CN105467312A - 一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法 - Google Patents

Abstract

一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法。该方法基于开关机械特性参数、SF₆气体密度及湿度、局部放电参数、避雷器状态参数等参量计算开关设备的健康指数。根据气体绝缘金属封闭开关设备的健康指数、负荷历史、运行维护历史及设备基础数据计算开关设备运行故障概率，并进一步依据设备重要度及故障损失程度计算运行风险，从而向用户提出相应的资产管理及状态检修建议。

Description

一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法

技术领域

本申请属于电气设备在线监测技术领域，具体涉及一种基于在线监测系统的气体绝缘金属封闭开关设备健康指数模型及运行风险评估方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备具有体积小、可靠性高、维护工作量小、检修周期长等优点；因此，气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)逐渐取代常规电器已成为主流产品。但是由于：(1)GIS要求制造质量高而结构复杂、检修工艺繁杂耗时，其停电范围常涉及非故障元件；(2)GIS故障较少，但故障后果相当严重，且要求检修工艺十分精细，稍有不慎就会因检修造成新问题。因此，开展对GIS设备的状态评估与风险评估研究就显得迫切和重要。

发明内容

本发明提出了一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法；目的在于：通过监测开关设备的机械特性参数、SF₆气体密度及湿度、局部放电参量、避雷器状态参量来评估高压开关的状态，进而计算气体绝缘金属封闭开关的健康指数，根据健康指数与负荷历史量化开关的故障概率及运行风险，并提出气体绝缘金属封闭开关的维护建议。

本发明具体采用以下技术方案：

一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：

步骤一：在气体绝缘金属封闭开关设备上安装相应的在线监测传感器，并配置相应的在线监测设备；

步骤二：在气体绝缘金属封闭开关设备运行过程中，各在线监测设备连续采集开关设备的在线监测数据即开关设备的各状态参量值，并将所述在线监测数据上传至健康指数计算模块；

步骤三：所述健康指数计算模块基于开关设备的在线监测数据，分析气体绝缘金属封闭开关设备的状态，计算开关设备的健康指数，并将健康指数上传至故障概率及运行风险计算模块；步骤四：通过变电站后台服务器获取开关设备的负荷历史数据，将负荷历史数据传输至故障概率及运行风险计算模块；

步骤五：故障概率及运行风险计算模块根据开关设备的健康指数与负荷历史数据计算开关设备运行故障概率；

步骤六：依据开关设备运行故障概率及故障损失程度计算开关运行风险，提出开关的维护检修建议。

本发明进一步优选采用以下方案：

在步骤一中，所述在线监测设备包括开关机械特性监测设备、SF₆密度微水监测设备、局部放电监测设备及避雷器状态监测设备。

在步骤二中，所监测的开关设备的各状态参量包括断路器累计操作次数、开关设备的机械特性、SF₆气体密度、SF₆气体湿度、局部放电量、避雷器泄漏电流、避雷器阻性电流。

在步骤三中，按照公式(1)计算开关设备的健康指数；

$HI=100-\underset{i=1}{\overset{7}{\Σ}}{w}_i*{\mathrm{HIF}}_i---\left(1\right)$

式中，HI为开关设备的健康指数，w_i为开关设备各状态参量的评价权重，HIF_i为预设的各状态参量对应情况的扣分值；开关设备各状态参量的评价权重w_i与预设的各状态参量对应情况的扣分值HIF根据气体绝缘金属封闭开关设备的不同型号和运行工况由用户自主设定。在步骤五中，按照公式(2)计算开关设备运行故障概率；

式中POF表示开关设备运行故障概率，K_i是比例系数，C_i是曲率系数；B为开关的老化系数；K_i、C_i、B为经验值；T为开关设备的持续运行时长，I_t为开关设备在t运行时刻的负荷电流值，HI为开关设备的健康指数；f_M是健康指数修正系数，依据开关设备的外观、故障历史、预防性试验结果信息对健康指数进行修正。

在步骤六中，按照公式(3)计算开关设备的运行风险；

$Risk=POF*\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{COF}}_i---\left(3\right)$

其中Risk表示开关设备的运行风险，COF表示开关设备的故障损失，i表示故障损失类别，包括1-电网性能；2-人身安全；3-修复成本；4-环境影响；COF的取值由用户依据开关设备的负荷重要程度、开关设备故障后可能造成的人身安全损失、开关设备故障后对环境的影响程度、开关设备故障后的修复成本等因素自行设定；用户自行将开关设备故障发生概率分为低、中、高三个级别，将开关设备总故障损失分为低、中、高三个级别；开关设备风险分为低、中、高三个级别，用户自行依据设备故障发生概率的级别与设备总故障损失程度的级别确定设备风险级别，然后根据风险级别确定开关设备对应的检修维护方案。

本发明具有以下有益的技术效果：

本方法基于在线监测系统，可以较为准确的评估气体绝缘金属封闭开关设备的健康状态，根据健康状态量化开关故障概率及运行风险，并提供气体绝缘金属封闭开关设备的维护建议，可支持开关设备的状态检修与设备资产管理，延长气体绝缘金属封闭开关设备的使用寿命。

附图说明

图1是气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估系统的框架图；

图2是本申请气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法流程示意图；

图3是评估开关运行风险的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

参照图1所示，气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估系统包括气体绝缘金属封闭开关设备的机械特性监测模块、SF₆微水密度监测模块、局部放电监测模块、避雷器状态监测模块、运行负荷监测模块、健康指数计算模块、故障概率及运行风险计算模块及设备维护建议输出模块。机械特性监测部分通过在气体绝缘金属封闭开关上安装开关触头行程传感器、电流采集单元并采集辅助节点信号，来实现开关机械特性性能参数的监测；SF₆微水密度部分通过在开关各气室安装SF₆微水密度传感器，可实时监测开关各气室的SF₆气体密度与微水含量；局部放电监测模块通过在开关设备的主要气室安装内置式UHF传感器，或在气室对应的盆式绝缘子上安装外置式UHF传感器，来实时监测各气室内部是否有局部放电现象发生；避雷器监测模块通过在避雷器上安装传感器，实现监测避雷器的泄露电流、阻性电流与雷击次数等参数的监测；可通过获取后台服务器中开关设备运行负荷的数据来实现开关设备运行负荷监测模块的功能；健康指数计算模块基于各在线监测模块的数据，计算开关的健康指数；故障概率及运行风险计算模块依据开关健康指数及运行负荷历史数据计算开关的运行故障概率，根据开关故障概率及故障损失程序评估开关运行风险；维护建议模块依据开关运行风险提出相应的设备维护建议。具体的维护建议项目可为正常维护、加强巡检、安排合适的时间进行停电检修、立即安排停电检修、设备返厂维修或更换开关设备等。

图1是本发明气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估系统的框架图，开关设备状态监测功能可在一个在线监测装置中实现，也可以在多个监测装置中分别实现；开关设备运行负荷监测功能可在变电站后台服务器中实现，变电站后台服务器可将开关运行负荷数据传送给开关故障概率及运行风险计算模块；健康指数模块可以在在线监测装置中计算，也可以在与在线监测装置通过网络连接的后台服务器中实现；开关设备的故障概率及运行风险计算模块可以在在线装置中实现，也可以在与在线监测装置通过网络连接的在线监测后台服务器或变电站自动化系统后台服务器中实现。

如附图2所示为本申请公开的气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法流程示意图，所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法包括以下步骤：

一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：

步骤一：在气体绝缘金属封闭开关设备上安装相应的在线监测传感器，并配置相应的在线监测设备；所述在线监测设备包括机械特性监测设备、SF₆密度微水监测设备、局部放电监测设备及避雷器状态监测设备。

步骤二：在气体绝缘金属封闭开关设备运行过程中，各在线监测设备连续采集开关设备的在线监测数据即开关设备的各状态参量值，并将所述在线监测数据上传至健康指数计算模块；

机械特性监测设备通过在气体绝缘金属封闭开关上安装开关触头行程传感器、电流采集单元并采集辅助节点信号，来实现开关机械特性性能参数的监测，监测参数包括开关动作次数、分(合)闸电流、储能电机电流、断路器分合闸行程曲线；SF₆微水密度监测设备通过在开关各气室安装SF₆微水密度传感器，可实时监测开关各气室的SF₆气体密度与微水含量；局部放电监测装置通过在开关设备的主要气室安装内置式UHF传感器，或在气室对应的盆式绝缘子上安装外置式UHF传感器，来实时监测各气室内部是否有局部放电现象发生；避雷器监测设备通过在避雷器上安装传感器，实现监测避雷器的泄露电流、阻性电流与雷击次数参数的监测。

步骤三：所述健康指数计算模块基于开关设备的在线监测数据，分析气体绝缘金属封闭开关设备的状态，计算开关设备的健康指数，并将健康指数上传至故障概率及运行风险计算模块；

可参照表1所示，计算开关设备各评价项的扣分值，参照公式(1)计算开关的健康指数；式中HI为高压开关的健康指数，w_i为各状态评价项的权重，HIF_i为各评价项的扣分值。

$HI=100-\underset{i=1}{\overset{7}{\Σ}}{w}_i*{\mathrm{HIF}}_i---\left(1\right)$

在本申请的实施例中，各状态评价项的权重w_i和各评价项的扣分值HIF_i如表1所示。需要说明的是，本申请实施例中的数据只是为了更形象地介绍本发明的技术方案，方便读者理解本申请的发明思想。显而易见，本领域技术人员在阅读本发明技术方案后，完全能够根据气体绝缘金属封闭开关设备的不同型号和运行工况设定符合实际情况的各状态评价项的权重w_i和各评价项的扣分值HIF_i。

表1开关设备状态评价参考标准

在本申请实施例中，将状态量断路器累计分断次数的状态评价权重取值为1.5，若断路器累计分断次数小于厂家规定次数的50％，该状态量对应的扣分值为0，若断路器累计分断次数大于等于厂家规定次数的50％且小于厂家规定次数的80％，该状态量对应的扣分值为2，若断路器累计分断次数大于等于厂家规定次数的80％且小于厂家规定的次数，该状态量对应的扣分值为4，若断路器累计分断次数大于等于厂家规定次数，该状态量对应的扣分值为10；状态量机械特性的w与HIF的取值原则为：状态量机械特性的状态评价权重取值为1.5，若断路器的分合闸同期性符合制造厂规定值，且分合闸时间、速度符合制造厂规定值，该状态量扣分值为0，若出现分合闸同期性不符合制造厂规定值或分合闸时间、速度不符合制造厂规定值，该状态量扣分值为10；状态量SF6气体密度的w与HIF的取值原则为：状态量SF6气体密度的状态评价权重取值为1，若所有开关设备所有气室SF6气体密度值正常，该状态量扣分值为0，若有开关设备气室出现SF₆气体密度异常，该状态量扣分值为4，若有开关设备气室出现SF₆气体密度告警，该状态量扣分值为8；状态量SF₆气体湿度的w与HIF的取值原则为：状态量SF₆气体湿度的状态评价权重取值为1，若所有气室微水值小于300μL/L，该状态量扣分值为0，若有气室微水值达到于300μL/L，该状态量扣分值为4，若有气室微水值达到于300μL/L，且有快速上升趋势，该状态量扣分值为8，若有气室微水值达到于500μL/L，且有快速上升趋势，该状态量扣分值为10；状态量避雷器泄露电流的w与HIF的取值原则为：状态量避雷器泄露电流的状态评价权重取值为1，若所有避雷器泄露电流纵横比小于20％，该状态量扣分值为0，若有避雷器泄露电流纵横比增大20％，该状态量扣分值为4，若有避雷器泄露电流纵横比增大40％，该状态量扣分值为8，若有避雷器泄露电流纵横比增大100％，该状态量扣分值为10；状态量避雷器泄露电流阻性分量的w与HIF的取值原则为：状态量避雷器泄露电流阻性分量的状态评价权重取值为1，若所有避雷器泄露电流阻性分量与原始值相比增加幅度小于30％，该状态量扣分值为0，若有避雷器泄露电流阻性分量与原始值相比增加幅度大于等于30％，该状态量扣分值为4，若有避雷器泄露电流阻性分量与原始值相比增加幅度大于等于50％，该状态量扣分值为8，若有避雷器泄露电流阻性分量与原始值相比增加幅度大于等于100％，该状态量扣分值为10；状态量局部放电的w与HIF的取值原则为：状态量局部放电的状态评价权重取值为1.5，若所有局放传感器都没有检测到明显的局放信号，该状态量扣分值为0，若有局放传感器检测到明显的局放信号，该状态量扣分值为8，若有局放传感器检测到明显的局放信号且有该信号有增长趋势，该状态量扣分值为10。

步骤四：通过变电站后台服务器获取开关设备的负荷历史数据，将负荷历史数据传输至故障概率及运行风险计算模块；

步骤五：故障概率及运行风险计算模块根据开关设备的健康指数及负荷历史数据计算开关设备运行故障概率；

按照公式(2)计算开关设备的运行故障概率；

式中POF表示开关设备运行故障概率，K_i是比例系数，C_i是比例系数；B为开关的老化系数；K_i，C_i，B为经验值；T为开关设备的持续运行时长，I_t为高压在t运行时刻的负荷电流值，HI为开关设备的健康指数；f_M是健康指数修正系数，依据开关设备的外观、故障历史、预防性试验结果信息对健康指数进行修正。其中，比例系数K_i与曲率系数C_i依据特定范围内的开关设备故障率与健康指数之间的统计数据拟合后确定，所述特定范围是指特定开关厂家、特定地区、特定时间范围；开关设备的老化系数B值范围为0.5～1.5；健康指数修正系数f_M的取值范围为1～2。

步骤六：依据开关设备运行故障概率及故障损失程度计算开关运行风险，提出开关的维护检修建议。

可按照公式(3)计算开关设备的运行风险；其中Risk表示开关设备的运行风险，i表示风险类别(1-电网性能；2-人身安全；3-修复成本；4-环境影响)，COF表示开关的故障损失；可参考图3确定开关的运行风险程度，并提出开关的维护建议。

$Risk=POF\·\underset{i=1}{\overset{4}{\Σ}}{\mathrm{COF}}_i---\left(3\right)$

图3中，其中Risk表示开关设备的运行风险，COF表示开关设备的故障损失，i表示故障损失类别，包括1-电网性能；2-人身安全；3-修复成本；4-环境影响；COF的取值由用户依据开关设备的负荷重要程度、开关设备故障后可能造成的人身安全损失、开关设备故障后对环境的影响程度、开关设备故障后的修复成本等因素自行设定；用户自行将开关设备故障发生概率分为低、中、高三个级别，将开关设备总故障损失分为低、中、高三个级别；开关设备风险分为低、中、高三个级别，用户自行依据设备故障发生概率的级别与设备总故障损失程度的级别确定设备风险级别，然后根据风险级别确定开关设备对应的检修维护方案。

Claims (6)

1.一种气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：

步骤一：在气体绝缘金属封闭开关设备上安装相应的在线监测传感器，并配置相应的在线监测设备；

步骤二：在气体绝缘金属封闭开关设备运行过程中，各在线监测设备连续采集开关设备的在线监测数据即开关设备的各状态参量值，并将所述在线监测数据上传至健康指数计算模块；

步骤三：所述健康指数计算模块基于开关设备的在线监测数据，分析气体绝缘金属封闭开关设备的状态，计算开关设备的健康指数，并将健康指数上传至故障概率及运行风险计算模块；步骤四：通过变电站后台服务器获取开关设备的负荷历史数据，将负荷历史数据传输至故障概率及运行风险计算模块；

步骤五：故障概率及运行风险计算模块根据开关设备的健康指数与负荷历史数据计算开关设备运行故障概率；

步骤六：依据开关设备运行故障概率及故障损失程度计算开关运行风险，提出开关的维护检修建议。

2.根据权利要求1所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于：

在步骤一中，所述在线监测设备包括开关机械特性监测设备、SF₆密度微水监测设备、局部放电监测设备及避雷器状态监测设备。

3.根据权利要求2所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于：

在步骤二中，所监测的开关设备的各状态参量包括断路器累计操作次数、开关设备的机械特性、SF₆气体密度、SF₆气体湿度、局部放电量、避雷器泄漏电流、避雷器阻性电流。

4.根据权利要求3所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于：

在步骤三中，按照公式(1)计算开关设备的健康指数；

式中，HI为开关设备的健康指数，w_i为开关设备各状态参量的评价权重，HIF_i为预设的各状态参量对应情况的扣分值；开关设备各状态参量的评价权重w_i与预设的各状态参量对应情况的扣分值HIF根据气体绝缘金属封闭开关设备的不同型号和运行工况由用户自主设定。

5.根据权利要求1或4所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于：

在步骤五中，按照公式(2)计算开关设备运行故障概率；

式中POF表示开关设备运行故障概率，K_i是比例系数，C_i是曲率系数；B为开关设备的老化系数；K_i、C_i、B为经验值；T为开关设备的持续运行时长，I_t为开关设备在t运行时刻的负荷电流值，HI为开关设备的健康指数；f_M是健康指数修正系数，依据开关设备的外观、故障历史、预防性试验结果信息对健康指数进行修正；其中，比例系数K_i与曲率系数C_i依据特定范围内的开关设备故障率与健康指数之间的统计数据拟合后确定，所述特定范围是指特定开关厂家、特定地区、特定时间范围；开关设备的老化系数B值范围为0.5～1.5；健康指数修正系数f_M的取值范围为1～2。

6.根据权利要求5所述气体绝缘金属封闭开关设备运行风险评估方法，其特征在于：

在步骤六中，按照公式(3)计算开关设备的运行风险；

其中Risk表示开关设备的运行风险，COF表示开关设备的故障损失，i表示故障损失类别，包括1-电网性能；2-人身安全；3-修复成本；4-环境影响；COF的取值由用户依据开关设备的负荷重要程度、开关设备故障后可能造成的人身安全损失、开关设备故障后对环境的影响程度、开关设备故障后的修复成本等因素自行设定；用户自行将开关设备故障发生概率分为低、中、高三个级别，将开关设备总故障损失分为低、中、高三个级别；开关设备风险分为低、中、高三个级别，用户自行依据设备故障发生概率的级别与设备总故障损失程度的级别确定设备风险级别，然后根据风险级别确定开关设备对应的检修维护方案。