CN109298256A - 一种基于串补阻尼故障分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于串补阻尼故障分析方法及系统，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述方法包括：检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。本申请提供的技术方案，能够全面地检测出阻尼电阻和阻尼电抗故障。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种基于串补阻尼故障分析方法。
背景技术
500kV串补设备的应用越来越广泛，串补的安全稳定运行是提高电网静态稳定的重要因素，现今串补平台绝大多数重要元件均已经有其相应保护，但是对于阻尼回路却没有相应的保护。阻尼回路在串补系统中扮演着非常重要的角色，其作用主要表现在：
1)正常操作串补系统停运时，串补电容器需通过旁路开关和阻尼回路放电，此时阻尼回路起到限制放电电流，避免产生操作过电压的作用；
2)线路故障或串补系统故障时，可能产生过电压，此时电容器火花间隙会被击穿以限制过电压，阻尼回路此时起到而限制间隙放电电流幅值作用，确保串联电容器、旁路断路器和火花间隙的安全运行，如果没有阻尼回路，火花间隙电流不会迅速减小且波形有畸变现象。
当前的串补阻尼故障分析方法，通常只能判断阻尼回路电阻是否有故障，而对于阻尼回路电抗器产生的故障，则无法进行判断。因此，现有的串补阻尼故障分析方法不够全面。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于串补阻尼故障分析方法及系统。所述技术方案如下：
一方面，一种基于串补阻尼故障分析方法，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述方法包括：
检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
进一步地，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
进一步地，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值；
按照以下公式计算理论衰减系数：
其中，λn表示第n个波峰与第n+1个波峰的理论衰减系数，Am(n)表示第n个波峰的峰值，Am(n+1)表示第n+1个波峰的峰值，n为整数。
进一步地，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值以及各个波峰对应的时刻；
按照以下公式计算理论阻尼电阻值：
其中，R表示所述理论阻尼电阻值，C表示所述串补电容的电容值，t2和t1分别表示两个波峰对应的时刻，Am(t1)表示t1时刻波峰的峰值，Am(t2)表示t2时刻波峰的峰值。
进一步地，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
对流经所述串补电容的电流进行快速傅里叶变换，得到基波频率；
按照以下公式计算理论阻尼感抗值：
其中，L表示所述理论阻尼感抗值，fb表示所述基波频率，C表示所述串补电容的电容值。
进一步地，按照以下公式计算感抗偏差：
ΔL＝abs(1-L/L0)
其中，ΔL表示所述感抗偏差，L0表示额定感抗值，abs(*)表示绝对值。
进一步地，根据比较结果生成故障分析报告包括：
若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
另一方面，一种基于串补阻尼故障分析系统，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述系统包括：
波形检测单元，用于检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
理论特征参数计算单元，用于在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
故障分析单元，用于根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
进一步地，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
进一步地，所述故障分析单元包括：
衰减系数分析模块，用于若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
包络线分析模块，用于若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
特征频率分析模块，用于若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过结合衰减系数分析法、包络线分析法以及特征频率分析法对串补阻尼的电路进行综合判断，能够全面地检测出阻尼电阻和阻尼电抗故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施方式中基于串补阻尼故障分析方法的步骤图；
图2是本发明实施方式中基于串补阻尼故障分析方法的流程图；
图3是本发明实施方式中串补阻尼的等效电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图3，本申请提供的基于串补阻尼故障分析方法中，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容C、旁路开关S、阻尼电阻R以及阻尼感抗L，其中，所述阻尼电阻R和所述阻尼感抗L相并联之后，与所述串补电容C以及所述旁路开关S相串联。
请参阅图1和图2，所述方法可以包括以下步骤。
S1：检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
S2：在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
S3：根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
在本实施方式中，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
在本实施方式中，按照衰减系数分析法，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值；
按照以下公式计算理论衰减系数：
其中，λn表示第n个波峰与第n+1个波峰的理论衰减系数，Am(n)表示第n个波峰的峰值，Am(n+1)表示第n+1个波峰的峰值，n为整数。
在本实施方式中，按照包络线分析法，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值以及各个波峰对应的时刻；
按照以下公式计算理论阻尼电阻值：
其中，R表示所述理论阻尼电阻值，C表示所述串补电容的电容值，t2和t1分别表示两个波峰对应的时刻，Am(t1)表示t1时刻波峰的峰值，Am(t2)表示t2时刻波峰的峰值。
在本实施方式中，按照特征频率分析法，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
对流经所述串补电容的电流进行快速傅里叶变换，得到基波频率；
按照以下公式计算理论阻尼感抗值：
其中，L表示所述理论阻尼感抗值，fb表示所述基波频率，C表示所述串补电容的电容值。
具体地，按照以下公式计算感抗偏差：
ΔL＝abs(1-L/L0)
其中，ΔL表示所述感抗偏差，L0表示额定感抗值，abs(*)表示绝对值。
最终，根据比较结果生成故障分析报告包括：
若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
在实际应用中，阻尼回路间隙放电时刻的回路电流为：
其振荡波线的包络线为：
实际上，包络线就是将振荡电流的峰值连线，两个峰值之间的时间基本相同，但是峰值的大小不同。
如果假设第一个峰值为Am(t1)，其时刻为t1，第二个峰值为Am(t2)，其时刻为t2。则：
上面两式相除，可得：
Am(t1)/Am(t2)＝e-β(t1-t2)
其中，Am(t1)、Am(t2)、t1、t2均为已知量，可以得到β的表达式如下：
根据可得R的表达式如下：
此外，根据串补阻尼限制同极性波峰要求，放电后第二个波峰应比第一个波峰衰减50％，理论分析可以根据放电波形(滤除基波)的第二个波峰(或者波谷)比第一个波峰(或者波谷)衰减百分数作为判断依据。由于判断单一波峰容易产生误差，为了防止离散型误差，尝试使用多个波峰进行比较百分比，将平均波峰百分比进行比较。
定义阻尼回路中电流衰减系数λn为任意第n个波峰与第n+1个波峰的衰减量百分比，则：
针对不同串补系统，设置λn整定值λ0，判据如下：
上述所提的“包络线分析法”、“衰减系数分析法”都仅能判断阻尼回路电阻是否有故障，对于阻尼回路电抗器故障，这两个方法将不适用，因此，本项目提出了特征频率分析法，用于辨识阻尼回路电抗器故障。
根据自振频率计算公式，可得：
其中L为阻尼电感，C为串联电容，计算结果f频率为电感在正常状态下的理论值。
当出现匝间短路以后，L变小会导致阻尼回路放电频率变大，因此，通过对阻尼回路电容器电流进行快速傅里叶变换，计算得到振荡波形基波频率，根据上式计算出阻尼回路电抗值，与额定值L0比对，偏差ΔL0(一般可设ΔL0＝5％)在整定值范围内认为电抗器正常，判据如下所示：
ΔL＝abs(1-L/L0)
其中，fb为电容器放电电流ic的基波频率，该值可通过对ic进行快速傅里叶分析计算得到。
本申请还提供一种基于串补阻尼故障分析系统，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述系统包括：
波形检测单元，用于检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
理论特征参数计算单元，用于在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
故障分析单元，用于根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
在本实施方式中，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
在本实施方式中，所述故障分析单元包括：
衰减系数分析模块，用于若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
包络线分析模块，用于若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
特征频率分析模块，用于若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过结合衰减系数分析法、包络线分析法以及特征频率分析法对串补阻尼的电路进行综合判断，能够全面地检测出阻尼电阻和阻尼电抗故障。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于串补阻尼故障分析方法，其特征在于，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述方法包括：
检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值；
按照以下公式计算理论衰减系数：
其中，λn表示第n个波峰与第n+1个波峰的理论衰减系数，Am(n)表示第n个波峰的峰值，Am(n+1)表示第n+1个波峰的峰值，n为整数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
识别所述波形的波峰，并记录各个波峰的峰值以及各个波峰对应的时刻；
按照以下公式计算理论阻尼电阻值：
其中，R表示所述理论阻尼电阻值，C表示所述串补电容的电容值，t2和t1分别表示两个波峰对应的时刻，Am(t1)表示t1时刻波峰的峰值，Am(t2)表示t2时刻波峰的峰值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数包括：
对流经所述串补电容的电流进行快速傅里叶变换，得到基波频率；
按照以下公式计算理论阻尼感抗值：
其中，L表示所述理论阻尼感抗值，fb表示所述基波频率，C表示所述串补电容的电容值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算感抗偏差：
△L＝abs(1-L/L0)
其中，ΔL表示所述感抗偏差，L0表示额定感抗值，abs(*)表示绝对值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据比较结果生成故障分析报告包括：
若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
8.一种基于串补阻尼故障分析系统，其特征在于，所述串补阻尼的等效电路中包括串补电容、旁路开关、阻尼电阻以及阻尼感抗，其中，所述阻尼电阻和所述阻尼感抗相并联之后，与所述串补电容以及所述旁路开关相串联，所述系统包括：
波形检测单元，用于检测流经所述串补电容的电流，并识别所述电流的波形；
理论特征参数计算单元，用于在所述波形有效的情况下，基于所述波形计算所述等效电路的理论特征参数；
故障分析单元，用于根据所述理论特诊参数和当前的实际特征参数，计算特征参数偏差，并将所述特征参数偏差与指定偏差阈值进行比较，并根据比较结果生成故障分析报告。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述理论特征参数包括理论衰减系数、理论阻尼电阻值以及理论阻尼感抗值中的至少一种；
相应地，所述实际特征参数包括实际衰减系数、实际阻尼电阻值以及实际阻尼感抗值中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述故障分析单元包括：
衰减系数分析模块，用于若平均衰减系数小于额定衰减系数，判定阻尼电阻故障；
包络线分析模块，用于若平均阻尼电阻值偏差大于额定阻尼电阻值，判定阻尼电阻故障；
特征频率分析模块，用于若感抗偏差大于额定感抗值，判定阻尼感抗故障。
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