CN104268376B - 一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，采用高精度测量用的电流互感器，在不同时刻实时测量3/2接线方式开关站中流过每个开关中的电流，根据基尔霍夫电压定律建立方程组。然后选定标准阻值开关，将齐次线性转化为非齐次线性方程组，从非齐次线性方程组中挑选出与未知数个数相同的个数的方程，并使方程系数矩阵的条件数最小，计算出开关站中各个开关的阻值。最后根据工况条件数和测量误差估计出计算结果的精度。本发明能够有效解决3/2开关站中开关在线运行电阻评估的问题，并能对计算结果进行误差分析。

Description

一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法

技术领域

本发明涉及一种基于实时电流量测的3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，属于电力系统开关站技术领域。

背景技术

在实际的工程应用中，评估开关站开关电阻传统方法是采用直流双臂电桥法。当使用双臂电桥进行开关导电回路电阻测量时，由于双臂电桥测量回路通过的是只有几个安培的微弱电流，难以消除触头上较大的氧化膜，因此测出的电阻示值偏大，而且当触头因调整不当(如触头所承受的压力变化)、运行中发生变化或触头烧毁严重使有效接触面积减小时，双臂电桥的微弱电流在其接触处不会产生收缩，即无法测出收缩电阻；而在大电流或正常电流通过时，却会使该接触处的电阻增加，从而引起触头的过度发热和加速氧化。另外，一般的双臂电桥还要手动调节电桥的平衡，在精密电阻箱上得到读数，此种方法既慢又不准确。

近些年来，开关参数智能化检测仪器的发展比较快，国内外已有多家公司、单位开发出各类产品。而对接触电阻的测量大多采用微欧仪，其具有的恒流源电流等级一般为100A或者200A。由于这些微欧仪多采用高频开关电源和大电流变压器来实现大电流的恒流效果，所以测试仪的体积和重量都很大，一般都在几千克到十几千克左右，现场使用不方便，并且其成本也相对较高。使用这些仪器进行测试时，由于电流通过接触电阻的时间较长，对被测电阻有温升的影响，所以测量精度会被降低。

以上这些测量开关站中开关电阻的方法都是在离线的状态下测量的，到目前为止还没有一种有效的在线计算开关站开关电阻的方法。为了准确地评估开关站中开关类设备的工作状态，迫切需要一种有效在线计算开关电阻的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决在线评估3/2接线方式开关站开关电阻的技术问题。

为解决上述技术问题，发明人采用了如下的技术方案：

一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用站内计量用的电流互感器测量不同时刻3/2接线方式开关站中流过各个开关的电流值，并对电流值处理，得到一组最佳的非齐次线性方程组；

2)采用选取列主元的高斯消去法求解线性方程组，得到3/2接线方式开关站中各个开关的阻值；

3)对计算结果进行误差分析，确定计算结果的可信度。

前述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：在所述步骤1)中，对电流值处理的具体步骤为：

根据基尔霍夫电压定律建立方程组，假设3/2接线方式开关站中，含有三个开关的支路有m条，含有两个开关的支路有n条，在某一时刻下测得流过各个开关的电流为：I₁I₂I₃…I_3m+2n-1I_3m+2n，各个开关的阻值为：x₁x₂x₃…x_3m+2n-1x_3m+2n根据基尔霍夫电压定律可以建立方程组：

选取一天当中N个时刻，测量N组电流工况：由式(1)，可得：

选取基准开关阻值，可任意选取，假定x₁＝1，把式(2)化为非齐次线性方程组：

前述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：在所述步骤2)中，从式(3)的N·(m+n-1)个方程中，选取3m+2n-1个方程，解出开关阻值x₂x₃…x_3m+2n。

前述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：在所述步骤3)中，确定计算结果的可信度的步骤包括：

31)对于选出的3m+2n-1个方程，建立方程组Ax＝b，其中，

32)采用公式(4)对建立的方程组Ax＝b进行误差分析：

其中，

δA,δb是测量矩阵A和矩阵b的测量误差组成的矩阵，分别表示电流实际观 测值误差、理论值误差，δA和δb是电流互感器测量误差造成的，由电流互感器的精度等级决定，常见的测量用电流互感器的精度等级有0.2级和0.5级。|| ||是范数运算符，α表示范数的类型,取二范数；

公式(4)中，表示开关阻值计算结果x的相对误差，它小于等于上界；利用公式(4)计算方程组Ax＝b的开关阻值计算结果x的相对误差的上界，确定开关阻值计算结果x的相对误差的最大值；

开关阻值计算结果的可信度与开关阻值无误差的理论值的相对误差相关，相对误差越小，开关阻值计算结果的可信度越高；为开关阻值无误差的理论值，x为解方程Ax＝b存在误差的开关阻值计算值。特别地，当相对误差为0时，计算结果是100％可信的。

前述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：从N·(m+n-1)个方程中选取的3m+2n-1个方程是所有可能组合中系数矩阵条件数最小的一组。

采用本方法能够在线评估3/2接线方式开关站开关电阻，本发明只需要利用开关站中的电流互感器，无需高精度的电阻测量仪器，对硬件设备要求不高，成本低。其次，本方法能在线测量，不需要将运行中的开关退出运行，对开关站的正常运行没有影响，测量方便。另外，本方法可以实现实时测量，利用每天记录的电流数据评估开关电阻，这样可以及时发现故障开关设备，有利于开关站的安全稳定运行。

附图说明

图1是3/2接线方式开关站线路图；

图2是西津渡开关站线路图；

图3是计算结果图；

图4是3/2接线方式开关站一种具体实施例线路图。

具体实施方式

本发明提出一种对3/2接线方式开关站开关电阻在线评估的方法。采用高精 度测量用的电流互感器，在不同时刻实时测量3/2接线方式开关站中流过每个开关中的电流，根据基尔霍夫电压定律建立方程组。然后选定标准阻值开关，将齐次线性转化为非齐次线性方程组，从非齐次线性方程组中挑选出与未知数个数相同的个数的方程，并使方程系数矩阵的条件数最小，计算出开关站中各个开关的阻值。最后根据工况条件数和测量误差估计出计算结果的精度。具体实施步骤如下：

第一步，根据基尔霍夫电压定律建立方程组。假设3/2接线方式开关站(见附图1)中，含有三个开关的支路有m条，含有两个开关的支路有n条，在某一时刻下测得流过各个开关的电流为：I₁I₂I₃…I_3m+2n-1I_3m+2n，各个开关的阻值为：x₁x₂x₃…x_3m+2n-1x_3m+2n根据基尔霍夫电压定律可以建立方程组：

第二步，选取一天当中N个时刻，测量N组电流工况如下：

由式(1)，可得：

举例说明，若接线方式如图4所示，有4串3个开关，3串2个开关，则m＝4,n＝3，此时，公式(1)表示如下：

对于公式(2)，若有2组工况，则N＝2，此时，公式(2)为：

第三步，选取基准开关阻值，假定x₁＝1，把式(2)化为非齐次线性方程组：

假设接线方式如图4所示，则：m＝4,n＝3

根据公式(3)可知，一组工况下的方程：

N组工况下的方程：

上式中等式左边的矩阵有6N行，从6N行中选出17行组成条件数最小的方程，假设选出的方程来自工况1-9：

第四步，从式(3)N·(m+n-1)个方程中，选取3m+2n-1个方程，解出开关阻值x₂x₃…x_3m+2n。

第五步，对第四步解出的结果进行误差分析。

更进一步，建立方程时仅用3/2接线方式开关站中的电流量和开关阻值建立方程，不使用电压量和其他电气量，并且需要从开关站中的所有开关设备中选取一个开关设备作为标准阻值开关，将齐次线性方程组转化为非齐次线性方程组。在从N·(m+n-1)个方程中选取的3m+2n-1个方程时选取的组合必须是所有可能组合中系数矩阵条件数最小的一组，最后对建立的方程组Ax＝b进行误差分析时采用公式(4)：

其中，

δA,δb是测量A和b测量误差组成的矩阵，|| ||是范数运算符。

第四步中，所述从N·(m+n-1)个方程中，选取3m+2n-1个方程的方法如下：计算从N·(m+n-1)个方程中选取3m+2n-1个方程所有的排列组合，这些排列组合的总数是也即能构成个方程组Ax＝b。计算每个方程组系数矩阵的条件数cond(A)，从中选出条件数最小的方程组。

下面对该方法进行实验。以500kV的西津渡开关站(图2)做为实验对象，表1是西津渡开关站的电流信息表，

表1：西津渡开关站电流信息表

由电流信息表可以得到方程组：

将上述方程组写成矩阵形式后，取x₁＝1,按照前文方法，挑选出系数条件数最小的方程组：

计算结果见图3，条件数cond＝42.58,相对误差＝18.6％。图4中开关阻值以比值形式给出。

从图中可以看出，该方法仅需要测量开关站中的电流值，硬件要求低，计算结果也符合实际值。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用站内计量用的电流互感器测量不同时刻3/2接线方式开关站中流过各个开关的电流值，并对电流值处理，得到一组最佳的非齐次线性方程组；

2)采用选取列主元的高斯消去法求解线性方程组，得到3/2接线方式开关站中各个开关阻值；

3)对开关阻值的计算结果进行误差分析，确定计算结果的可信度；

在所述步骤1)中，对电流值处理的具体步骤为：

根据基尔霍夫电压定律建立方程组，假设3/2接线方式开关站中，含有三个开关的支路有m条，含有两个开关的支路有n条，在某一时刻下测得流过各个开关的电流为：I₁I₂I₃…I_3m+2n-1I_3m+2n，各个开关的阻值为：x₁x₂x₃…x_3m+2n-1x_3m+2n根据基尔霍夫电压定律可以建立方程组：

选取一天当中N个时刻，测量N组电流工况：

由式(1)，可得：

选取基准开关阻值，可任意选取，假定x₁＝1，把式(2)化为非齐次线性方程组：

在所述步骤2)中，从式(3)的N·(m+n-1)个方程中，选取3m+2n-1个方程，解出开关阻值x₂x₃…x_3m+2n；

在所述步骤3)中，确定计算结果的可信度的步骤包括：

31)对于选出的3m+2n-1个方程，建立方程组Ax＝b，其中，

32)采用公式(4)对建立的方程组Ax＝b进行误差分析：

δA,δb是测量矩阵A和矩阵b的测量误差组成的矩阵，分别表示电流实际观测值误差、理论值误差，|| ||是范数运算符，α表示范数的类型,取二范数；

公式(4)中，表示开关阻值计算结果x的相对误差，它小于等于上界；利用公式(4)计算方程组Ax＝b的开关阻值计算结果x的相对误差的上界，确定开关阻 值计算结果x的相对误差的最大值；

开关阻值计算结果的可信度与开关阻值无误差的理论值的相对误差相关，相对误差越小，开关阻值计算结果的可信度越高；为开关阻值无误差的理论值，x为解方程Ax＝b存在误差的开关阻值计算值。

2.根据权利要求1所述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：从N·(m+n-1)个方程中选取的3m+2n-1个方程是所有可能组合中系数矩阵条件数最小的一组。

3.根据权利要求2所述的一种3/2接线方式开关站开关电阻在线评估方法，其特征在于：从N·(m+n-1)个方程中，选取3m+2n-1个方程的方法如下：

计算从N·(m+n-1)个方程中选取3m+2n-1个方程所有的排列组合，所述排列组合的总数是即构成个方程组Ax＝b，计算每个方程组系数矩阵的条件数cond(A)，从条件数cond(A)中选出条件数最小的方程组。