CN111239646B - 有载分接开关级间短路故障预警方法、装置及存储介质 - Google Patents

有载分接开关级间短路故障预警方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有载分接开关级间短路故障预警方法，包括：采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；计算所述三相电流的实时有效值的幅值；根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号。本发明能够对有载分接开关导致的变压器内部故障进行预警，降低延时过程中故障电流产生巨大的能量导致的设备损坏。本发明还公开了一种有载分接开关级间短路故障预警装置和存储介质。

Description

有载分接开关级间短路故障预警方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及有载分接开关技术领域，尤其涉及一种有载分接开关级间短路故障预警方法、装置及存储介质。
背景技术
有载分接开关是用来改变变压器绕组分接连接位置的调压装置，有载分接开关可靠性对变压器的正常运行至关重要。一旦有载分接开关出现故障，会直接造成变压器停运，甚至严重时会引发变压器爆炸、起火等。近年来，电网中多次出现了因有载分接开关调档过程中异常引发的变压器爆炸、起火故障，给电力系统的安全稳定运行带来了较大影响，也对电力部门和社会造成了较大损失。
有载分接开关在调档过程中发生切换不到位或无法灭弧等故障时，会造成级间短路故障，即造成变压器调压绕组两个分接间的绕组直接短路，通常该短路电流达到数十kA，由此造成严重后果。
现有技术中，针对有载分接开关故障时的保护方法通常为变压器电量保护方法，电力系统中最常用的为差动保护方法，其主要原理为采集变压器高压、中压、低压三侧的电流信号，将三侧电流相量和作为差动电流，将三侧电流绝对值的和作为制动电流，通过比较差动电流与制动电流，判断变压器内部是否出现故障。
目前，差动保护方法具体有：基于负序分量的变压器差动保护方法，主要原理为通过分解高、中、低三侧故障电流得到其负序分量，并比较幅值、相位进行故障判断；以及基于空间向量法的变压器内部故障保护方法，主要原理是通过Park变换提取故障电流特征量以进行故障判断。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
现有技术中的差动保护方法共同的特征是，在故障发生后一定时间内才能够启动保护，并再经一定时间后才能够输出出口跳闸信号。以图1为例，其中t0’为有载分接开关级间短路故障时故障电流出现时刻，Δt1’为差动保护启动时间，Δt2’为差动保护出口跳闸时间，其中，Δt2’通常在20～40ms之间，即现有技术中的差动保护方法存在一定延时；在这段延时过程中，由于变压器分接开关级间短路产生的故障电流将产生巨大的能量，从而导致设备损坏。
发明内容
本发明实施例提供一种有载分接开关级间短路故障预警方法，能够对有载分接开关导致的变压器内部故障进行预警，降低延时过程中故障电流产生巨大的能量导致的设备损坏。
本发明实施例一提供一种有载分接开关级间短路故障预警方法，包括：
采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号。
作为上述方案的改进，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号。
作为上述方案的改进，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
作为上述方案的改进，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure BDA0002372230000000031
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
本发明实施例二对应提供了一种多端直流输电系统第三站在线投入装置，包括：
电流采集单元，用于采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
幅值计算单元，用于计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
不平衡率计算单元，用于根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
告警单元，用于当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号。
作为上述方案的改进，还包括：
跳闸控制单元，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号。
作为上述方案的改进，还包括：
差动保护单元，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
作为上述方案的改进，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure BDA0002372230000000041
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
本发明实施例三对应提供了一种有载分接开关级间短路故障预警装置，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种有载分接开关级间短路故障预警方法。
本发明实施例四对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的一种有载分接开关级间短路故障预警方法。
本发明实施例提供的一种有载分接开关级间短路故障预警方法，具有如下有益效果：
通过对与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流进行实时采集，对三相电流的实时有效值的幅值进行实时计算，并进一步计算得到三相电流的不平衡率，能够准确、及时地在故障电流出现时刻前反映故障预兆；并且能够更早地发现并表征有载分接开关级间短路潜在故障，实现对有载分接开关导致的变压器内部故障进行预警，及时切除故障减少设备损失，大大降低延时过程中故障电流产生巨大的能量导致的设备损坏。
附图说明
图1是现有技术中有载分接开关级间短路时差动保护启动与动作时序示意图。
图2是本发明实施例一提供的一种有载分接开关级间短路故障预警方法的流程示意图。
图3A-图3D是本发明实施例一提供的一具体实施例中有载分接开关级间短路故障时三相电流的不平衡率变化曲线的示意图。
图4是本发明实施例二提供的一种有载分接开关级间短路故障预警装置的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种有载分接开关级间短路故障预警方法的流程示意图，包括如下步骤：
S101、采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
S102、计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
S103、根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
S104、当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号。
优选地，可以将告警信号作为断路器的跳闸信号。
优选地，还可以将告警信号发送至控制中心或控制人员处。
进一步地，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号。
进一步地，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
进一步地，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure BDA0002372230000000061
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
在具体的实施方式中，无论对于三相一体变压器，还是单相变压器，当有载分接开关发生级间短路故障时，其故障发展过程多是先发生单相级间短路故障，而后进一步发展为两相、三相级间短路。对于有载分接开关来说，单相级间短路故障通常是由于油隙中电弧桥接短路导致，只有当电弧桥接后，故障电流才会出现。但通过研究发现，分接开关级间短路前一段时间内，电弧已有桥接油隙的潜在现象发生，但此时由于电弧温度相对较低，分接开关油室中绝缘油分解量较少，油隙还具有一定的绝缘强度，使得桥接的电弧在短时间内弧阻较高，因此无法在故障电流中予以反映。
本发明实施例一通过三相电流的不平衡率这一方法来表征这一发现，具体如下：
确定有载分接开关连接的变压器绕组侧，记为TCS(Tap changer side)，在电力系统中通常为高压侧；
通过电流互感器实时采集TCS绕组侧的A、B、C三相电流，并计算其实时有效值的幅值，记为IArms、IBrms、ICrms；
根据计算三相电流实时有效值幅值，进一步计算三相电流的不平衡率ΔIu，计算公式为：
Figure BDA0002372230000000071
设置预警阈值k，当ΔIu≤k时，表明分接开关内部未发生级间短路故障；当ΔIu＞k，表明分接开关内部有发生级间短路故障前兆，此时输出告警信号。
设置三相电流的不平衡率超标时间阈值T，若在T范围内，满足ΔIu＞k，则可以向断路器输出出口跳闸信号，或者若此时变压器差动保护未启动，则输出差动保护启动信号。
即，当三相电流不平衡率ΔIu≤k时，不告警；当三相电流不平衡率ΔIu＞k且持续一定时间T时，发出告警信号。此时，采取如下两个措施(1)直接输出该告警信号，作为断路器的跳闸信号；(2)将告警信号作为变压器差动保护装置的启动信号。在运行时，可根据需求随时对两个措施进行切换，但同一时刻有且仅有一项措施运行实施。
在一具体的实施例中，为了验证本发明实施例一提出的三相电流的不平衡率能对分接开关级间短路故障有效预警，随机提取了实际发生的分接开关级间短路故障案例进行验证，本实施例示意性地展示其中4起。根据本发明实施例一提供的一种有载分接开关级间短路故障预警方法进行计算，得到该4起案例中有载分接开关级间短路故障时三相电流的不平衡率变化曲线，有载分接开关级间短路故障时三相电流的不平衡率变化曲线的示意图如图3A-图3D所示；其中，图3A-图3D各图中的Δt0表示三相电流的不平衡率出现时间，t0为有载分接开关级间短路故障时故障电流出现时刻，Δt1为差动保护启动时间，Δt2为差动保护出口跳闸时间，Δt为故障电流开始出现到故障电流结束的时间间隔。
通过上述实际的故障案例可看出，若不能够对有载分接开关级间短路故障进行预警，故障电流仍会对设备造成持续和巨大的损坏；而三相电流的不平衡率ΔIu均在故障电流出现时刻前立即有明显的增长，因此，计算故障电流出现时刻前的三相电流的不平衡率能够准确、及时地在故障电流出现时刻前反映故障的预兆，降低故障电流造成的设备损坏。
且从故障案例来看，Δt0的时间范围在10～60ms之间，即通过三相电流的不平衡率预测变压器内部的故障情况，能够给予变压器足够的故障保护时间。
此外，现有技术中的差动保护启动时间Δt1均滞后于故障电流出现时刻，而差动保护出口时间Δt2则更加延迟。由此表明，相对于现有技术中的差动保护方法，通过本发明实施例一提出的一种有载分接开关级间短路故障预警方法可以更早地发现、表征分接开关级间短路潜在故障，实现故障预警，及时切除故障减少设备损失。
本发明实施例一提供的一种有载分接开关级间短路故障预警方法，具有如下有益效果：
通过对与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流进行实时采集，对三相电流的实时有效值的幅值进行实时计算，并进一步计算得到三相电流的不平衡率，能够准确、及时地在故障电流出现时刻前反映故障的预兆；并且能够更早地发现并表征有载分接开关级间短路潜在故障，实现对有载分接开关导致的变压器内部故障进行预警，及时切除故障减少设备损失，大大降低延时过程中故障电流产生巨大的能量导致的设备损坏。
参见图4，本发明实施例二对应提供了一种有载分接开关级间短路故障预警装置，包括：
电流采集单201，用于采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
幅值计算单元202，用于计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
不平衡率计算单元203，用于根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
告警单元204，用于当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号。
具体地，电流采集单元201可以为电流采集传感器。
进一步地，还包括：
跳闸控制单元205，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号。
进一步地，还包括：
差动保护单元206，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
进一步地，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure BDA0002372230000000091
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
本发明实施例三对应提供了一种有载分接开关级间短路故障预警装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中且被配置为由处理器执行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如本发明实施例一的有载分接开关级间短路故障预警方法。有载分接开关级间短路故障预警装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。有载分接开关级间短路故障预警装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
本发明实施例四对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的有载分接开关级间短路故障预警方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述有载分接开关级间短路故障预警装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个有载分接开关级间短路故障预警装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述有载分接开关级间短路故障预警装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述有载分接开关级间短路故障预警装置集成的模块/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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种有载分接开关级间短路故障预警方法，其特征在于，包括：
采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号；
所述方法，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号；或，
所述方法，还包括：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
2.如权利要求1所述的一种有载分接开关级间短路故障预警方法，其特征在于，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure FDA0003036765080000011
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
3.一种有载分接开关级间短路故障预警装置，其特征在于，包括：
电流采集单元，用于采集与有载分接开关连接的待测变压器绕组侧的三相电流；
幅值计算单元，用于计算所述三相电流的实时有效值的幅值；
不平衡率计算单元，用于根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率；
告警单元，用于当所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值时，输出告警信号；
所述装置，还包括：
跳闸控制单元，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，输出出口跳闸信号；或，
所述装置，还包括：
差动保护单元，用于：
设定所述三相电流的不平衡率的超标时间阈值；
若在所述超标时间阈值内，所述三相电流的不平衡率大于预设的预警阈值，判断此时所述待测变压器的差动保护是否启动，若未启动，向所述待测变压器输出差动保护启动信号。
4.如权利要求3所述的一种有载分接开关级间短路故障预警装置，其特征在于，所述根据所述三相电流的实时有效值的幅值，计算所述三相电流的不平衡率，具体包括：
根据下式计算所述三相电流的不平衡率：
Figure FDA0003036765080000031
其中，ΔIu为所述三相电流的不平衡率；IArms、IBrms、ICrms分别为所述待测变压器绕组侧的A相电流实时有效值的幅值、B相电流实时有效值的幅值、C相电流实时有效值的幅值。
5.一种有载分接开关级间短路故障预警装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2中任意一项所述的一种有载分接开关级间短路故障预警方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至2中任意一项所述的一种有载分接开关级间短路故障预警方法。
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