流系统造成极大经济损失。由于缺乏可靠的技术手段，目前无法评估高压直流开关在线运行时的真实状态，为高压直流输变电工程的安全稳定运行留下了隐患。

发明内容

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：

一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在没拉开断路器时，用采集装置采集预转换阶段的振荡回路电流波形，所述预转换阶段的振荡回路电流波形即是无电弧产生时的振荡回路电流波形；

步骤2，拉开用断路器时，用采集装置采集正式转换阶段的振荡回路电流波形；所述正式转换阶段的振荡回路电流波形即是有电弧产生时的振荡回路电流波形；

步骤3，判断步骤1中采集的无电弧产生时的振荡回路电流波形的电流起振点，以及有电弧产生时的振荡回路电流波形的电流起振点，然后从起振点开始将两波形作差；

步骤4，将步骤3中作差后得到的相差波形截取包含电弧起始点和电弧熄灭点的小段波形，然后进行小波分解，确定电弧起始点时间和电弧熄灭点时间，将电弧起始点时间和电弧熄灭点时间作差，就是燃弧时间；

步骤5,得出燃弧时间后，将其代入模糊隶属度函数，获取V值，再根据V值与MRTB振荡回路健康状态定性评价等级之间的对应关系即可判断其健康状态，其中，V是一个取值为0～1的区间，表征高压直流开关的健康状态，V值越高表示高压直流开关的健康状态越好。

在上述的一种高压直流开关状态检测方法，所述步骤1和步骤2中，采集振荡回路电流波形是先使用霍尔电流传感器将电流信号转变成电压信号，然后使用德国BECKHOFF PAC采集装置采集该电压信号。

在上述的一种高压直流开关状态检测方法，所述步骤3中，先基于MATLAB小波工具将得到的两波形进行分析，以分别得到振荡电流的起振点；得到两电流波形的起振点后，选择从起振点开始的等量的包含整个振荡波形的过程的数据点，然后一一对应的将两次采集到的数据作差。

在上述的一种高压直流开关状态检测方法，所述步骤4中，两原始采集到的波形作差后得到一个相差波形，起始点和熄灭点都是从这个波形中获取的，并且，利用作差后的数据点是基于MATLAB得到差值波形，通过对波形进行观察，判断电流发生突变的范围，；所截取的波形取2～3个周期；最后，基于MATLAB的小波工具，将差值波形的截取部分进行小波分解，经过db5小波5层分解后，在最后一层得到一个高频分量，该高频分量的出现即表明此处为突变点，根据突变点所在位置即换算成时间，即确定电弧起始点所在点数x1和熄灭点所在点数x2后，将x1与x2相减即为相差点数，再除以采样频率，即可获得燃弧时间。

在上述的一种高压直流开关状态检测方法，步骤5中，选用降半梯形分布函数作为模糊隶属度函数，Tm为最大燃弧时间、Tw为标准燃弧时间，实际燃弧时间为T,，经过量化处理，得出

V = \{\begin{matrix} 1, T < = T_{w} \\ \frac{T_{m} - T}{T_{m} - T_{w}}, T_{w} < T < = T_{m} \\ 0, T > T_{m} \end{matrix}

V是一个取值为（0—1）的区间，表征高压直流开关的健康状态。

实际中常用定性的方法将MRTB振荡回路的健康状态划分为若干等级。建立健康值定量指标V与MRTB振荡回路健康状态定性评价等级之间的对应关系需要根据长期研究的实际经验。

因此，本发明具有如下优点：1.避免了对断路器支路电流进行分析，而巧妙的通过对振荡回路电流的微小变化进行捕捉，进而评估高压直流开关的健康状态；2.运用小波理论提取电流的高频分量，比常规的信号处理方法更加灵敏。3.运用模糊理论进行评估，可以确定该高压直流开关是否需要维护检修，一边及早确定维护检修计划，确保直流输电系统安全可靠运行4.可以实现在线分析功能。

附图说明

图1为燃弧时间计算流程图。

图2为有源式高压直流开关结构图。

图3a是触头未分离未起弧时振荡回路电流波形。

图3b是拉闸后起弧时振荡回路电流波形。

图3c是图3b与图3a作差后的波形。

图4为起弧点小波分析图。

图5为灭弧点小波分析图。

图6为某高压直流开关健康状态与V值的对应关系表。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例，下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1，开始后，先分别用采集装置采集无电弧产生时的振荡回路电流波形和有电弧产生时的振荡回路电流波形，由于两波形不是同时采集，故需先判断电流起振点，然后从起振点开始将两波形作差，作差后再分别截取包含电弧起始点和电弧熄灭点的小段波形，分别进行小波分解，确定电弧起始点和电弧熄灭点，作差后即可获得燃弧时间，再将燃弧时间代入模糊隶属带函数，求得V值，根据V值与MRTB振荡回路健康状态定性评价等级之间的对应关系即可判断其健康状态。

如图2，当直流系统处于大地回路运行方式时，断路器CB原处于断开状态，进入预转换阶段时，断路器CB合闸，在正式转金属回路之前，合上S₁给电容充电后断开S₂，再合上S₁让振荡回路放电，可得到断路器CB不动作时的如图3a中平滑的二阶振荡回路电流波形。然后断开S₁，再合S₂给电容充电，后断开S₂，拉开CB后迅速断开S₁，可得到如图3b中所示一个幅值下降速度有所变化的振荡回路电流波形。通过MATLAB软件将采集装置采集到的波形作差，得到如图3c包含突变点的相差波形,,然后应用小波理论对其进行分析计算，即可获得断路器的燃弧时间。

如图4和图5，假设采集到的波形包含年有220000个数据点。将差值波形初步分析后,如图4所示,先截取第100000—1050000的数据段进行小波分析。，经过db5小波分解后的波形在第300个数据点处出现了高频分量，即总数据点的第100300个数据点，换算到时间为100.3ms，即电弧起始时间点为100.3ms。同理可以分析电弧熄灭点的时间。如图5所示，再截取120000到125000的数据段进行分析，小波分解后，在1270点处出现了高频信号，即总点数121270处，即电弧的熄灭时间电为121.27ms。确定电弧的起始点和熄灭点后，作差即可得到燃弧时间为20.97ms。

如图6，若最大燃弧时间Tm为25ms、标准燃弧时间Tw为20ms,根据模糊度隶属函数，结合小波理论计算的燃弧时间20.97ms,可以解得V=0.8,对应健康状态表，可知开关处于良好状态。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中，采集振荡回路电流波形是先使用霍尔电流传感器将电流信号转变成电压信号，然后使用德国BECKHOFF PAC采集装置采集该电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，所述步骤3中，先基于MATLAB小波工具将得到的两波形进行分析，以分别得到振荡电流的起振点；得到两电流波形的起振点后，选择从起振点开始的等量的包含整个振荡波形的过程的数据点，然后一一对应的将两次采集到的数据作差。

4.根据权利要求1所述的一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，所述步骤4中，两原始采集到的波形作差后得到一个相差波形，起始点和熄灭点都是从这个波形中获取的，并且，利用作差后的数据点是基于MATLAB得到差值波形，通过对波形进行观察，判断电流发生突变的范围，；所截取的波形取2～3个周期；最后，基于MATLAB的小波工具，将差值波形的截取部分进行小波分解，经过db5小波5层分解后，在最后一层得到一个高频分量，该高频分量的出现即表明此处为突变点，根据突变点所在位置即换算成时间，即确定电弧起始点所在点数x1和熄灭点所在点数x2后，将x1与x2相减即为相差点数，再除以采样频率，即可获得燃弧时间。

5.根据权利要求1所述的一种高压直流开关状态检测方法，其特征在于，步骤5中，选用降半梯形分布函数作为模糊隶属度函数，Tm为最大燃弧时间、Tw为标准燃弧时间，实际燃弧时间为T,，经过量化处理，得出

V = \{\begin{matrix} 1, T < = T_{w} \\ \frac{T_{m} - T}{T_{m} - T_{w}}, T_{w} < T < = T_{m} \\ 0, T > T_{m} \end{matrix}