CN111289837B - 一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统，用于评估配电网系统的潜伏性故障。通过相供电电源改变系统相电压；局部放电监测装置根据连续两次获得的相电压电压差判断是否满足局部放电检测启动条件，当满足条件时测量设备的局部放电量，将测量结果上传至状态评估装置；进一步由状态评估装置进行设备状态评估。本申请的配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统，对配电网设备的潜伏性故障具有的较高检测灵敏度。

Description

一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统
技术领域
本申请涉及配电网状态监测技术领域，尤其涉及一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统。
背景技术
配电网作为连接输电网与电力用户的供需纽带，属于电力系统末端，直接面向用户，是服务民生的重要公共基础设施，其供电的可靠程度直接影响着国民经济的发展和人民生活水平的提升。随着经济的快速发展，电能消耗总量与电力使用群体都在迅猛增加，配电网的复杂度越来越高，配电网设备的种类和数量快速增加。
我国6kV-35kV中压配电网多数采用小电流接地方式，结构较为复杂，配电网线路长度约占各级电网线路长度的90％。相比于高压输电线路，中压配电网发生故障概率要大得多，近75％用户停电是由中压配电网造成的。配电网结构复杂、分支节点多、线路电容大、运行方式多变且灵活、运行环境恶略，故障发生频率高。
配电网由配电变电站、架空线路、电缆、杆塔、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成，配电网设备种类繁多、数量庞大，配电网设备的稳定运行是配电网安全运行的基础，设备对配电网可靠性水平的影响不容忽视。对配电网设备绝缘进行状态评估，提前发现设备绝缘存在的潜伏性故障，通过转供后进行检修，提升配电网供电可靠性，降低突发事故，极大减轻运行维护人员的压力。
当前，为能对配电网设备绝缘进行状态评估，提高供电可靠性，相关领域人员进行了大量研究。
申请号为201110382596.2的专利公开了一种配电网设备状态评估系统的状态检修控制方法，该方法通过判别避雷器泄漏电流、电缆接头温度，判断被测设备是否发生故障，并制定检修计划。该方法能够对被测设备进行在线检测，但对于避雷器、电缆头局部的绝缘劣化、放电等缺陷，检测泄露电流及电缆头温度灵敏度低，甚至不能判断。
申请号为201811519232.2的专利公开了一种用于检测配电网的可移动平台涉及配电网检测设备，该设备由可移动载体、数据处理模块、检测模块、集成接线模块和人机交互模块构成，解决了传统的工厂进行线缆实验缺少机动性，效率低下以及实验周期长等问题。但该设备只能够对线缆作出检测，非接触检测灵敏度较低。
申请号为201910694071.9的专利公开了一种开关柜状态评估方法及服务器，获取对开关柜进行红外测温、开关柜巡检、局放检测、开关柜运行参数监测，根据检测结果对开关柜运行状态作出评估。该方法只能在运行电压下检测，运行电压相对低，对于绝缘的劣化及局部放电检测灵敏度相对较低，状态评价结果不准确。
局部放电监测方法是广泛应用的检测电力设备绝缘潜伏性故障的方法，但配电网自身对地运行电压低，极大地降低了潜伏性故障检测灵敏度，云南电科院提出了一种自产供电相电源的控制配电网相电压的方法，可将系统某两相电压升高后测量局部放电量，但是该方法控制相电压时，各电气参量表现出来的特性与接地故障相同，且接地故障电弧检测的目的是发现接地相，接地相的电弧放电强烈，非故障相放电信号弱。设备潜伏性故障检测的目的是，发现设备一相、两相或三相存在弱小的局部放电。监测系统对于接地电弧产生相(故障相)，与状态监测潜伏性故障相有效区分困难。
综上所述，现有技术中尚无采用提高相电压，高灵敏度检测设备局部放电量，发现潜伏性故障对配电网设备进行系统性状态评估的方法。
发明内容
本申请提供了一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统，以解决现有的配电网设备潜伏性故障评估方法的检测灵敏度较低的问题。
第一方面，本申请提供了一种配电网设备潜伏性故障的评估方法，包括选取系统其中一相为操作相，其余另两相为测量相，调节相供电电源产生器分别输出操作相对应的第一预设启动电压和第二预设启动电压；
局部放电监测装置获取各相相邻周期间的电压差；
依次判断各相连续两次获取的电压差是否分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差；
当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差时，测量所述配电网设备的局部放电量，并将所述配电网设备的局部放电量上传至状态评估装置；
状态评估装置根据所述配电网设备的局部放电量大小，判定所述配电网设备绝缘是否存在潜伏性故障风险；若存在某配电网设备连续两次或以上被判定存在潜伏性故障风险，则将该配电网设备的安全状态标定为存在潜伏性故障。
可选的，所述第一预设启动电压和所述第二预设启动电压的相位均与所述操作相相反；
所述第一预设启动电压的幅值小于所述第二预设启动电压的幅值，所述第二预设启动电压的幅值小于系统额定相电压。
可选的，所述当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，测量所述测量相的配电网设备的局部放电，还包括：
当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，该相为操作相，其余两相为测量相。
第二方面，基于上述的配电网设备潜伏性故障的评估方法，本申请还提供了一种配电网设备潜伏性故障的评估系统，用于配电网系统，配电网系统包括A、B、C三相线路，包括相供电电源产生器，所述相供电电源产生器用于与配电网系统的中性点连接，所述相供电电源产生器包括A、B、C三相供电线，A、B、C三相供电线分别产生与配电网系统电压UA、UB和UC相位相反、幅值相同的电压；
所述相供电电源产生器与所述配电网系统中性点的连接上设置所述控制开关，所述控制开关用于控制所述相供电电源产生器的A、B、C三相供电相电源对应控制配电网系统上A、B、C三相线路电压；
所述配电网设备潜伏性故障的评估系统还包状态评估装置以及数个均与所述评估装置连接的检测装置，所述检测装置包括三相耦合电容器以及均与所述三相耦合电容器连接的局部放电监测装置；
所述三相耦合电容器用于耦合配电网设备局部放电信号与配电网系统的电压值；
所述局部放电监测装置包括：
局放检测模块，用于采集配电网设备的局部放电信号；
数据传输模块，用于将局部放电信号传输给状态评估装置；
所述配电网设备绝缘潜伏性故障的评估系统还包括多组检测装置，
所述状态评估装置包括：
通讯模块，用于接收局部放电信号；
状态标定模块，用于根据局部放电信号，标定配电网设备的安全状态；
故障判定模块，用于根据配电网设备的安全状态，判定配电网设备是否存在潜伏性故障。
可选的，所述三相耦合电容器一端安装在配电网设备的高压侧，另一端连接所述局部放电监测装置。
可选的，所述局部放电监测装置一端连接在三相耦合电容器上，另一端接地。
可选的，数个所述检测装置的分布为：配电网系统的线路上，每间隔预设的距离设置一个所述检测装置。
本申请提供了一种配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统，用于评估配电网系统的潜伏性故障，具体方法包括，首先，选取配电网系统中A、B、C三相线路上某一相线路作为操作相，其余两相为测量相，通过调节操作相对应的供电电源产生器依次输出与第一预设启动电压和第二预设启动电压等值的相电压，通过将操作相的相电压降低为零，模拟配电网系统发生单相接地故障时的运行状态，并测量中性点在该故障前后发生的电压变化量，当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，自动启动局部放电监测装置进行检测配电设备潜伏性故障，此时该相为操作相，其余两相为测量相，测量其余两相上的配电网设备的局部放电量；改变操作相，直至A、B、C三相均作为一次操作相；然后根据测量配电网设备的局部放电，则判定A、B或C三相线路上配电网设备存在潜伏性故障。
在本申请提供的配电网设备潜伏性故障评估过程中，通过相供电电源产生器改变相电压，当降低操作相的相电压时，另两项的相电压将相应升高，较高的电压作用在配电网设备上，若配电网设备存在局部放大情况，则局部放电电量也相应增大，较大的局部放电量便于采集以及故障分析，因此，本申请的配电网设备潜伏性故障的评估方法及系统，对配电网设备的潜伏性故障具有的较高检测灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请配电网设备潜伏性故障的评估方法的流程图；
图2为本申请配电网设备潜伏性故障的评估系统的等效电路图；
图3为本申请配电网设备潜伏性故障的评估系统的电路图。
图1-3中的标号分别为：1-相供电电源产生器，2-控制开关，3-三相耦合电容器，4-局部放电监测装置，5-状态评估装置。
具体实施方式
本申请提供一种配电网设备潜伏性故障的评估方法，用于评估配电网系统的潜伏性故障。图1为本申请配电网设备潜伏性故障的评估方法的流程图，如图1所示，配电网设备潜伏性故障的评估方法包括：
S110：选取系统其中一相为操作相，其余另两相为测量相，调节相供电电源产生器分别输出操作相对应的第一预设启动电压和第二预设启动电压。
具体地，选取配电网系统中A、B、C三相线路中的一相为操作相x，另两相为测量相y、z，操作相x对应的操作相电压为Ux，测量相y、z对应的测量相电压为Uy、Uz，其中，x、y、z＝A、B或C。
闭合操作开关，所述相供电电源产生器分别输出操作相第一预设启动电压和操作相第二预设启动电压，并各自保持1-2个测量周期的时间。所述操作相第一预设启动电压和操作相第二预设启动电压的相位与相应操作相相反，其幅值均不大于系统额定相电压；
所述第一预设启动电压幅值小于第二预设启动电压幅值，且第二预设启动电压幅值不超过系统额定相电压。
所述第一预设启动电压幅值为10％～90％系统额定相电压；
所述第二预设启动电压幅值为90％～100％系统额定相电压；
所述测量周期为1～10个工频周期。
S120：局部放电监测装置获取各相相邻周期间的电压差。
S130：依次判断各相连续两次获取的电压差是否分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差。
S140：当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差时，测量所述配电网设备的局部放电量，并将所述配电网设备的局部放电量上传至状态评估装置。
当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差时，测量所述配电网设备的局部放电量，并将所述测量相局部放电量上传至状态评估装置局部放电监测装置实施监测系统电压，当满足局部放电检测自动启动条件时，测量所述配电网设备的局部放电量，并将测量结果上传至状态评估装置。具体包括：
首先，局部放电监测装置实时监测系统三相电压。
其次，计算当前周期与前一周期的各相电压电压差，当存在某一相连续两个测量周期的相电压电压差分别近似等于第一预设启动电压、第二预设启动电压与第一预设启动电压的电压差时，认为满足检测条件。满足检测条件的一相为操作相，其余两相位测量相。
各相电压电压差，计算方法可表示为：ΔUj＝Uj-U′j，其中，j为A、B、C，Uj为前一测量周期的相电压幅值(有效值)，U′j为当前测量周期的相电压幅值。
S150：改变操作相，直至三相均作为一次操作相。
分别依次将其余两相作为操作相，重复上述步骤。
S160：状态评估装置根据所述配电网设备的局部放电量大小，判定所述配电网设备绝缘是否存在潜伏性故障风险；若存在某配电网设备连续两次或以上被判定存在潜伏性故障风险，则将该配电网设备的安全状态标定为存在潜伏性故障。
状态评估装置根据局部放电量判断设备是否存在潜伏性故障，若有某相在两次测量中的局部放电量均超过放电量异常阈值，则可以判断设备存在潜伏性故障。
进一步地，当某相连续两侧获取的电压差分别近似等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，该相为操作相，其余两相为测量相。
给出一种实施例，本实施例中，设系统为10kV系统，设第一预设启动电压为1kV，第二预设启动电压5kV。首先选取A相为操作相，B相、C相为测量相；
操作控制开关将对应操作相A相的供电电源产生器的相电压接入中性点，此时操作相电压记为UA，待测相电压记为UB、UC。
调节相供电电源产生器输出第一预设启动电压，此时A相电压由5.77kV变为4.77kV；此时局部放电监测装置检测到A、B、C三相电压分别约为4.77∠0°、6.33∠-128°和6.33∠128°，保持一个测量周期的时长。
调节相供电电源产生器输出第二启动电压为5kV，此时A相电压将变为0.77kV。此时局部放电监测装置检测到A、B、C三相电压分别约为0.77∠0°、9.33∠-147°和9.33∠147°，保持一个测量周期的时长。
计算连续的两次各相电压差值分别为：
Figure GDA0003426112660000051
Figure GDA0003426112660000052
可见其中ΔUA1和第一预设启动电压1kV相等，且ΔUA2和第二预设启动电压与第一预设启动电压的差值相等，均为3kV，认为达到启动条件，且A相为操作相。
测量完本次待测相后，将操作相改为B和C相，重复上述步骤，测量设备的局部放电。
将局部放电监测装置测量的局部放电量传送给后台系统，后台系统依据放电量的大小，判断设备是否存在潜伏性故障，若某相在循环测量中2次的局部放电量大小都不满足要求，则判断为该局部放电监测装置检测的设备存在潜伏性故障。
此时显示配电网设备状态评估结果，结束系统状态评估。
本申请还提供一种配电网设备潜伏性故障的评估系统，用于评估配电网系统的潜伏性故障，其中，配电网系统包括A、B、C三相线路。
图2为本申请配电网设备潜伏性故障的评估系统的等效电路图，图3为本申请配电网设备潜伏性故障的评估系统的电路图，如图2与图3所示，配电网设备潜伏性故障的评估系统，用于配电网系统，配电网系统包括A、B、C三相线路，包括相供电电源产生器1，所述相供电电源产生器1用于与配电网系统的中性点连接，所述相供电电源产生器1包括A、B、C三相供电线，A、B、C三相供电线分别产生与配电网系统电压UA、UB和UC相位相反、幅值相同的电压；
所述相供电电源产生器1与所述配电网系统中性点的连接上设置所述控制开关2，所述控制开关2用于控制所述相供电电源产生器的A、B、C三相供电相电源对应控制配电网系统上A、B、C三相线路电压；
所述配电网设备潜伏性故障的评估系统还包状态评估装置5以及数个均与所述评估装置连接的检测装置，所述检测装置包括三相耦合电容器3以及均与所述三相耦合电容器3连接的局部放电监测装置4；
所述三相耦合电容器3用于耦合配电网设备局部放电信号与配电网系统的电压值；
所述局部放电监测装置4包括：
局放检测模块，用于采集配电网设备的局部放电信号；
数据传输模块，用于将局部放电信号传输给状态评估装置；
所述配电网设备绝缘潜伏性故障的评估系统还包括多组检测装置，
所述状态评估装置5包括：
通讯模块，用于接收局部放电信号；
状态标定模块，用于根据局部放电信号，标定配电网设备的安全状态；
故障判定模块，用于根据配电网设备的安全状态，判定上配电网设备是否存在潜伏性故障。
具体地，所述三相耦合电容器3一端安装在配电网设备的高压侧，另一端连接所述局部放电监测装置。
具体地，所述局部放电监测装置4一端连接在三相耦合电容器3上，另一端接地。
具体地，数个所述检测装置的分布为：配电网系统的线路上，每间隔预设的距离设置一个所述检测装置。

Claims (6)

1.一种配电网设备潜伏性故障的评估方法，其特征在于，包括：
选取系统其中一相为操作相，其余另两相为测量相，调节相供电电源产生器分别输出操作相对应的第一预设启动电压和第二预设启动电压，所述第一预设启动电压和所述第二预设启动电压的相位均与所述操作相相反，所述第一预设启动电压的幅值小于所述第二预设启动电压的幅值，所述第二预设启动电压的幅值小于系统额定相电压；
局部放电监测装置获取各相相邻测量周期间的电压差；
依次判断各相连续两次获取的电压差是否分别等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差；
当某相连续两次 获取的电压差分别等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压的电压差时，测量所述配电网设备的局部放电量，并将所述配电网设备的局部放电量上传至状态评估装置；
改变操作相，直至三相均作为一次操作相；
状态评估装置根据所述配电网设备的局部放电量大小，判定所述配电网设备是否存在潜伏性故障风险，其中若所述局部放电量均超过放电量异常阈值，则所述配电网设备存在潜伏性故障风险；
若存在某配电网设备连续两次或以上被判定存在潜伏性故障风险，则将该配电网设备的安全状态标定为存在潜伏性故障。
2.根据权利要求1所述的配电网设备潜伏性故障的评估方法，其特征在于，所述当某相连续两次 获取的电压差分别等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，测量所述测量相上的配电网设备的局部放电，还包括：
当某相连续两次 获取的电压差分别等于所述第一预设启动电压、所述第一预设启动电压与所述第二预设启动电压差时，该相为操作相，其余两相为测量相。
3.一种配电网设备潜伏性故障的评估系统，用于配电网系统，配电网系统包括A、B、C三相线路，其特征在于，包括相供电电源产生器（1），所述相供电电源产生器（1）用于与配电网系统的中性点连接，所述相供电电源产生器（1）包括A、B、C三相供电线，A、B、C三相供电线分别产生与配电网系统相电压相位相反、幅值可调的电压；
所述相供电电源产生器（1）与所述配电网系统中性点的连接上设置控制开关（2），所述控制开关（2）用于控制所述相供电电源产生器的A、B、C三相供电相电源对应控制配电网系统上A、B、C三相线路电压；
所述配电网设备潜伏性故障的评估系统还包括状态评估装置（5）以及数个均与所述状态评估装置(5)连接的检测装置，所述检测装置包括三相耦合电容器（3）以及均与所述三相耦合电容器（3）连接的局部放电监测装置（4）；
所述三相耦合电容器（3）用于耦合配电网设备局部放电信号与配电网系统的电压值；
所述局部放电监测装置（4）包括：
局放检测模块，用于采集配电网设备的局部放电信号；
数据传输模块，用于将局部放电信号传输给状态评估装置；
所述配电网设备绝缘潜伏性故障的评估系统还包括多组检测装置，
所述状态评估装置（5）包括：
通讯模块，用于接收局部放电信号；
状态标定模块，用于根据局部放电信号，标定配电网设备的安全状态；
故障判定模块，用于根据配电网设备的安全状态，判定配电网设备是否存在潜伏性故障。
4.根据权利要求3所述的配电网设备潜伏性故障的评估系统，其特征在于，所述三相耦合电容器（3）一端安装在配电网设备的高压侧，另一端连接所述局部放电监测装置。
5.根据权利要求3所述的配电网设备潜伏性故障的评估系统，其特征在于，所述局部放电监测装置（4）一端连接在三相耦合电容器（3）上，另一端接地。
6.根据权利要求3所述的配电网设备潜伏性故障的评估系统，其特征在于，数个所述检测装置的分布为：配电网系统的线路上，每间隔预设的距离设置一个所述检测装置。
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