CN105676121A - 一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，其包括以下步骤：步骤1、通过故障滤波设备中故障电流波形提取故障电流波形特征数据，所述故障电流波形特征数据包括熄弧后至出现故障电流的时间t1、故障电流持续时间t2以及故障电流波形特点；步骤2、根据故障电流波形特征数据判断闪络故障类型：闪络故障类型包括外闪、重击穿内闪以及绝缘壁内部放电内闪。本发明以故障录波电流为评估对象，由于各类闪络故障发生机理不同，波形也会呈现不同的特征，因此，可以准确地判别因本体绝缘设计不足瓷柱式双断口断路器的闪络类型，有效避免误判，节省闪络故障分析时间，提高故障分析可靠性。

Description

一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法

技术领域

本发明涉及一种断路器技术领域，具体涉及220kV及以上T型双断口瓷柱式断路器由于本体绝缘设计问题造成的闪络故障的评估方法，该评估方法以故障录波电流为评估对象，由于各类闪络故障发生机理不同，波形也会呈现不同的特征，因此，通过提取故障电流的特征参数和波形特点可用来判别闪络故障的类别。

背景技术

断路器的闪络故障是指固体绝缘子周围的气体被击穿时，沿固体绝缘子表面放电的现象，闪络通道中的火花或电弧使绝缘表面局部过热造成炭化，损坏表面绝缘。一般来说，瓷柱式断路器的本体绝缘设计不足会引起闪络故障，比如在雨天、污秽或覆冰的情况下，瓷套的断口干弧距离配置和爬电距离不足引起外闪故障；交流滤波器用断路器的弧触头间的介质恢复强度低于电源测交流暂态恢复电压与负荷侧直流高压叠加的电应力，而发生重燃击穿；灭弧室中个存在金属异物造成触头对瓷套内壁的闪络故障等。闪络故障严重时可能造成灭弧室爆炸，导致周边设备受损，甚至威胁人身安全，影响正常供电，因此快速的判别闪络故障的类型，及时采取处理措施为及时恢复供电提供保障。

目前，对双断口瓷柱式断路器的闪络故障分析和故障类型的确定需要经过一系列的检查排查过程，其中包括一次部分现场排查和历次试验情况分析，二次部分的保护动作分析，必要时还需对故障断路器进行解体检查，过程复杂耗时。其次，缺少针对由本体绝缘设计问题引起的断路器闪络故障分析方面的数据库。

为此本发明专利提出一种通过提取故障电流波形特征参数及波形特点来进行区分闪络故障类型的评估方法，通过该系统能够快速有效的判别闪络故障类型，查找故障原因，采取有效的措施，通过该评估方法降低人为因素的影响，缩小故障分析范围和提高分析效率，提升设备运行的管理水平。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种针对220kV及以上瓷柱式断路器本体绝缘设计问题造成的闪络故障的评估方法，其以故障录波电流为评估对象，由于各类闪络故障发生机理不同，波形也会呈现不同的特征，因此，通过提取故障电流的特征参数和波形特点可用来判别闪络故障的类别。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，其包括以下步骤：

步骤1、通过故障滤波设备中故障电流波形提取故障电流波形特征数据，所述故障电流波形特征数据包括熄弧后至出现故障电流的时间t1、故障电流持续时间t2以及故障电流波形特点；

步骤2、根据故障电流波形特征数据判断闪络故障类型：

第一种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于400ms且不大于2000ms时，同时故障电流波形出现持续击穿电流时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的外闪；

第二种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于7ms且不大于9ms，故障电流持续时间t2小于等于2ms，同时故障电流波形出现高频单波峰、高频单波振荡峰以及高频振荡衰减中的任一种时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的重击穿内闪；

第三种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于10ms且不大于100ms时，同时故障电流波形出现多次燃弧熄弧后稳定于正常电流时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的对绝缘壁内部放电内闪；

当故障电流波形特征数据不属于上述三种情况的任一种时，则不属于因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的闪络故障。

所述第一种情况中还包括以下步骤：检查瓷柱式断路器瓷套表面的清洁情况，当瓷套表面有覆冰，则所述外闪为冰闪；当瓷套表面有雨水，则所述外闪为雨闪；当瓷套表面有污秽，则所述外闪为污闪。

所述第二种情况中：当故障电流波形出现高频单波峰、高频单波振荡峰以及高频振荡衰减时，对应的重击穿内闪类型分别是第一重击穿内闪、第二重击穿内闪、第三重击穿内闪。

进一步地，本发明可以建立与断路器各类闪络事故相关的典型故障电流的波形特征参量数据库、故障类型数据库、和故障原因分析及处理措施数据库3个数据库，通过这3个数据库形成评价系统的数据支持基础，关键部分是诊断评估分析：直接通过输入故障录波所提供的波形数据与数据库中特征波形的特征参量进行对比归类，形成评估结果，输出报告包含故障原因处理措施。系统还包含历史数据统计系统，通过记录收集每次经该评估方法闪络故障数据形成事例数据统计，方便使用者借鉴查询。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：通过该评估方法可以准确地判别因本体绝缘设计不足瓷柱式双断口断路器的闪络类型，有效避免误判，节省闪络故障分析时间，提高故障分析可靠性。

附图说明

图1是本发明一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障诊断系统的结构框图；

图2是本发明一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法的流程图；

图3是故障电流为击穿电流的典型波形；

图4是故障电流为高频单波峰的典型波形；

图5是故障电流为高频单波振荡峰的典型波形；

图6是故障电流为高频振荡衰减的典型波形；

图7是故障电流为多次燃弧熄弧后稳定于正常电流的典型波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，应用于对220kV及以上T型双断口瓷柱式断路器本体绝缘设计问题造成的闪络故障的评估，此处闪络主要是指双断口断路器外闪和内闪，其中外闪细分为雨闪、冰闪及污闪，内闪分为重击穿及对绝缘内壁内部放电内闪，对于重击穿内闪，根据处理措施不同，又分为第一重击穿内闪、第二重击穿内闪和第三重击穿内闪，分别对应故障电流波形出现高频单波峰、高频单波振荡峰以及高频振荡衰减。

为了评估和诊断220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障，在本发明较佳的实施例中，提供一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障诊断系统，如图1所示，其主要有输入单元、数据库单元、分析单元以及结果输入单元组成。其中：

输入单元：需提供的数据来源于故障录波设备中故障电流波形，提取的特征数据包括：1)故障断路器台账信息：断路器调度编号，相别，电压等级，断路器型号，生产厂家，投运时间；2)波形特征数据：断路器断开后出现故障电流的时间点(ms)，峰值电流大小(A)，持续时间长短(ms)，电流波形特点，瓷套表面清洁情况。

数据库单元：提供故障类型数据库、波形特征参量数据库以及故障原因分析及处理措施数据库，其中，故障类型数据库每个故障类型对应于故障原因分析及处理措施数据库中一个原因分析和处理措施。

分析单元，用于诊断分析评估：通过提取故障电流录波的特征数据与分类数据库中的特征参量进行对比归类分析，判断是否属于闪络故障以及闪络故障类型。

输出单元，用于评估结果的输出：评估结果以评估报告的形式输出，包括设备基本信息，闪络故障类型，可能产生该类故障的原因汇总，针对每个原因所能采取的有效措施。

特征波形是指在发生上述闪络时故障电流的波形特征参量，每一类闪络故障都有其特殊的波形，波形特征参量存于波形特征参量数据库，数据库内包含所有闪络故障的特征参量数据。这里的波形特征参量主要包括8种类型的闪络故障：

具体评估方法请参照图2所示，其包括以下步骤：

1、通过故障滤波设备中故障电流波形提取故障电流波形特征数据，所述故障电流波形特征数据包括熄弧后至出现故障电流的时间t1、故障电流持续时间t2、故障电流波形特点以及瓷套表面清洁情况。

2、将上述故障电流波形特征数据与波形特征参量数据库的特征参量进行对比，判断闪络故障类型：

其中，波形特征参量包括以下七种情形：

第一种情况：当熄弧(断路器断开)后至出现故障电流的时间t1不小于400ms且不大于2000ms时，故障电流波形出现持续击穿电流，同时瓷套表面有覆冰。提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为冰闪。

故障电流波形出现持续击穿电流的情况如图3所示，持续击穿电流的波形特征是持续时间长(大于2ms)，波峰波谷连续交替出现多次，且波峰值之间以及波谷值之间的差别均不大。

第二种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于400ms且不大于2000ms时，故障电流波形出现持续击穿电流，同时瓷套表面有雨水。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为雨闪。

第三种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于400ms且不大于2000ms时，故障电流波形出现持续击穿电流，同时瓷套表面有污秽。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为污闪。

第四种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于7ms且不大于9ms，故障电流持续时间t2小于等于2ms，同时故障电流波形出现高频单波峰。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为第一重击穿内闪。请参照图4所示，故障电流波形出现高频单波峰的波形特征是持续时间短(不大于2ms)，出现至少连续两个波峰，两个波峰之间无零点电流，且两个波峰值相差较大。

第五种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于7ms且不大于9ms，故障电流持续时间t2小于等于2ms，同时故障电流波形出现高频单波振荡峰。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为第二重击穿内闪。请参照图5所示，故障电流波形出现高频单波振荡峰的波形特征是持续时间短(不大于2ms)，出现一个波峰，该波峰后电流回到零点。

第六种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于7ms且不大于9ms，故障电流持续时间t2小于等于2ms，同时故障电流波形出现高频振荡衰减。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为第三重击穿内闪。请参照图6所示，故障电流波形出现高频振荡衰减的波形特征是持续时间短(不大于2ms)，波峰波谷连续交替出现多次，且波峰值和波谷值均逐渐减小。

第七种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于10ms且不大于100ms时，同时故障电流波形出多次燃弧熄弧后稳定于正常电流。

提取故障电流波形特征数据如果在此种情况下，则故障类型判断为对绝缘内壁内部放电内闪。请参照图7所示，故障电流波形出现多次燃弧熄弧后稳定于正常电流的波形特征为故障电流持续时间不确定，出现多次燃弧熄弧(图7虚框部分)。

如果不属于上述7种情况，如果该220kV及以上T型双断口瓷柱式断路器出现闪络故障，则不属于本体绝缘设计问题造成的闪络故障，不在本发明的研究范围内。

该方法通过评估方法所提供的闪络故障电流波形特征数据库和数据评估方法可快速判别断路器闪络故障类型，并根据评估结果定向查找该类故障产生的原因及时采取处理措施，节省故障分析时间，减少误判。

以图4为闪络故障的故障电流波形为例对本发明的保护范围进行解释和说明，其诊断主要分为以下几个步骤：

1、特征数据提取。

从故障录波中截取图4所示的故障电流波形，提取的故障电流波形特征：熄弧后出现故障电流的时间(8ms)，故障电流持续时间(0.3ms)，故障电流波形(高频单波峰)，电流峰值(2000A)，瓷套表面清洁情况(清洁)。

2、数据输入

数据输入包括表1所示的故障断路器台账信息以及表2所示的故障电流波形特征：

表1故障断路器台账信息

表2故障信息

3、诊断评估分析

根据表2提供数据，与波形特征参量数据库进行比对，得出该故障波形数据该故障属于本体绝缘设计引起的闪络故障，并且是内闪中的第一重击穿内闪。

4、结果输出，类型，原因及措施

报告内容：包括内容包括故障断路器信息、故障评估结论、原因分析以及处理措施。其中，故障断路器信息为故障断路器台账信息的输出，如表3所示；故障评估结论是通过步骤3得到后输出，原因分析以及处理措施根据故障评估结论对应的故障类型在故障原因分析及处理措施数据库查找后输出。

表3故障断路器信息

故障评估结论：内闪中的重击穿类型1

引起该故障的原因为：弧触头间出现幅值较高的瞬态恢复电压，同时，由于断路器承受交直流混合电压，均压电容不能有效均匀两个断口的直流电压分配，在熄弧后7ms-9ms，弧触头间的介质恢复强度可能低于电源测交流暂态恢复电压与负荷侧直流高压叠加的电应力，而发生重燃。

处理措施：1、在断路器原SF₆额定气体压力提高0.1～0.2MPa，提高断路器灭弧室内绝缘水平，可以有效防止断路器发生重击穿。2、投入选相分闸装置，有效控制断路器燃弧时间，避免重击穿。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或应用，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (3)

1.一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、通过故障滤波设备中故障电流波形提取故障电流波形特征数据，所述故障电流波形特征数据包括熄弧后至出现故障电流的时间t1、故障电流持续时间t2以及故障电流波形特点；

步骤2、根据故障电流波形特征数据判断闪络故障类型：

第一种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于400ms且不大于2000ms时，同时故障电流波形出现持续击穿电流时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的外闪；

第二种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于7ms且不大于9ms，故障电流持续时间t2小于等于2ms，同时故障电流波形出现高频单波峰、高频单波振荡峰以及高频振荡衰减中的任一种时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的重击穿内闪；

第三种情况：当熄弧后至出现故障电流的时间t1不小于10ms且不大于100ms时，同时故障电流波形出现多次燃弧熄弧后稳定于正常电流时，则闪络故障为因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的对绝缘壁内部放电内闪；

当故障电流波形特征数据不属于上述三种情况的任一种时，则不属于因瓷柱式断路器本体绝缘设计引起的闪络故障。

2.根据权利要求1所述的220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，其特征在于，所述第一种情况中还包括以下步骤：检查瓷柱式断路器瓷套表面的清洁情况，当瓷套表面有覆冰，则所述外闪为冰闪；当瓷套表面有雨水，则所述外闪为雨闪；当瓷套表面有污秽，则所述外闪为污闪。

3.根据权利要求1所述的220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法，其特征在于，所述第二种情况中：当故障电流波形出现高频单波峰、高频单波振荡峰以及高频振荡衰减时，对应的重击穿内闪类型分别是第一重击穿内闪、第二重击穿内闪、第三重击穿内闪。