CN108459269A - 一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法与装置 - Google Patents

一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法与装置 Download PDF

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Abstract

一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法和装置，所述方法通过获取开关直接状态量和间接状态量，融合柱上真空开关状态量，构建柱上真空开关状态评价数学模型，实现对柱上真空开关健康状态在线监测及状态评价。一种10kV柱上真空开关状态在线评价装置，包括柱上真空开关在线监测终端FTU和在线监测主站；监测主站通过无线公网或光纤与监测终端连接；FTU包括温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块、电源模块、微处理器、通信模块。本发明中的柱上真空开关状态量均可通过在线评价装置在线获取，并引入了设备历史状态信息，考虑缺陷修复系数及寿命系数，评价数学模型更符合实际运维情况要求，提高了开关状态评价的准确性。

Description

一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法与装置
技术领域
本发明涉及一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法与装置，属电力开关技术领域。
背景技术
传统的计划性检修或预防性检修需要对电网进行分区的停电,从而进行电气设备的检修这会造成较大的浪费,提高检修成本。《配网设备状态检修试验规程》(Q/GDW 643-2011)、《配网设备状态检修导则》(Q/GDW 644-2011)、《配网设备状态评价导则》(Q/GDW645-2011)对提出了10kV柱上真空开关状态量和评价方法，状态量是直接或间接表征设备状况的各种技术指标、性能和运行情况等参数的总称,用来反应设备的技术性能。当状态量发生变化时,将状态量的变化程度进行量化,可获知设备相应性能或运行情况变化的程度。再根据状态量本身对于设备的安全运行的影响程度,制定相应的检修检修策略，但该方法主要依靠定期巡视、带电检测、例行试验等数据进行定期评价或动态评价，因例行试验、定期巡视开展的时间较长，其状态量获取难的问题将造成设备健康状态研判延缓。而随着当今计算机水平的高速发展，传感技术、通信技术、图形处理的技术有了显著的提高，信息融合与可视化技术在数据分析与数据挖掘领域得到了广泛的应用。
因此，在现有的柱上真空开关在线评价基础上，可利用高精度、敏感的传感和可视化技术对10kV柱上真空开关进行在线监测，通过对装置上传的海量数据进行深度分析，构建多维度的10kV柱上真空开关评价体系，以便高效的开展柱上真空开关在线状态评级及对应的故障抢修策略，提高了设备工作的可靠性和工作寿命，减少停电时间。
发明内容
本发明的目的是，为了精准的掌控10kV柱上真空开关健康状况，及时发现缺陷或隐患，避免造成设备损坏、人身触电伤亡、用户停电等事件，本发明公开一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法与装置。
本发明的技术方案如下，一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，所述方法通过获取开关直接和间接状态量，融合柱上真空开关状态量，构建柱上真空开关状态评价数学模型，实现对柱上真空开关健康状态在线监测及状态评价。
所述直接状态量包括开关本体与导线连接头之间的温度、雷电参数状态量、FTU电池的温度状态量、FTU与主站通信状态量、互感器状态量、FTU电池电压状态量、开关分合闸状态量、分闸时间状态量、开关开断特性状态量、开关拒动状态量、开关误动状态量11个评价因子。
所述间接状态量为运行年限、缺陷或故障引起的检修状态量；所述间接状态量为设备历史数据，所述设备历史数据来源于生产管理系统。
所述柱上真空开关状态评价数学模型为：
其中，M为设备的状态评价得分值；Mi为第i个开关状态量最终计分；M0＝100KTXf，Xf为修复系数，KT＝(100-0.5Y)/100，Y表示运行年限。
所述开关本体与导线连接头之间温度是由测温传感器在线实时测量，接头温度测量值通过ZigBee无线传感器通信模块与FTU设备进行通信。
所述直接状态量评分方法如下：
所述雷电参数状态量评分方法为：
通过雷电定位采集柱上真空开关杆塔雷电流幅值大小I、雷击点距杆塔距离S，计算直击雷或感应过电压权重15分；
根据过电压值进行分析：(1)U0≤85kV，15分；(2)85＜U0≤140kV，10分；(3)U0＞140kV，每增加1kV扣0.1分，扣完为止；雷电参数状态量最终计分为M1。
所述FTU电池的温度状态量评分方法为：
实时采集FTU电池内部温度，权重10分；
根据实际情况进行分析：(1)-25.0℃～55.0℃，10分；(2)55.1℃～64.9℃或-25.1℃～-34.9℃，8分；(3)65℃～69.999℃或-35.1℃～-39.9℃，4分；(4)70℃以上或-40℃以下，0分；FTU电池的温度状态量最终计分为M2。
所述FTU与主站通信状态量评分方法为：
根据柱上真空开关时间判断其通信状态，权重10分；当前服务器时间与柱上真空开关时间差值的绝对值在15分钟之内时，表示柱上真空开关通信正常，否则为异常；正常情况下得10分，异常不得分；通信状态量最终计分为M3。
所述互感器状态量评分方法为：
根据电流电压是否正常来评判互感器测量，当电流的三相不平衡度＜10％，在非接地情况下，电压处于5.5至6.5kV时，互感器测量正常，否则为异常；互感器测量权重为10分，其中电流电压分别各占5分，正常得5分、异常0分；互感器状态量最终计分为M4。
所述开关分合闸状态量评分方法为：
精确判断开关分合闸状态，分闸情况下，电流值＜3A时为正常，否则为异常；合闸状态下，电流值>3A时为正常，否则为异常；分合闸状态权重10分，正常情况得10分，异常不得分；分合闸状态量最终计分为M5。
所述FTU电池电压状态量评分方法为：
根据FTU电池的真实电压Ubat状态进行评估，权重20分；(1)Ubat>＝26V时，20分；(2)Ubat＜21V时，0分；(3)21V＜＝Ubat＜26V时，每下降0.1V扣0.4分；FTU电池电压状态量最终计分为M6。
所述分闸时间状态量评分方法为：
以开关分闸时间T评估开关性能，权重10分。具体情况为：(1)T＜30ms，10分；(2)30ms＜＝T＜50ms，6分；(3)50ms＜＝T＜100ms，2分；(4)T>＝100ms，0分；分合闸时间状态量最终计分为M7。
所述开关开断特性状态量评分方法为：
以断路器的故障分合次数N和故障电流E为依据，采取扣分制的方式；具体情况为：(1)0＜E＜5000A时，扣分1/10000*N*40；(2)5000A＜＝E＜10000A时，扣分1/1000*N*40；(3)10000A＜＝E＜16000A时，扣分1/100*N*40；(4)E>＝16000A且N＜30时，扣分1/20*N*40；(5)累计E>＝10000A的次数N大于30，扣分40；开断特性状态量最终计分为M8。
所述开关本体与导线连接头之间的温度评分方法为：
以单相连接点温度值和相间温度差为依据，采取扣分制的方式：(1)单相温度值≤75℃，不扣分；单相温度值＞75℃，扣10分；单相温度值＞80℃，扣20分；单相温度值＞90℃，扣40分。(2)相间温度差δ小于10k，不扣分；10≤δ＜40，扣δ-10分；δ≥40，扣40分；合计取两项扣分中的较大值，开关与导线连接线温度状态量最终计分为M9。
所述开关拒动状态量评分方法为：
统计装置的开关拒动次数，采取扣分制的方式。当故障SOE上传后，没有对应的分闸SOE则判定为开关拒动，开关拒动每次扣10分，同一天累计次数超过2次，扣40分，且算1次危急缺陷。开关拒动状态量最终计分为M10。
所述开关误动状态量评分方法为：统计装置的开关误动次数，采取扣分制的方式；当开关上传分闸SOE报文，没有对应的过流保护及调度人员操作则判定为开关误动，开关误动每次扣10分，同一天累计次数超过2次，扣40分，且算1次危急缺陷；开关误动状态量最终计分为M11。
所述运行年限、缺陷或故障引起的检修状态量评分方法为：
以柱上真空开关的运行年限和故障检修次数为因子，引入寿命系数KT及修复系数XF，若故障或缺陷部件修复如新可认为故障或缺陷基本排除,部件健康状态可恢复至较高水准；若部件修复如旧则认为故障或缺陷的隐患未完全排除,但健康状态会明显好于未修复时的状态，设备的状态评价基础分值M将适度减少。
所述缺陷进行分类，将一般Lev＝0、严重Lev＝1、紧急Lev＝2，XF＝0表示修复如新、XF＝1表示修复一般、XF＝2表示未修复，修复系数表示为Xf；
KT＝(100-0.5*Y)/100，其中Y表示运行年限；缺陷后的基础分为M0＝100*KT*Xf。
一种10kV柱上真空开关状态在线评价装置包括柱上真空开关在线监测终端(以下简称FTU)和在线监测主站；监测主站通过无线公网或光纤与监测终端连接。
所述FTU包括温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块、电源模块、微处理器、通信模块；温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块分别通过A/D转换器接入微处理器的输入端；微处理器的输出端接通信模块；电源模块连接微处理器并向其供电；温度传感器分别安装于FTU壳体内部、开关本体与导线连接头之间，监测FTU及接触点之间的温度；电压、电流采集模块分别测量开关本体电源侧线路电压和本体出线侧三相电流，监测线路正常或异常情况下电压和电流。
本发明的有益效果是，本发明中的柱上真空开关状态量均可通过10kV柱上柱上真空开关状态在线评价方法在线获取，并引入了设备历史状态信息，考虑了缺陷修复系数及寿命系数，评价数学模型更符合实际运维情况要求，提高了开关状态评价的准确性。
附图说明
图1为本发明10kV柱上真空开关状态在线评价装置构成图
图2为本发明10kV柱上真空开关状态在线评价流程图；
图3为本发明10kV柱上真空开关连接点温度测量点示意图；
图中，1为设备连接线夹；2为开关接线头；3为开关与FTU连接电缆；4为FTU；5为开关本体；6为温度测量区域。
具体实施方式
本实施例一种10kV柱上真空开关状态在线评价装置如图1所示。
本实施例一种10kV柱上真空开关状态在线评价装置包括柱上真空开关在线监测终端(以下简称FTU)和在线监测主站；监测主站通过无线公网或光纤与监测终端连接。
本实施例中的FTU包括温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块、电源模块、微处理器、通信模块；温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块分别通过A/D转换器接入微处理器的输入端；微处理器的输出端接通信模块；电源模块连接微处理器并向其供电；温度传感器分别安装于FTU壳体内部、开关本体与导线连接头之间，监测FTU及接触点之间的温度；电压、电流采集模块分别测量开关本体电源侧线路电压和本体出线侧三相电流，监测线路正常或异常情况下电压和电流。
本实施例一种基于多源数据的10kV柱上真空开关状态在线评价方法流程如图2所示。
一种基于多源数据的10kV柱上真空开关状态在线评价方法，所述方法通过融合柱上真空开关状态量，构建柱上真空开关状态评价数学模型，实现对柱上真空开关健康状态在线监测及状态评价。
所述柱上真空开关状态评价数学模型为：
其中，M为设备的状态评价得分值；Mi为第i个柱上真空开关状态量最终计分；M0＝100KTXf，Xf为修复系数，KT＝(100-0.5Y)/100，Y表示运行年限。
所述10kV柱上真空开关状态量包括雷电参数状态量，FTU电池的温度状态量，通信状态量，互感器状态量，FTU电池电压状态量，开关分合闸状态量，分闸时间状态量，开断特性状态量，开关拒动状态量，开关误动状态量以及运行年限、缺陷或故障引起的检修状态。
其中，属于实时运行情况包括雷电参数状态量，FTU电池的温度状态量，通信状态量，互感器状态量，FTU电池电压状态量，开关分合闸状态量和分闸时间状态量。
属于扣分特性情况包括开断特性状态量，开关拒动状态量和开关误动状态量。
基于对上述状态量的评分，能对柱上真空开关运行状态进行评估分级：
1级：正常状态，85≤M≤100，设备运行数据稳定，所有电参量符合标准；
2级：注意状态，75≤M＜85分，设备的一个主电参量接近标准限值或超过注意值，或几个辅助电参量不符合标准，但不影响设备运行；
3级：异常状态，60≤M＜75分，设备的几个主电参量超过标堆限值，或一个主电参量超过标准限值并几个辅助电参量明显异常，已影响设备的性能指标或可能发展成重大异常状态，设备仍能继续运行；
4级：严重状态，M＜60分以下，设备的一个或几个电参量严重超出标准或严重异常，设备只能短期运行或立即停役。
图3为本实施例10kV柱上真空开关连接点温度测量点示意图。
数据采集装置自动采集10kV柱上真空开关各种运行状态数据及历史文本检修记录(故障或缺陷引起)，并按状态评分归类，输入状态评估模型。
在线监测量包括雷电参数、FTU及接头温度、通信状态、分合闸状态、测量单元状态、电池电压、开断特性、开关误动和开关拒动等。
历史文本监测量包括缺陷或故障部位、缺陷或故障等级、修复程度、运行年限、检修次数等。
在线监测量输入状态量计算数学模型，计算各自状态量最终分值，再输入开关状态评价数学模型，状态评价模型根据各类状态量重要程度进行评分，按照柱上真空开关状态评价数学模型确定最终分值，并进行评价分级。根据评价分级情况提供柱上真空开关的检修信息，进行设备检修；根据评价分级情况提供的运行状态信息，对运行状态及时进行调整及修复程度，再重新进行状态评价。

Claims (8)

1.一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述方法通过获取开关直接状态量和间接状态量，融合柱上真空开关状态量，构建柱上真空开关状态评价数学模型，实现对柱上真空开关健康状态在线监测及状态评价。
2.根据权利要求1所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述直接状态量包括开关与导线连接温度、雷电参数状态量、FTU电池的温度状态量、FTU与主站通信状态量、互感器状态量、FTU电池电压状态量、开关分合闸状态量、分闸时间状态量、开关开断特性状态量、开关拒动状态量、开关误动状态量11个评价因子。
3.根据权利要求1所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述间接状态量为运行年限、缺陷或故障引起的检修状态量；所述间接状态量为设备历史数据，所述设备历史数据来源于生产管理系统。
4.根据权利要求1所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述柱上真空开关状态评价数学模型为：
其中，M为设备的状态评价得分值；Mi为第i个开关状态量最终计分；M0＝100KTXf，Xf为修复系数，KT＝(100-0.5Y)/100，Y表示运行年限。
5.根据权利要求1所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述开关本体与导线连接头之间温度是由测温传感器在线实时测量，接头温度测量值通过ZigBee无线传感器通信模块与FTU设备进行通信。
6.根据权利要求2所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述雷电参数状态量评分方法为：
通过雷电定位采集柱上真空开关杆塔雷电流幅值大小I、雷击点距杆塔距离S，计算直击雷或感应过电压权重15分；
根据过电压值进行分析：(1)U0≤85kV，15分；(2)85＜U0≤140kV，10分；(3)U0＞140kV，每增加1kV扣0.1分，扣完为止；雷电参数状态量最终计分为M1；
所述FTU电池的温度状态量评分方法为：
实时采集FTU电池内部温度，权重10分；
根据实际情况进行分析：(1)-25.0℃～55.0℃，10分；(2)55.1℃～64.9℃或-25.1℃～-34.9℃，8分；(3)65℃～69.999℃或-35.1℃～-39.9℃，4分；(4)70℃以上或-40℃以下，0分；FTU电池的温度状态量最终计分为M2；
所述FTU与主站通信状态量评分方法为：
根据装置时间判断其通信状态，权重10分；当前服务器时间与装置时间差值的绝对值在15分钟之内时，表示装置通信正常，否则为异常；正常情况下得10分，异常不得分；通信状态量最终计分为M3；
所述互感器状态量评分方法为：
根据电流电压是否正常来评判互感器测量，当电流的三相不平衡度＜10％，在非接地情况下，电压处于5.5至6.5kV时，互感器测量正常，否则为异常；互感器测量权重为10分，其中电流电压分别各占5分，正常得5分、异常0分；互感器状态量最终计分为M4；
所述开关分合闸状态量评分方法为：
精确判断开关分合闸状态，分闸情况下，电流值＜3A时为正常，否则为异常；合闸状态下，电流值>3A时为正常，否则为异常；分合闸状态权重10分，正常情况得10分，异常不得分；分合闸状态量最终计分为M5；
所述FTU电池电压状态量评分方法为：
根据FTU电池的真实电压Ubat状态进行评估，权重20分；(1)Ubat>＝26V时，20分；(2)Ubat＜21V时，0分；(3)21V＜＝Ubat＜26V时，每下降0.1V扣0.4分；FTU电池电压状态量最终计分为M6；
所述分闸时间状态量评分方法为：
以开关分闸时间T评估开关性能，权重10分。具体情况为：(1)T＜30ms，10分；(2)30ms＜＝T＜50ms，6分；(3)50ms＜＝T＜100ms，2分；(4)T>＝100ms，0分；分合闸时间状态量最终计分为M7；
所述开关开断特性状态量评分方法为：
以断路器的故障分合次数N和故障电流E为依据，采取扣分制的方式；具体情况为：(1)0＜E＜5000A时，扣分1/10000*N*40；(2)5000A＜＝E＜10000A时，扣分1/1000*N*40；(3)10000A＜＝E＜16000A时，扣分1/100*N*40；(4)E>＝16000A且N＜30时，扣分1/20*N*40；(5)累计E>＝10000A的次数N大于30，扣分40；开断特性状态量最终计分为M8；
所述开关与导线连接线温度评分方法为：
以单相连接点温度值和相间温度差为依据，采取扣分制的方式：(1)单相温度值≤75℃，不扣分；单相温度值＞75℃，扣10分；＞80℃，扣20分；＞90℃，扣40分。(2)相间温度差δ小于10k，不扣分；10≤δ＜40，扣δ-10分；δ≥40，扣40分；合计取两项扣分中的较大值，开关与导线连接线温度状态量最终计分为M9；
所述开关拒动状态量评分方法为：
统计装置的开关拒动次数，采取扣分制的方式。当故障SOE上传后，没有对应的分闸SOE则判定为开关拒动，开关拒动每次扣10分，同一天累计次数超过2次，扣40分，且算1次危急缺陷。开关拒动状态量最终计分为M10；
所述开关误动状态量评分方法为：统计装置的开关误动次数，采取扣分制的方式；当开关上传分闸SOE报文，没有对应的过流保护及调度人员操作则判定为开关误动，开关误动每次扣10分，同一天累计次数超过2次，扣40分，且算1次危急缺陷；开关误动状态量最终计分为M11。
7.根据权利要求3所述的一种10kV柱上真空开关状态在线评价方法，其特征在于，所述运行年限、缺陷或故障引起的检修状态量评分方法为：
以装置的运行年限和故障检修次数为因子，引入寿命系数KT及修复系数XF，若故障或缺陷部件修复如新可认为故障或缺陷基本排除,部件健康状态可恢复至较高水准；若部件修复如旧则认为故障或缺陷的隐患未完全排除,但健康状态会明显好于未修复时的状态，设备的状态评价基础分值M将适度减少；
所述缺陷进行分类，将一般Lev＝0、严重Lev＝1、紧急Lev＝2，XF＝0表示修复如新、XF＝1表示修复一般、XF＝2表示未修复，修复系数表示为Xf；
KT＝(100-0.5*Y)/100，其中Y表示运行年限；缺陷后的基础分为M0＝100*KT*Xf。
8.一种10kV柱上真空开关状态在线评价装置，其特征在于，所述装置包括柱上真空开关在线监测终端和在线监测主站；监测主站通过无线公网或光纤与监测终端连接；
所述柱上真空开关在线监测终端包括温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块、电源模块、微处理器、通信模块；温度传感器、电压采集模块、电流采集模块、开关运行状态管理模块分别通过A/D转换器接入微处理器的输入端；微处理器的输出端接通信模块；电源模块连接微处理器并向其供电；温度传感器分别安装于柱上真空开关在线监测终端壳体内部、开关本体与导线连接头之间，监测柱上真空开关在线监测终端及接触点之间的温度；电压、电流采集模块分别测量开关本体电源侧线路电压和本体出线侧三相电流，监测线路正常或异常情况下电压和电流。
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