CN105182228B - 断路器在线运行能力简易评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器在线运行能力简易评价方法，利用变电站监控的全景数据优势，依据保护装置或录波装置上送的故障短路时刻波形，通过波形分析、历史数据综合分析等手段，精确实时计算断路器的热效应及机械效应从而获知断路器运行能力的评价，并且可以将评价结果转换为状态量和数值量，以可视化方式展现出来。本发明可对断路器运行能力提供量化的分析结果，为运行和维护人员提供更为直观展示方式，保障变电站设备的安全稳定运行。

Description

断路器在线运行能力简易评价方法

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域，特别涉及一种断路器在线运行能力评价方法。

背景技术

当发生短路故障后，短路电流产生的热效应和机械效应会对断路器产生不利影响。以往对这种不利影响的研究多用于断路器的制造。这种事前计算方法限于电网接线方式、运行方式的不确定，多基于理想化假设条件，无法做到精确计算从而实时监测断路器运行状态。另外以往研究仅考虑单次短路，没有考虑多次短路带来的累积效应，这导致变电站运行维护过程中，短路故障发生后，断路器的运行状态无法做到精确跟踪。

为了监测断路器的运行状态，一些变电站内安装了断路器在线监测设备，在线监测设备可以监测计算单次短路的热效应和机械效应。但在线监测设备的部署也带来了成本增加、安装复杂、配置繁琐等问题；另外在线监测设备无法统计多次短路带来的综合累积效应，实际使用效果不佳。

发明内容

发明目的：

针对现有技术的缺陷和不足,本发明提供一种断路器运行能力评价的简易方法，利用变电站监控的全景数据优势，依据保护装置或录波装置上送的故障短路时刻波形，通过波形分析、历史数据综合分析等手段，进行精确实时计算从而获知断路器运行能力的评价，并且可以将评价结果转换为状态量和数值量，以可视化方式展现出来。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：断路器在线运行能力评价方法，包括以下步骤：

步骤(1)，定义判断短路故障发生的条件；

步骤(2)，配置短路故障前后，表征断路器电流波形的数据源；

步骤(3)，根据步骤(1)定义的条件，当监测到系统发生短路故障后，从步骤(2)中配置的数据源获得当前动作断路器对应的故障电流波形；

步骤(4)，根据步骤(3)获得的故障电流波形，计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应；

步骤(5)，根据步骤(4)的计算结果，综合以往短路故障的计算结果，推导出本断路器累积热效应和机械效应；

步骤(6),将步骤(5)获得的累积热效应和机械效应，和预定的告警阈值比较，获得评价结果的状态值，并通过监控的监视窗口可视化展示。

进一步的，所述步骤(1)中，短路故障发生条件定义为遥信动作、遥信返回、一定时间内遥测值大于设定值，当存在多种条件时，各种条件之间通过与、或、非逻辑运算输出定义结果。

进一步的，所述步骤(2)中，当某个保护装置保护的对象(例如线路)发生短

路时，保护装置会跳开此对象上的断路器，因此可以将此保护装置和断路器

进行关联，作为获取断路器短路电流波形的数据源。当发生短路故障时，可

以根据此保护装置的故障电流波形来计算断路器的热效应、机械效应。

进一步的，所述步骤(3)中，当短路故障发生时，根据步骤(2)的关联关系，监控系统通过和保护装置进行通信，获得保护装置的故障电流波形。

进一步的，所述步骤(4)中，实时计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应方法如下：

热效应计算方法：

式(1)

式(1)中，Q_d表示本次短路故障对断路器产生的热效应，i_m表示每次采样时短路电流的实际值，t_m表示当前采样距离下次采样的时间间隔，t_m开始于短路故障发生时刻，结束于短路故障结束时刻。

机械效应计算方法：

i_p＝max(i₀，i₁，i₂...i_n) 式(2)

式(2)中，i_p表示本次短路故障对断路器产生的机械效应，i_n表示每次采样时短路电流的实际值。

进一步的，所述步骤(5)中，计算短路故障对断路器产生的热效应和机械效应累积值，方法如下：

热效应累积值计算方法：

式(3)

式(3)中，Q_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的热效应累积值，表示第i次短路发生后热效应值，t_i表示第i次短路与当前时刻的时间间隔，C为调整系数，与断路器的型号有关。

机械效应累积值计算方法：

式(4)

式(4)中，i_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的机械效应累积值，表示第n次短路发生后机械效应值。

进一步的，所述步骤(6)中，将计算出的热效应和机械效应累积值与断路器预先设定的阈值比较，转换为状态量显示在监控系统在线运行画面，便于变电站运行维护人员使用。同时将热效应和机械效应累积值、上次短路的热效应和机械效应值显示在变电站监控系统在线运行画面，用于分析断路器运行状态趋势。

机械效应累积值转换为状态量方法：

式(5)

式(5)中，S表示状态量值，其中等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，D为步骤(5)计算出来的热效应和机械效应累积值，D₀为根据断路器型号预先设定好的异常限值，D₁为根据断路器型号预先设定好的告警限值。

本发明提供一种方法与系统，利用变电站监控的全数据优势，结合波形分析，通过数据分析模块和数据展现模块，进行精确实时计算从而获知断路器运行能力的评价，数据展现模块将评价结果转换为状态量和数值量，以可视化方式展现出来。对断路器运行能力提供量化的分析结果，为运行和维护人员提供更为直观展示方式，保障变电站设备的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明的总体流程示意图。

图2是本发明的短路故障发生条件定义示意图。

图3是本发明涉及的短路故障波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

参见图1，本断路器在线运行能力简易评价方法，包括以下步骤：

第一步，根据不同的断路器定义不同的短路故障发生条件，短路故障发生条件定义为遥信动作、遥信返回、一定时间内遥测值大于设定值，当存在多种条件时，各种条件之间通过与、或、非逻辑运算输出定义结果。具体可参见图2。

监控系统中可以通过保护动作+断路器分闸动作判定发生了短路故障

短路故障发生条件定义后存储到变电站监控系统数据库中。数据库中的记录表FaultTable内容如下：

[保护动作1，断路器分闸动作1]

[保护动作2，断路器分闸动作2]

…

[保护动作n，断路器分闸动作n]

第二步，根据短路故障发生条件中的保护动作、断路器分闸动作，找到对应的保护装置、断路器，并扩充FaultTable表，加入保护装置的编号、断路器的编号。扩充后的FaultTable表如下：

[保护动作1，断路器分闸动作1，保护装置ID1，断路器ID1]

[保护动作2，断路器分闸动作2，保护装置ID2，断路器ID2]

…

[保护动作n，断路器分闸动作n，保护装置IDn，断路器IDn]

第三步，变电站监控系统都具备实时获取保护动作、断路器分合的事件顺序记录(SOE)信号，并通过MMS等协议获取保护装置的短路故障录波波形文件的功能。

当监控系统接收到保护动作、断路器分闸动作SOE，并且两个SOE信号的时间差小于某个阀值时，则可判定发生了短路故障。

根据保护动作、断路器分闸动作从FaultTable表中找到对应的保护装置ID、断路器ID。

根据IEC61850标准以及Q/GDW 396-2012《IEC 61850工程继电保护应用模型》的规定，当保护装置组动作并完成录波后,通过MMS报告上送故障序号FltNum和录波完成信号RcdMade,录波文件放置于装置的\COMTRADE目录下。因此当监控系统接收到保护装置的RcdMade录波完成信号后，就可以向装置发起获取录波文件的请求，得到录波文件后，即可进行下一步热效应、机械效应的计算。

第四步，根据保护的故障时刻波形文件，实时计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应。实时计算需要精确的短路故障起始时间，从图3中可看出短路起始时间在T0，此时断路器的电流突然变大，T1时间是保护动作的启动时间，T2时间点时断路器完成分闸操作，此时断路器的电流为0。

根据相关的研究，宜取T1为热效应计算的起始时间，T2为热效应计算的结束时间。

热效应计算方法：

式(1)

式(1)中，Q_d表示本次短路故障对断路器产生的热效应，i_m表示每次采样时短路电流的实际值，t_m表示当前采样距离下次采样的时间间隔，t_m开始于短路故障发生时刻，结束于短路故障结束时刻。

机械效应计算方法：

i_p＝max(i₀，i₁，i₂...i_n) 式(2)

式(2)中，i_p表示本次短路故障对断路器产生的机械效应，i_n表示每次采样时短路电流的实际值。

第五步，实时计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应累积值，方法如下：

热效应累积值计算方法：

式(3)

式(3)中，Q_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的热效应累积值，表示第i次短路发生后热效应值，t_i表示第i次短路与当前时刻的时间间隔，C为调整系数，与断路器的型号有关。

机械效应累积值计算方法：

式(4)

式(4)中，i_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的机械效应累积值，表示第n次短路发生后机械效应值。

最后，将计算出的热效应和机械效应累积值与数据库中本型号断路器设定值比较，转换为状态量显示在变电站监控系统在线运行画面，便于变电站运行维护人员使用。同时将热效应和机械效应累积值、上次短路的热效应和机械效应值显示在变电站监控系统在线运行画面，用于分析断路器运行状态趋势。

机械效应累积值转换为状态量方法：

式(5)

式(4)中，S表示状态量值，其中等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，D为步骤(5)计算出来的热效应和机械效应累积值，D₀为根据断路器型号预先设定好的异常限值，D₁为根据断路器型号预先设定好的告警限值。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤(1)，定义判断短路故障发生的条件；

步骤(2)，配置短路故障前后表征断路器电流波形的数据源；

步骤(3)，根据步骤(1)定义的条件，当监测到系统发生短路故障后，从步骤(2)中配置的数据源获得当前动作断路器对应的故障电流波形；

步骤(4)，根据步骤(3)获得的故障电流波形，计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应；

步骤(5)，根据步骤(4)的计算结果，综合以往短路故障的计算结果，推导出本断路器累积热效应和机械效应；

其中，计算短路故障对断路器产生的热效应和机械效应累积值，方法如下：

热效应累积值计算方法：

式(3)中，Q_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的热效应累积值，表示第i次短路发生后热效应值，t_i表示第i次短路与当前时刻的时间间隔，C为调整系数，与断路器的型号有关；

机械效应累积值计算方法：

式(4)中，i_s表示上次检修后短路故障对断路器产生的机械效应累积值，表示第n次短路发生后机械效应值；

步骤(6)，将步骤(5)获得的累积热效应和机械效应和预定的告警阈值比较，获得评价结果的状态值，并通过监控的监视窗口可视化展示。

2.根据权利要求1所述的断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于所述步骤(1)中：短路故障发生条件定义为遥信动作、遥信返回、一定时间内遥测值大于设定值；当存在多种条件时，各种条件之间通过与、或、非逻辑运算输出定义结果。

3.根据权利要求1所述的断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于所述步骤(2)中，当保护装置保护的对象发生短路时，保护装置会跳开此对象上的断路器，以将此保护装置和断路器进行关联，作为获取断路器短路电流波形的数据源；当发生短路故障时，根据此保护装置的故障电流波形来计算断路器的热效应、机械效应。

4.根据权利要求3所述的断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于所述步骤(3)中：当短路故障发生时，根据步骤(2)的关联关系，监控系统通过和保护装置进行通信获得保护装置的故障电流波形。

5.根据权利要求1所述的断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于所述步骤(4)中，实时计算本次短路故障对断路器产生的热效应和机械效应方法如下：

热效应计算方法：

式(1)中，Q_d表示本次短路故障对断路器产生的热效应，i_m表示每次采样时短路电流的实际值，t_m表示当前采样距离下次采样的时间间隔，t_m开始于短路故障发生时刻，结束于短路故障结束时刻；

机械效应计算方法：

i_p＝max(i₀，i₁，i₂...i_n) 式(2)

式(2)中，i_p表示本次短路故障对断路器产生的机械效应，i_n表示每次采样时短路电流的实际值。

6.根据权利要求1所述的断路器在线运行能力简易评价方法，其特征在于：所述步骤(6)中，将计算出的热效应和机械效应累积值与断路器预先设定的阈值比较，转换为状态量显示在监控系统在线运行画面，便于变电站运行维护人员使用；同时将热效应和机械效应累积值、上次短路的热效应和机械效应值显示在变电站监控系统在线运行画面，用于分析断路器运行状态趋势；

热效应和机械效应累积值转换为状态量方法：

式(5)中，s表示状态量值，其中等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，D为步骤(5)计算出来的热效应和机械效应累积值，D₀为根据断路器型号预先设定好的异常限值，D₁为根据断路器型号预先设定好的告警限值。