CN110320422A - 一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法,是通过对雷电监测系统和输电线路分布式故障诊断系统数据的落雷关联度计算,确定某时刻目标杆塔前后档内有效落雷、雷击类型及雷电流幅值,利用杆塔及导地线参数计算该杆塔避雷器的反击、绕击分流系数,进而确定每次雷击时流经避雷器的电流,与避雷器计数器的动作阈值比较以确定该时间段内该杆塔相别避雷器应有的动作次数,与该时间段内避雷器计数器动作数值相比较,为该避雷器计数器动作数值提供可靠的比对基准,以准确评估避雷器运行状态和动作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法。属于高电压设备运维检修技术领域。
背景技术
线路避雷器是目前输电线路最为可靠有效的防雷措施,在雷电过电压作用下,通过避雷器的钳压和泄流作用,使线路绝缘子串免遭闪络,输电线路不发生雷击跳闸事件,保障电网安全稳定运行。
由于有串联间隙隔离系统运行电压,加之开展线路避雷器检测试验异常困难,现行标准中对线路避雷器基本采用“免维护”运维策略,仅要求“开展定期巡线(每年至少一次,雷雨季节之前),记录计数器的动作数据”,可见,线路避雷器计数器的动作次数,是目前唯一可以反映其动作情况及运行状态的参量。
然而,通过线路避雷器计数器的动作次数来评估其动作情况及运行状态存在明显问题,由于每年仅记录1次数值,而且其动作时间未知,假设某支避雷器前一次计数值为m,后一次计数值为n,即该时间段内动作次数为(n-m),假设n=m,即该段时间内计数器未动作,可能有两种情况:一是该时间段内该杆塔相别前后档内确无能够引起线路避雷器动作的落雷,线路避雷器运行状态良好;二是该时间段内该杆塔相别前后档内有多次能够引起线路避雷器动作的落雷,但由于避雷器故障,未正常动作计数。假设n>m,即该段时间内计数器动作,也可能有两种情况:一是该时间段内该杆塔相别前后档内能够引起线路避雷器动作的落雷个数正好等于(n-m),线路避雷器运行状态良好,可靠动作;二是该时间段内该杆塔相别前后档内能够引起线路避雷器动作的落雷个数大于(n-m),即部分情况下避雷器未可靠动作,该线路避雷器处于部分失效的情况。由此可见,仅依靠计数器数值难以有效评估线路避雷器运行状态和动作可靠性。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法,为电网运行单位评估线路避雷器状态和动作可靠性提供依据。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法,是通过对雷电监测系统和输电线路分布式故障诊断系统数据的落雷关联度计算,确定某时刻目标杆塔前后档内有效落雷、雷击类型及雷电流幅值,利用杆塔及导地线参数计算该杆塔避雷器的反击、绕击分流系数,进而确定每次雷击时流经避雷器的电流,与避雷器计数器的动作阈值比较以确定该时间段内该杆塔相别避雷器应有的动作次数,与该时间段内避雷器计数器动作数值相比较,为该避雷器计数器动作数值提供可靠的比对基准,以准确评估避雷器运行状态和动作可靠性。
作为优选的技术方案之一,所述有效落雷是指直接击中输电线路的落雷,雷击类型包括反击或绕击,反击是指雷击杆塔或地线,绕击是指雷击输电导线。
作为优选的技术方案之一,所述雷电监测系统可以监测线路走廊内落雷情况,包括落雷时间、位置、雷电流幅值等;输电线路分布式故障诊断系统可以监测某时间点、某杆塔、某相别上是否出现雷电流,并且能够区分反击和绕击,但无法获取雷电流幅值。
作为优选的技术方案之一,所述杆塔及导地线参数包括:杆塔电感和冲击接地电阻、杆塔两侧相邻档导线、地线的电感并联值、绕击点两侧导线的电感。
作为优选的技术方案之一,具体步骤如下:
(1)统计输电线路分布式故障诊断系统中某时间段内的雷电流监测数据;
(2)在雷电监测系统中统计某时间点前后、某杆塔附近落雷情况;
(3)采用落雷关联度算法确定T时刻、N号杆塔的雷电流幅值及雷击类型;落雷关联度γ=α*β,其中α为落雷的时间关联度,与T时刻越接近的落雷时间关联度越高,β为落雷的空间关联度,与线路中心线垂直距离越小的落雷空间关联度越高,X为落雷距线路中心线的垂直距离;落雷关联度最高的落雷即是有效落雷;
(4)计算该杆塔相别避雷器的反击、绕击分流系数kf、kr;
(5)在确定了该基杆塔相别前后档内有效落雷Ix和绕、反击类型后,乘以避雷器的反击、绕击分流系数kf、kr,得到实际流过线路避雷器的雷电流Ibx;
(6)若Ibx≥线路避雷器计数器的动作阈值,则避雷器计数器应动作1次;若Ibx<线路避雷器计数器的动作阈值,则避雷器计数器应不动作;将所有Ibx逐一比对,得到该时间段内该避雷器应有的动作次数D;
(7)记录该时间段内该杆塔相别线路避雷器动作次数N。
(8)比较N和D的数值大小,若N<D,则该线路避雷器部分情况下未可靠动作;若D=N,则该线路避雷器能够可靠动作;若N>D,则该线路避雷器动作过于频繁,说明避雷器计数器的动作阈值可能设置偏小。
作为进一步优选的技术方案之一,步骤(4)中,雷击杆塔顶部和地线时避雷器的分流系数(反击分流系数):
式中:Ld-线路避雷器保护相杆塔两侧相邻档导线的电感并联值;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值。
雷电绕击导线时避雷器的分流系数(绕击分流系数):
其中
式中:Lgt-杆塔电感;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值;
Rch-杆塔冲击接地电阻;
Lrd1-绕击点至线路避雷器段导线的电感;
Lrd2-绕击点另一侧导线的电感;
τ1-雷电流的波头长度,取τ1=2.6μs。
作为进一步优选的技术方案之一,步骤(6)的具体方法是:线路避雷器计数器的动作阈值为100A,若Ibx≥100A,则避雷器计数器应动作1次;若Ibx<100A,则避雷器计数器应不动作。将所有Ibx逐一比对,得到该时间段内该避雷器应有的动作次数D。
本发明的有益效果:
本发明融合线路避雷器动作计数器数据、雷电监测系统数据和输电线路分布式故障诊断系统数据,完全基于现有条件和运行数据,而无需增加额外设备和投资,即可实现线路避雷器运行状态和动作可靠性的准确评估,对于输电线路避雷器而言实用性强,推广应用价值高,能有效指导线路避雷器运维检修工作,保证电网安全稳定运行。
本发明通过算法方式实现,具有很好的技术经济性和现实可行性,为线路避雷器的运行维护提供可靠的参考依据。本发明方法适用于高压输电线路用避雷器运行状态和动作可靠性评估,避免由于线路避雷器失效而造成的绝缘子串闪络和输电线路跳闸。
附图说明
图1为雷电监测系统中输电线路走廊落雷查询结果界面。
图2为输电线路分布式故障诊断系统后台导出信息表格。
图3为基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法实施流程图;左侧为参量信息来源,右侧为评估方法实施流程。
图4为雷击杆塔顶部和地线时的等值电路图;Lgt为杆塔电感,Rch为杆塔冲击接地电阻,Ld为线路避雷器保护相杆塔两侧相邻档导线的电感并联值,Lb为杆塔两侧相邻档地线的电感并联值。
图5为雷电绕击导线时的等值电路图;Lrd1为绕击点至线路避雷器段导线的电感,Lrd2为绕击点另一侧导线的电感,Lgt为杆塔电感,Rch为杆塔冲击接地电阻,Lb为杆塔两侧相邻档地线的电感并联值。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述,应该说明的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
雷电监测系统和输电线路分布式故障诊断系统是目前高压输电专业应用比较广泛的两个系统。雷电监测系统主要用于对线路走廊或某特定区域内在某段时间的落雷进行查询和统计;输电线路分布式故障诊断系统主要用于输电线路故障精确定位和初步的故障原因辨识,本发明所使用到的雷电信息查询功能为该系统的高级应用,目前仅支持人工后台统计,待后续市场需求成熟之后再上线系统功能模块。两个系统在设计框架和功能应用方面存在较大差别。
雷电监测系统中输电线路走廊落雷查询结果界面如图1所示,可显示线路走廊内落雷位置、时间、雷电流幅值和极性等信息。
输电线路分布式故障诊断系统后台可以统计某个时间、某基杆塔、某一相别上是否出现雷电流,并且能够区分反击(雷击杆塔或避雷线)和绕击(雷击输电导线),其导出信息表格如图2所示。该系统无法直接给出雷电流幅值信息主要有两个原因:一是对于雷电流采集来说,其安装的传感器的采样频率不够高;二是实际雷电流可高达数百kA,远超传感器测量幅值。
实施例1:
如图3所示的一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法:
(1)统计输电线路分布式故障诊断系统中某时间段内的雷电流监测数据,假设有i组监测数据,数据格式如表1所示,其中雷击性质地线和杆塔的为反击、雷击性质导线的为绕击。
表1.输电线路分布式故障诊断系统数据
(2)在雷电监测系统中统计某时间点前后、某杆塔附近落雷情况,假设统计时间点为
表1中T2时刻、目标杆塔号为N。由于雷电定位系统中监测数据在时间和空间存在一定的固有误差,设置统计的时间缓冲为180s、空间缓冲为1000m。假设有j组数据,数据格式如下表所示,其中最近杆塔显示落雷在N号杆塔前后档的具体位置,距离X为落雷距线路中心线的垂直距离。T为输电线路分布式故障诊断系统中的时间点(具体包括:T1、……Ti,i为大于1的整数),t为雷电监测系统中的时间点(具体包括:t1、……tj,j为大于1的整数)。某个T时刻附近雷电监测系统中往往存在多个落雷,即多个t。落雷关联度算法即是确定T时刻与N杆塔关联度最高的落雷,即有效落雷。
表2.雷电监测系统数据
时间 | 最近杆塔 | 距离 | 雷电流幅值 |
t<sub>1</sub> | (N-1)~N | X<sub>1</sub> | I<sub>1</sub> |
t<sub>2</sub> | N~(N+1) | X<sub>2</sub> | I<sub>2</sub> |
... | ... | ... | ... |
t<sub>j</sub> | N~(N+1) | X<sub>j</sub> | I<sub>j</sub> |
(3)采用落雷关联度算法确定T2时刻、N号杆塔的有效落雷、雷电流幅值及雷击类型。落雷关联度γ=α*β,其中α为落雷的时间关联度,与T2时刻越接近的落雷时间关联度越高,β为落雷的空间关联度,与线路中心线垂直距离越小的落雷空间关联度越高,落雷关联度最高的落雷即是有效落雷。
上例中,
γ1=α1*β1,γ2=α2*β2,...,γj=αj*βj。
其中,α1、α2、……αj为j个落雷的时间关联度;β1、β2、……βj为j个落雷的空间关联度;γ1、γ2、……γj为j个落雷的总关联度。
找到γ最小值γmin=(γ1,γ2,...,γj)min。
假设γmin=γ2,则说明雷电监测系统中第2个落雷即为T时刻、实际击中N号杆塔前后档的落雷,其雷击类型为绕击(雷击导线),雷电流幅值为I2。
(4)计算该杆塔相别避雷器的反击、绕击分流系数。
如图4所示,雷击杆塔顶部和地线时避雷器的分流系数(反击分流系数):
式中:Ld-线路避雷器保护相杆塔两侧相邻档导线的电感并联值;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值。
如图5所示,雷电绕击导线时避雷器的分流系数(绕击分流系数):
其中
式中:Lgt-杆塔电感;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值;
Rch-杆塔冲击接地电阻;
Lrd1-绕击点至线路避雷器段导线的电感;
Lrd2-绕击点另一侧导线的电感;
τ1-雷电流的波头长度,取τ1=2.6μs。
(5)在确定了该基杆塔相别前后档内有效落雷Ix和绕、反击类型后,乘以避雷器的反击、绕击分流系数kf、kr,得到实际流过线路避雷器的雷电流Ibx。
(6)线路避雷器计数器的动作阈值为100A,若Ibx≥100A,则避雷器计数器应动作1次;若Ibx<100A,则避雷器计数器应不动作。将所有Ibx逐一比对,得到该时间段内该避雷器应有的动作次数D。
(7)记录该时间段内该杆塔相别线路避雷器动作次数N。
(8)比较N和D的数值大小,若N<D,则该线路避雷器部分情况下未可靠动作;若D=N,则该线路避雷器能够可靠动作;若N>D,则该线路避雷器动作过于频繁,说明避雷器计数器的动作阈值可能设置偏小。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种基于多参量融合的线路避雷器动作可靠性评估方法,其特征在于,是通过对雷电监测系统和输电线路分布式故障诊断系统数据的落雷关联度计算,确定某时刻目标杆塔前后档内有效落雷、雷击类型及雷电流幅值,利用杆塔及导地线参数计算该杆塔避雷器的反击、绕击分流系数,进而确定每次雷击时流经避雷器的电流,与避雷器计数器的动作阈值比较以确定该时间段内该杆塔相别避雷器应有的动作次数,与该时间段内避雷器计数器动作数值相比较,为该避雷器计数器动作数值提供可靠的比对基准,以准确评估避雷器运行状态和动作可靠性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述有效落雷是指直接击中输电线路的落雷,雷击类型包括反击或绕击,反击是指雷击杆塔或地线,绕击是指雷击输电导线。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述雷电监测系统监测线路走廊内落雷情况,包括落雷时间、位置、雷电流幅值;输电线路分布式故障诊断系统监测某时间点、某杆塔、某相别上是否出现雷电流,并且能够区分反击和绕击。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)统计输电线路分布式故障诊断系统中某时间段内的雷电流监测数据;
(2)在雷电监测系统中统计某时间点前后、某杆塔附近落雷情况;
(3)采用落雷关联度算法确定T时刻、N号杆塔的雷电流幅值及雷击类型;落雷关联度γ=α*β,其中α为落雷的时间关联度,与T时刻越接近的落雷时间关联度越高,β为落雷的空间关联度,与线路中心线垂直距离越小的落雷空间关联度越高,X为落雷距线路中心线的垂直距离;落雷关联度最高的落雷即是有效落雷;
(4)计算该杆塔相别避雷器的反击、绕击分流系数kf、kr;
(5)在确定了该基杆塔相别前后档内有效落雷Ix和绕、反击类型后,乘以避雷器的反击、绕击分流系数kf、kr,得到实际流过线路避雷器的雷电流Ibx;
(6)若Ibx≥线路避雷器计数器的动作阈值,则避雷器计数器应动作1次;若Ibx<线路避雷器计数器的动作阈值,则避雷器计数器应不动作;将所有Ibx逐一比对,得到该时间段内该避雷器应有的动作次数D;
(7)记录该时间段内该杆塔相别线路避雷器动作次数N。
(8)比较N和D的数值大小,若N<D,则该线路避雷器部分情况下未可靠动作;若D=N,则该线路避雷器能够可靠动作;若N>D,则该线路避雷器动作过于频繁,说明避雷器计数器的动作阈值可能设置偏小。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤(4)中,雷击杆塔顶部和地线时避雷器的分流系数(反击分流系数):
式中:Ld-线路避雷器保护相杆塔两侧相邻档导线的电感并联值;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值。
雷电绕击导线时避雷器的分流系数(绕击分流系数):
其中
式中:Lgt-杆塔电感;
Lb-杆塔两侧相邻档地线的电感并联值;
Rch-杆塔冲击接地电阻;
Lrd1-绕击点至线路避雷器段导线的电感;
Lrd2-绕击点另一侧导线的电感;
τ1-雷电流的波头长度,取τ1=2.6μs。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤(6)的具体方法是:线路避雷器计数器的动作阈值为100A,若Ibx≥100A,则避雷器计数器应动作1次;若Ibx<100A,则避雷器计数器应不动作。将所有Ibx逐一比对,得到该时间段内该避雷器应有的动作次数D。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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