CN108647479B - 一种避雷器故障暂态波形诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避雷器故障暂态波形诊断方法及装置。本发明构建避雷器故障仿真模型并进行仿真试验，当互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值时，表明互感器模型的仿真结果真实性高，此时若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则说明二次侧的仿真电压波形发生了变形，获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，如果两者皆小于设计值，则避雷器故障类型为避雷器缺陷故障，否则避雷器故障类型为避雷器选型故障，解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力故障分析技术领域，尤其涉及一种避雷器故障暂态波形诊断方法及装置。
背景技术
电力系统由于雷击和设备故障导致跳闸停电和设备损坏等情况时有发生，容易造成巨大的经济损失，因此，有必要针对具体的故障分析起因并提出修改意见。
避雷器是电力系统防雷保护的主要设备，对避雷器在故障中行为特性进行分析不但涉及到故障中其保护范围和绝缘配合是否满足要求，也涉及到避雷器本身设备结构设计、运行状态和能量吸收情况是否正常，从而对其故障原因进行分析和判断。
故障发生期间电网运行波形由故障录波装置进行记录，是故障分析的第一手资料。然而，故障录波装置的主要功能是为继电保护运行和设备自动投切设置提供测试波形，不能反映过电压领域所关心的内容，其原因主要为两个方面：一是故障录波装置的采样率仅为3至5kHZ，既能覆盖内部过电压范围的部分频率范围，不能囊括雷电冲击过电压的过程；二是为故障录波装置采集信号的互感器存在传变特性，在非工频情况下难以如实反映电网电压。基于上述原因，导致通过故障录波波形分析和判断避雷器故障时，需考虑其作为唯一的故障过程记录资料的重要性，同时又必须考虑波形信息的不准确性。
目前对故障录波波形进行故障分析往往只能根据经验得出典型波形特性和电压峰值等基本信息，对于其准确性以及传变过程失真的影响程度，既能进行基础性趋势判断，无法验证获取数据的真实性，为故障原因的查找带来了极大困难。
由于电网设备造价极高，且停电维护及检测成本大，如果不能通过故障录波波形分析出故障原因，则需要采用现场停电安装检测装置的方法进行故障分析，试验难度大，周期长，且存在安全隐患。
因此，导致了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种避雷器故障暂态波形诊断方法及装置，解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
本发明提供了一种避雷器故障暂态波形诊断方法，包括：
S1：构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
S2：若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则执行步骤 S3；
S3：获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则避雷器故障为避雷器缺陷故障，若否，则避雷器故障为避雷器选型故障。
优选地，步骤S1具体包括：
S11：根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型；
S12：根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型；
S13：根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型；
S14：根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型；
S15：组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型；
S16：根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形。
优选地，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
优选地，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
本发明提供了一种避雷器故障暂态波形诊断装置，包括：
建模仿真单元，用于构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
失真判断单元，用于若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则触发故障判断单元；
故障判断单元，用于获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则避雷器故障为避雷器缺陷故障，若否，则避雷器故障为避雷器选型故障。
优选地，建模仿真单元具体包括：
互感器子单元，用于根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型；
避雷器子单元，用于根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型；
环境子单元，用于根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型；
雷击子单元，用于根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型；
组合子单元，用于组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型；
仿真子单元，用于根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形。
优选地，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
优选地，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法中，构建与真实避雷器故障环境一致的避雷器故障仿真模型，对该模型进行仿真试验，当互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值时，表明互感器模型的仿真结果真实性高，此时若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则说明二次侧的仿真电压波形发生了变形，需进行进一步判断，此时获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，如果两者皆小于设计值，则说明避雷器自身存在缺陷，故障类型为避雷器缺陷故障，否则说明避雷器选型错误，故障类型为避雷器选型故障。
通过本发明的方法可以判断故障录波的波形是否发生变形，并对变形后的波形进行分析具体故障原因，解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断装置的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种互感器模型的拓扑图；
图5为本发明实施例提供的一种互感器的励磁特性曲线；
图6为本发明实施例提供的一种CVT模型的拓扑图；
图7为本发明实施例提供的一种系统单侧电源等效模型的拓扑图；
图8为本发明实施例提供的一种雷电流发生模型的拓扑图；
图9为本发明实施例提供的一种故障接地电弧模型示意图；
图10为本发明实施例提供的一种波形峰值失真示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种避雷器故障暂态波形诊断方法及装置，解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种避雷器故障暂态波形诊断方法的一个实施例，包括：
步骤101：构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
需要说明的是，构建避雷器故障仿真模型，在仿真软件上对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真还原，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形。
步骤102：若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则执行步骤103；
需要说明的是，若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值，则说明互感器模型的二次侧的仿真电压波形和故障录波装置收集到的实测电压波形一直，仿真的真实性高。
此时，若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则说明因为互感器的传变特性导致互感器模型的二次侧的仿真电压波形存在变形，需要对其进一步分析。
如果互感器模型的二次侧的仿真电压波形未变形，则可以直接根据经验波形对二次侧的仿真电压波形进行分析判断故障发生原因。
步骤103：获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则执行步骤104，若否，则执行步骤105；
需要说明的是，当互感器模型的二次侧的仿真电压波形存在变形时，需要获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形进行故障分析。
根据仿真电流波形可获取冲击电流最大幅值，同时对故障暂态过程中仿真电流波形进行积分可计算得到通流能量总值。
判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则说明本次雷电冲击无论是瞬时电流还是通流能量均为超出设计值，故障原因是避雷器自身存在缺陷导致的故障，执行步骤104输出故障结论。
若否，则说明本次避雷器故障是因为选型不合适导致的，执行步骤105 输出故障结论。
步骤104：避雷器故障为避雷器缺陷故障；
步骤105：避雷器故障为避雷器选型故障。
本实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法中，构建与真实避雷器故障环境一致的避雷器故障仿真模型，对该模型进行仿真试验，当互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值时，表明互感器模型的仿真结果真实性高，此时若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则说明二次侧的仿真电压波形发生了变形，需进行进一步判断，此时获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，如果两者皆小于设计值，则说明避雷器自身存在缺陷，故障类型为避雷器缺陷故障，否则说明避雷器选型错误，故障类型为避雷器选型故障。
通过本实施例的方法可以判断故障录波的波形是否发生变形，并对变形后的波形进行分析具体故障原因，解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
以上为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法的一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法的另一个实施例。
请参阅图2以及图4至图10，本发明实施例提供了一种避雷器故障暂态波形诊断方法的另一个实施例，包括：
步骤201：根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型；
需要说明的是，互感器根据结构形式的区别主要分为两种：电磁式电压互感器(PT)和电容式电压互感器(CVT)。
互感器作为故障录波装置的前端信号采集装置，主要用于稳态或暂态工频电压的判断，在过电压的幅值和频率下可能出现饱和，从而导致二次波形的失真，因此在构建互感器模型时必须考虑导致互感器传变特性失真的相关构件，并考虑不同频率暂态过电压下的特性对其进行等效。
如图4所示，典型互感器模型包含四个部分：分压单元1、绕组特性单元 2、励磁特性单元3和负载单元4，其中C1为高压电容，C2为中压电容，R1和L1分别为中间变压器一次绕组等效电感和电阻，R2、R3、L2和L3分别为中间变压器二次绕组等效电感和电阻，Ri和Li分别为补偿电抗器等效电感和电阻，Zm和Lm分别为中间变压器激磁等效电感和电阻，RZ和LZ分别为速报和电抗器等效电感和电阻，RL和LL分别为负载单元等效电感和电阻，U2a和U2f分别为对应节点的电位。
其中励磁特性单元3需要反映互感器的励磁饱和特性，互感器的铁芯磁链和电压幅值及频率关系如下：
其中，
为互感器的铁芯磁链，U为互感器的电压，f为互感器的频率。
励磁特性单元3根据其传递特性，不再简单地认为二次侧的电压与一次侧的电压成比例降低，而是需要综合考虑励磁饱和特性的影响。
首先根据实际运行过电压水平，考虑电压范围(例如对于500kV系统选取0～2p.u.)，并根据互感器空载电压出厂试验参数计算互感器的励磁特性曲线(例如图5)，根据互感器的励磁特性，采用电磁仿真软件中提供的非线性电感(例如ATP-EMTP软件的非线性电感TYPE92)对其进行模拟。
考虑一下互感器物理特性对其传递特性中的分压单元1、绕组特性单元2 (铜耗以及漏感)和负载单元4三个单元进行模拟：
1、考虑一次绕组、二次绕组以及符合的等效电阻和电感，根据互感器出厂实测阐述对其铜耗以及漏感进行表征；
2、对于CVT，在物理结构上其一次电压首先通过分压电容进行分压，采用分压电容对分压单元1进行模拟；
3、考虑速饱和电抗器的饱和特性，补偿电抗器有气隙，等效为线性电感，负载单元根据互感器额定负载以及橡胶采用集中参数电感和电阻进行模拟。
根据以上互感器物理特性可采用电磁暂态软件(例如ATP-EMTP软件) 建立起等效的互感器模型(信号采集单元模型)，将构建的互感器模型封装，并对其二次侧输出进行检测，即成为了避雷器故障仿真模型的信号采集单元。
某典型CVT模型结构如图6所示，其中，C31和C32为分压电容，R31 和L31分别为一次绕组的直流电阻和等值漏感，R32和L32分别为归算到一次侧的主二次绕组的直流电阻和等值漏感，R33和L33分别为归算到一次侧的辅助二次绕组的直流电阻和等值漏感，R3m和L3m分别为励磁回路的等值电阻和非线性等值电感，R3i和L3i分别为补偿电抗器的直流电阻和电感，R3Z 和L3Z分别为阻尼电阻和速饱和电抗器的等值非线性电感，R3L和L3L分别为二次绕组的负载等效电阻和电感，U3为对应节点的电位。
其参数可以用下表1所示：
表1.CVT传变特性特征参数表
通过以上四个单元的模拟，可以反映出故障录波采样环节的传变特性失真情况。
步骤202：根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型；
需要说明的是，避雷器作为系统的保护元件，为邻近设备提供防雷保护同时，其流过最大电流值以及吸收暂态能量的能力也受到自身特性的制约。
如果某系统采用的互感器参数与系统特性不匹配，或外部扰动对系统的影响超出设计值，则可能导致避雷器故障，如果经过评估外部系统件满足避雷器设计要求，则可以推断避雷器故障是由产品本身质量缺陷或工艺问题引起。
根据避雷器物理性质及试验数据可得出其伏安特性曲线构建避雷器模型，避雷器实际特性参数可由两项试验获得：1、直流参考电压试验；2、雷电冲击放电电压试验。
基于电阻片直流参考电压实测报告提取避雷器单元或阀片的参考电压特征量和避雷器单元或阀片的参考电压特征量。
实测物理参数通过直流参考电压试验以及雷电冲击放电电压试验进行。例如某实测典型避雷器特性如表2所示：
表2.避雷器V-I对应关系表
| I/kA | 0.001 | 0.01 | 0.1 | 0.2 | 0.38 | 0.65 | 1.11 | 1.5 | 2.0 | 2.8 | 200 |
| V/p.u. | 1.10 | 1.60 | 1.70 | 1.74 | 1.78 | 1.82 | 1.85 | 1.88 | 1.91 | 1.95 | 3.20 |
步骤203：根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型；
需要说明的是，系统参数对避雷器在故障期间的行为特性有直接影响，因此对避雷器故障原因进行分析时必须了解避雷器所处的系统稳态参数，并构建系统环境模型。
由于电力系统比较复杂，模拟系统计算量过大会导致运行速度下降，因此只需要考虑对避雷器有影响的局部系统进行详细建模。
对于邻近系统可采用电源及其内阻抗进行模拟，系统等效电源参数中需要提取的量主要包括：系统特性电源等效电压，系统具体故障位置短路电流、零序阻抗，该三部分构成系统单侧电源等效模型，如图7所示，其中R41至 R44为电阻，L41至L48为电感，各器件的具体取值根据系统等效电源参数进行确定。
其中由短路容量得出正序短路阻抗公式如下：
其中，L1为系统等效正序电感(mH)，S″是断路容量(MVA)，Ue是电网或发电机回路的额定线电压(kV)。
零序阻抗由运行部门提供，在无法获得的情况下，对于中性点接地系统，其零序电感L0取1～3倍L1。
线路故障器件负荷根据线路不同采用两种方法：对于单侧电源线路，负荷采用阻抗模拟，阻抗值根据容量进行计算，并可以通过系统投运并测量负荷电流的方法进行检测和核对。
对于双侧电源线路，阻抗值通过线路两侧电压值和线路阻抗对两侧电源摆开角进行计算，计算公式如下：
其中，ES为线路首段电源幅值(kV)，ER为线路尾段电源幅值(kV)，X 为线路等效阻抗(Ω)，δ为线路两侧电源相位摆开角(度)。
计算得出的δ作为线路两侧电源相位摆开角输入系统，即可模拟线路上有功功率，进而模拟线路上正常运行电流。
对线路进行模拟必须考虑暂态过程吸收的能量，并考虑线路波过程，因此需要考虑线路的分布参数特性。
对系统中线路进行模拟首先建立线路频率相关的模型，对实际系统中导线的长度、半径、挂点位置和材料等特征参数进行提取，并采用电磁暂态仿真软件ATP/EMTP中的J-MARTI模型进行模拟。
对于线路上的无功补偿装置，需要考虑其结构特征(分体/三相三柱)等考虑集中参数元件或变压器模型进行模拟，考虑其铁芯结构，对于空心电抗器和带空气间隙电抗器采用线性电感进行模拟，对于带无间隙铁芯的电抗器采用非线性电感进行模拟。
对于输电线路杆塔，采用多波阻抗模型进行模拟。
通过对避雷器所在系统进行模拟，可以准确反映故障发生前系统所处状态，其接线方式和储能分布情况决定了在外部扰动情况下避雷器动作行为特性。
步骤204：根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型；
需要说明的是，系统故障以及外部扰动情况下避雷器可能承受过电压，外部扰动主要考虑落雷过程。
获取故障期间雷电定位实测参数，包括雷电流幅值、雷电流反击次数并对类雷电过程进行模拟。
其中，雷电流波形采用1.2/50μs典型波形，由于大气放电现象的复杂性，实际也可以增长波尾时间，将该波形用双指数波进行表征，并将参数作为输入量输入雷电流发生模型中，雷电流发生模型在仿真软件上的拓扑图如图8 所示。
故障过程根据实际故障设置故障相别，根据实测参数设置接地电阻，并通过逻辑对燃弧时间进行控制，从而形成故障接地电弧模型，如图9所示。
雷电流发生模型和故障接地电弧模型组合形成雷电仿真模型。
步骤205：组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型；
需要说明的是，得到互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型之后，将这些模型进行组合即可得到避雷器故障仿真模型。
步骤206：根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
需要说明的是，根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真。
调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，模拟采样失真环节。
运行避雷器故障仿真模型获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形。
步骤207：若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则执行步骤208；
需要说明的是，将互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形进行比对，如果两者波形一致，但是两者的波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形出现明显的幅值和波形特征的偏差，则表明故障录波波形存在失真的可能，例如，在暂态震荡过程频率与故障录波采样频率接近情况下，二次波形将变为非震荡单极性波形，如以此长持续时间单极性波形为特征判断波形来源及避雷器吸收能量，将对过电压过程及故障过程判断造成极大的误导。
如果故障录波的实测模型和互感器模型的二次侧的仿真电压波形存在变形，那么执行步骤208进行下一步的分析。
图10为一种被辨识为峰值处震荡失真的波形图，除此之外可以辨识得到震荡特性消失失真等波形失真辨识结构。
步骤208：获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则执行步骤209，若否，则执行步骤210；
需要说明的是，避雷器选型过程中对其冲击电流幅值有相关要求，根据国标对避雷器通流能力试验时，避雷器电阻片通流能力也有相关限值，因此可将避雷器额定电流幅值以及避雷器允许吸收的能量作为判据，对模型运行中对应计算结论进行判断。
采用如下两个判据对避雷器暂态过程中行为特征量进行判断：如避雷器故障仿真模型得出的实际能量高于该能力限制(能量设计值)，或冲击电流大于设计值(电流设计值)，则判断系统特性与避雷器选型不匹配，或外部扰动超出了避雷器设计值，导致了避雷器故障的发生；如避雷器电流及通流能量小于避雷器设计值，则判断避雷器缺陷或工艺问题导致故障的发生。
所以当互感器模型的二次侧的仿真电压波形存在变形时，需要获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形进行故障分析。
根据仿真电流波形可获取冲击电流最大幅值，同时对故障暂态过程中仿真电流波形进行积分可计算得到通流能量总值。
判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则说明本次雷电冲击无论是瞬时电流还是通流能量均为超出设计值，故障原因是避雷器自身存在缺陷导致的故障，执行步骤209输出故障结论。
若否，则说明本次避雷器故障是因为选型不合适导致的，执行步骤210 输出故障结论。
步骤209：避雷器故障为避雷器缺陷故障；
步骤210：避雷器故障为避雷器选型故障。
进一步地，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
进一步地，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
本实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法中，构建与真实避雷器故障环境一致的避雷器故障仿真模型，对该模型进行仿真试验。
当互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值时，表明互感器模型的仿真结果真实性高，此时若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则说明二次侧的仿真电压波形发生了变形，需进行进一步判断。
此时获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，如果两者皆小于设计值，则说明避雷器自身存在缺陷，故障类型为避雷器缺陷故障，否则说明避雷器选型错误，故障类型为避雷器选型故障。
通过本实施例的方法可以判断故障录波的波形是否发生变形，并对变形后的波形进行分析具体故障原因，无需进行现场试验，节省了试验装置的相关开支，降低了测量成本，降低了实测过程中人力投入和试验安全风险。
并且可以进一步了解特殊情况下防雷保护对避雷器参数的要求，降低避雷器运行风险。
本实施例的诊断方法方便，在计算机等具备仿真功能的工具上进行仿真即可，并且仿真过程参数调节方便，效果显著。
综上所述，本实施例提供的避雷器故障暂态波形诊断方法解决了当前难以判断故障录波波形的真实性和进行故障分析的技术问题。
以上为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断方法的另一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种避雷器故障暂态波形诊断装置的一个实施例。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种避雷器故障暂态波形诊断装置的一个实施例，包括：
建模仿真单元301，用于构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
失真判断单元302，用于若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则触发故障判断单元303；
故障判断单元303，用于获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则避雷器故障为避雷器缺陷故障，若否，则避雷器故障为避雷器选型故障。
进一步地，建模仿真单元301具体包括：
互感器子单元3011，用于根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型；
避雷器子单元3012，用于根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型；
环境子单元3013，用于根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型；
雷击子单元3014，用于根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型；
组合子单元3015，用于组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型；
仿真子单元3016，用于根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形。
进一步地，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
进一步地，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种避雷器故障暂态波形诊断方法，其特征在于，包括：
S1：构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形，具体为：S11：根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型，S12：根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型，S13：根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型，S14：根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型，S15：组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型，S16：根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
S2：若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则执行步骤S3；
S3：获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则避雷器故障为避雷器缺陷故障，若否，则避雷器故障为避雷器选型故障。
2.根据权利要求1所述的一种避雷器故障暂态波形诊断方法，其特征在于，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
3.根据权利要求1所述的一种避雷器故障暂态波形诊断方法，其特征在于，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
4.一种避雷器故障暂态波形诊断装置，其特征在于，包括：
建模仿真单元，用于构建避雷器故障仿真模型，对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，获取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形，具体包括：互感器子单元，用于根据互感器的结构、绕组特性和励磁特性构建互感器模型，避雷器子单元，用于根据避雷器的伏安特性曲线构建避雷器模型，环境子单元，用于根据避雷器故障期间的系统等效电源参数、输电线路参数和负荷参数构建系统环境模型，雷击子单元，用于根据避雷器故障器件的雷电定位实测数据构建雷电仿真模型，组合子单元，用于组合互感器模型、避雷器模型、系统环境模型和雷电仿真模型构建避雷器故障仿真模型，仿真子单元，用于根据避雷器故障仿真模型对避雷器在雷电冲击下的故障过程进行仿真，并调节互感器模型的二次侧采样率与实际故障录波采样率一致，获取互感器模型的一次侧和二次侧的仿真电压波形；
失真判断单元，用于若互感器模型的二次侧的仿真电压波形与故障录波的实测电压波形偏差值小于或等于第一偏差阈值且互感器模型的二次侧的仿真电压波形与互感器模型的一次侧的仿真电压波形的偏差值大于第二偏差阈值，则触发故障判断单元；
故障判断单元，用于获取互感器模型的二次侧的仿真电流波形，根据仿真电流波形计算冲击电流最大幅值和通流能量总值，判断是否冲击电流最大幅值小于电流设计值且通流能量总值小于能量设计值，若是，则避雷器故障为避雷器缺陷故障，若否，则避雷器故障为避雷器选型故障。
5.根据权利要求4所述的一种避雷器故障暂态波形诊断装置，其特征在于，雷电定位实测数据具体包括：雷电流幅值、雷电流反击次数和雷电流波形。
6.根据权利要求4所述的一种避雷器故障暂态波形诊断装置，其特征在于，电源等效参数具体包括：系统特性电源等效电压以及系统故障位置的短路电流和零序阻抗。
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