CN112182846B - 一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质，该方法包括：分别获取有载分接开关中切换开关单数侧和双数侧的监测波形；搭建分接开关的电磁暂态仿真模型，进行有载分接开关正常切换的仿真，得到有载分接开关的切换开关单、双数侧的仿真波形；根据监测波形和仿真波形判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；若判断有载分接开关的工作状态正常，则结束；否则，通过和故障仿真波形库中的故障仿真波形进行对比，或者设置新的故障重新仿真计算，直至得到与监测波形特征一致的仿真波形，确定故障原因。本发明在不改变分接开关原有接线和结构的前提下实时监测开关内部电气量，并通过仿真对比，诊断有载分接开关的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备监测技术领域，尤其涉及一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质。
背景技术
有载分接开关是变压器核心组部件，在交流系统中有着稳定负荷中心电压，调节无功潮流的作用，在直流输电系统中发挥着稳定换流变输出电压、调节换流器触发角或调制比、增加电网控制灵活性的作用。有载分接开关作为变压器唯一可动作部件，对绝缘和机械可靠性的要求较高。据统计，分接开关故障导致的有载调压变压器故障占总故障的30％以上，且一旦发生故障，缺乏必要的故障录波数据用以支撑故障分析。
为掌握有载分接开关的工作状态，现有的分接开关在线监测主要是利用振动测量、声纹测量、电机转矩测量、温度测量和油速测量等方法对切换过程中各部位的机械、温度、油化等参量进行采集和分析。但是这些测量方法都是基于间接量的监测，无法反映有载分接开关内部出现电气故障和初发缺陷的情况，致使运维人员不能实时、准确地掌握有载分接开关的工作状态，增加了电网运行风险。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质，能在线监测有载分接开关内部的电流和电压，并通过仿真对比，确定有载分接开关的工作状态，从而有效降低运行风险。
为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种分接开关的在线监测和诊断方法，包括以下步骤：
分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
在所述分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中选择一种故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
优选地，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的；
所述有载分接开关中切换开关双数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的。
优选地，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的；所述有载分接开关中切换开关双数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的。
优选地，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常，具体包括：
根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、过渡电阻和切换时序是否正常。
优选地，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、内部连线、过渡电阻和切换时序是否正常，具体包括：
根据所述监测波形，获取第一桥接电流幅值、第一桥接时间、第一燃弧电压、第一燃弧时间、第一过渡电阻电压、第一恢复电压、第一恢复电压对应的第一持续时间；
根据所述正常切换时的仿真波形，获取第二桥接电流幅值、第二桥接时间、第二过渡电阻电压、第二恢复电压、第二恢复电压对应的第二持续时间；
比较所述第一过渡电阻电压和所述第二过渡电阻电压大小判断所述过渡电阻是否正常；
根据所述第一燃弧电压和所述第一燃弧时间，判断所述有载分接开关的主触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一桥接电流幅值与第二桥接电流幅值，判断所述有载分接开关的机构状态和转换开关是否正常；
比较第一桥接时间与第二桥接时间的大小关系，判断所述有载分接开关的辅助触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一恢复电压与所述第二恢复电压的大小关系，以及比较所述第一持续时间和所述第二持续时间的大小关系，判断所述有载分接开关内部连线和切换时序是否正常。
优选地，所述故障案例库记录的故障情况包括所述有载分接开关的主触头绝缘失效、辅助触头绝缘失效、转换开关油中拉弧、切换时序错误、机构卡涩、过渡电阻损坏和所述有载分接开关内部连线出现断线。
本发明另一实施例提供了一种分接开关的在线监测和诊断装置，所述装置包括：
监测波形获取模块，用于分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
模型搭建模块，用于搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
波形库建立模块，用于在所述分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
判断模块，用于根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
诊断模块，用于若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中逐一选择故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因和故障过程。
本发明还有另一实施例对应提供了一种使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置，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上述任一项所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
本发明还有一实施例提供了一种计算机可读存储介质，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上述任一项所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质，在不改变分接开关原有接线和结构的前提下，通过实时采集有载分接开关中切换开关油室外单数侧、双数侧进线处电流以及单数侧、双数侧进线端子与中性点间的电压，与仿真计算得到的正常操作时的相应电压、电流作对比，判断分接开关切换时序、机械状态、内部绝缘状态是否正常，从而实现对分接开关内部状态全面、实时、准确的掌握。本发明不仅能解决现有的基于间接量监测方法的实用性、灵敏性、准确性不高的问题，还能实现真正意义上的分接开关在线监测和故障预警，对避免分接开关初步缺陷导致的故障扩大、降低变压器匝间短路的风险、提高检修效率和针对性，意义重大。
附图说明
图1是本发明提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法的一实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法的另一实施例的流程示意图；
图3是本发明提供的一种有载分接开关在线监测的一个实施例的实物连接示意图；
图4是本发明提供的一种有载分接开关的电气量监测的一个实施例的原理示意图；
图5是本发明提供的一种有载分接开关正常切换时对应的监测波形的一个实施例的示意图；
图6是本发明提供的一种有载分接开关正常切换时对应的仿真波形的一个实施例的示意图；
图7是本发明提供的一种有载分接开关转换开关拉弧短接时对应的监测波形的一个实施例的示意图；
图8是本发明提供的一种有载分接开关转换开关拉弧短接时对应的仿真波形的一个实施例的示意图；
图9是本发明提供的一种分接开关的在线监测和诊断装置的一实施例的结构示意图；
图10是本发明提供的一种使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的一实施例的结构示意图。
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，是本发明提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法的一个实施例的流程示意图，所述方法包括步骤S1至步骤S5：
S1、分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
S2、搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
S3、在所述分接开关的电磁暂态仿真模型的基础上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的典型故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
S4、根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
S5、若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中逐一选择故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
具体地，分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，监测波形包括电流监测波形和电压监测波形。为了方便表达，切换开关单数侧的监测电流用Ia表示，监测电压用Ua表示；切换开关双数侧的监测电流用Ib表示，监测电压用Ub表示。
搭建有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行有载分接开关正常切换的仿真，得到切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形。为了方便表达，切换开关单数侧的仿真电流用I′a表示，仿真电压用U′a表示；切换开关双数侧的仿真电流用I′b表示，仿真电压用U′b表示。
有载分接开关的电磁暂态仿真模型可以通过在PSCAD/EMTDC中搭建单相有载调压变压器模型实现，用3绕组变压器模型模拟带分接引线的双绕组变压器；第3绕组电压设置为分接开关级间电压Ust，并与第1绕组首尾相连，模拟一次绕组和调压绕组的连接；用断路器模型模拟切换触头，通过设置多个断路器动作时间模拟开关动作时序，根据分接开关实际结构设置单过渡电阻或双过渡电阻。
在分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，并建立故障仿真波形库。其中故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形。预设的故障仿真波形库可以提高分接开关故障排查的效率，同时，故障仿真波形库后续可进行持续补充和完善。
根据监测波形和正常切换时的仿真波形，判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常。若监测波形和仿真波形相差不大，则有载分接开关工作状态为正常，若监测波形和仿真波形相差较大，则有载分接开关的内部电气状态或机械状态为不正常。
若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和故障仿真波形库中的故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，采用“穷举法”从预设的故障案例库中逐一选择故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。故障案例库记录有多种故障情况，同样地，故障案例库可以根据实际运行遇到的情况不断进行补充和丰富。
为了更清楚地了解本发明的实施流程，本发明还提供另一个实施例的流程步骤，参见图2。由图2可知：通过对比有载分接开关操作时的实时监测波形和正常切换仿真波形，判断有载分接开关的工作状态是否正常，若不正常，则和故障仿真波形库中的故障波形进行对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若未找到对应的故障特征一致的故障仿真波形，则重新仿真，直到得到与监测波形比较吻合的仿真波形，从而确定分接开关发生了哪种故障。
本发明实施例1提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法，能在线监测有载分接开关内部的电流和电压，并通过仿真对比，确定有载分接开关的工作状态，从而有效降低运行风险。
作为上述方案的改进，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的；
所述有载分接开关中切换开关双数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的。
具体地，有载分接开关中切换开关单数侧的电流监测波形是通过在有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的。
有载分接开关中切换开关双数侧的电流监测波形是通过在有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的。
也就是说，电流互感器可以选用两种，一种为电磁式电流互感器，其串接在有载分接开关切换开关单数侧和双数侧两侧进线端与分接选择器之间，即电磁式电流互感器一端连接切换开关的进线端，另一端连接分接选择器，该方式的优点是电磁式电流互感器布置在变压器油箱外，可尽量降低对变压器内部的影响，缺点是需要更改切换开关和分接选择器之间的连线设计和布置；另一种方式为空心式光纤电流互感器，其为穿心环形结构，能环套在有载分接开关切换开关单数侧和双数侧两侧进线端与分接选择器之间的连线上，该方式的优点是光纤电流互感器为全绝缘，不需要更改分接开关自身接线形式，直接环套在原有的连线上即可，缺点是光纤电流互感器需要布置在变压器油箱内。
下面以第二种电流互感器为例进行说明：图3是本发明提供的一种有载分接开关在线监测的一个实施例的实物连接示意图。由图3可知，有载分接开关的内部电气量测量引出装置包括：出线套管、有载分接开关中切换开关单数侧两根引线和双数侧两根引线，其中，出线套管安装在变压器油箱顶盖，起到对引线绝缘和固定支撑的作用。单数侧两根引线中，一根是从切换开关单数侧的进线端引出的连接导线，另一根是从切换开关单数侧电流互感器引出的光纤传输线。双数侧两根引线中，一根是从切换开关双数侧的进线端引出的连接导线，另一根是从切换开关双数侧电流互感器引出的光纤传输线。
作为上述方案的改进，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的；所述有载分接开关中切换开关双数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的。
具体地，有载分接开关中切换开关单数侧的电压监测波形是通过在有载分接开关的切换开关单数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的，即该电压互感器一端连接切换开关单数侧的进线端子，另一端连接中性点套管。有载分接开关中切换开关双数侧的电压监测波形是通过在有载分接开关的切换开关双数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的。即该电压互感器一端连接切换开关双数侧的进线端子，另一端连接中性点套管。详细接线图可以参见图3。
为了加深对本发明所述电气量监测电路和原理的理解，本发明该实施例还提供一种有载分接开关的电气量监测原理示意图，具体参见图4。
作为上述方案的改进，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常，具体包括：
根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、过渡电阻和切换时序是否正常。
具体地，根据监测波形和正常切换时的仿真波形，判断有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、内部连线、过渡电阻和切换时序是否正常。一般地，传动机构、辅助触头、主触头和过渡电阻是有载分接开关容易发生故障的部位，通过判断有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、内部连线、过渡电阻和切换时序是否正常，就可以确定有载分接开关是否处于正常的工作状态。
作为上述方案的改进，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、内部连线、过渡电阻和切换时序是否正常，包括：
根据所述监测波形，获取第一桥接电流幅值、第一桥接时间、第一燃弧电压、第一燃弧时间、第一过渡电阻电压、第一恢复电压、第一恢复电压对应的第一持续时间；
根据所述正常切换时的仿真波形，获取第二桥接电流幅值、第二桥接时间、第二过渡电阻电压、第二恢复电压、第二恢复电压对应的第二持续时间；
比较所述第一过渡电阻电压和所述第二过渡电阻电压大小判断所述过渡电阻是否正常；
根据所述第一燃弧电压和所述第一燃弧时间，判断所述有载分接开关的主触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一桥接电流幅值与第二桥接电流幅值，判断所述有载分接开关的机构状态和转换开关是否正常；
比较第一桥接时间与第二桥接时间的大小关系，判断所述有载分接开关的辅助触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一恢复电压与所述第二恢复电压的大小关系，以及比较所述第一持续时间和所述第二持续时间的大小关系，判断所述有载分接开关内部连线和切换时序是否正常。
具体地，根据监测波形，获取第一桥接电流幅值、第一桥接时间、第一燃弧电压、第一燃弧时间、第一过渡电阻电压、第一恢复电压、第一恢复电压对应的第一持续时间。参见图5，是本发明提供的一种有载分接开关正常切换时对应的监测波形的示意图。
根据正常切换时的仿真波形，获取第二桥接电流幅值、第二桥接时间、第二过渡电阻电压、第二恢复电压、第二恢复电压对应的第二持续时间。参见图6，是本发明提供的一种有载分接开关正常切换时对应的仿真波形的示意图。
比较第一过渡电阻电压与第二过渡电阻电压的大小关系，判断过渡电阻是否正常。根据第一燃弧电压和第一燃弧时间，判断第一燃弧电压与预设燃弧电压幅值的差值是否大于预设的第一阈值，判断第一燃弧时间与预设燃弧时间的差值是否大于预设的第二阈值，从而判断有载分接开关的主触头断口绝缘状态是否正常。若小于，则判断为正常，否则，判断为不正常。
比较第一桥接时间与第二桥接时间的大小关系，判断有载分接开关的辅助触头断口绝缘状态是否正常。根据有载分接开关切换开关单数侧的监测波形与双数侧的监测波形，可以读取到两侧的第一桥接时间，若第一桥接时间与第二桥接时间的差值大于预设的第三阈值，则有载分接开关的辅助触头断口绝缘状态不正常。
比较第一恢复电压与第二恢复电压的大小关系，以及比较第一持续时间和第二持续时间的大小关系，判断第一恢复电压与第二恢复电压的差值是否大于预设的第四阈值，判断第一持续时间与第二持续时间的差值是否大于预设的第五阈值，从而判断有载分接开关的内部连线和切换时序是否正常。若小于，则判断为正值，否则，判断为不正常。
一般地，变压器有载分接开关按结构和切换逻辑来分，主要分为单过渡电阻型式和双过渡电阻型式两种，本发明该实施例中，以某双过渡电阻型式为例说明过渡电阻的求解。当主触头断开时，监测波形中的电压值为Ua＝Iload·R，其中，Iload为负荷电流值，此时，Iload＝Ia；过渡电阻R可通过上述公式求出。
比较过渡电阻的电阻值与预设的电阻值的大小，若两者的差值大于预设的阈值，则过渡电阻不正常；反之，则过渡电阻正常。
需要说明的是，对于双过渡电阻有载分接开关，其切换开关切换过程主要分为主触头断开、过渡电阻桥接接入、过渡电阻桥接断开和辅助触头闭合四个阶段。对于单过渡电阻有载分接开关，其切换开关切换过程主要分为主触头断开、过渡电阻桥接接入和过渡电阻桥接断开三个阶段。根据仿真得到的不同结构的分接开关中I′a、I′b、U′a、U′b波形在每个阶段的数学解析式分别如表1和表2所示，表中均为从a侧到b侧的切换过程，从b侧到a侧切换过程可参照反推。
表1典型双过渡电阻分接开关切换过程中电压、电流数学解析式
| 监测量 | 切换前 | 主触头断开 | 过渡电阻桥接接入 | 过渡电阻桥接断开 | 辅助触头闭合 |
| I′<sub>a</sub> | I<sub>load</sub> | I<sub>load</sub> | I<sub>load</sub>/2-Ust/2R | 0 | 0 |
| I′<sub>b</sub> | 0 | 0 | I<sub>load</sub>/2+Ust/2R | I<sub>load</sub> | I<sub>load</sub> |
| U′<sub>a</sub> | 0 | I<sub>load</sub>·R | RI<sub>load</sub>/2-Ust/2 | Ust+I<sub>load</sub>R | Ust |
| U′<sub>b</sub> | U<sub>st</sub> | Ust-I<sub>load</sub>·R | RI<sub>load</sub>/2+Ust/2 | I<sub>load</sub>·R | 0 |
表2典型单过渡电阻分接开关切换过程中电压、电流数学解析式
| 监测量 | 切换前 | 主触头断开 | 过渡电阻桥接接入 | 过渡电阻桥接断开 |
| I′<sub>a</sub> | I<sub>load</sub> | I<sub>load</sub> | Ust/R | 0 |
| I′<sub>b</sub> | 0 | 0 | I<sub>load</sub>-Ust/R | I<sub>load</sub> |
| U′<sub>a</sub> | 0 | I<sub>load</sub>·R | Ust | Ust |
| U′<sub>b</sub> | Ust | Ust-I<sub>load</sub>·R | 0 | 0 |
为了加深对本发明的理解，本发明该实施例以一个例子对本发明的方法进行说明。假设在双过渡电阻真空分接开关的一次切换操作中，由于主触头真空泡绝缘下降，未能切断负荷电流，使得转换开关油中带电拉弧，导致转换开关动静触头通过电弧短接，进而级间电压仅通过一个过渡电阻桥接，造成级间环流增大，故障电流骤增，此时得到的监测波形如图7所示，对应的I′a、I′b、U′a、U′b的数学解析式分别为I'a＝-Ust/(R+Rarc)、I'b＝Iload+Ust/(R+Rarc)、U'a＝-UstR/(R+Rarc)、U′b＝0，其中，Rrac为电弧电阻。
得到监测波形后，和分接开关正常切换时的仿真波形进行对比，分析得两者波形差异超过阈值，判断为切换过程异常。由于故障波形不在故障仿真波形库中，于是以“穷举法”假设故障原因和故障部位，重新进行仿真模拟，当模拟真空泡失效、转换开关拉弧并短接时，得到的仿真波形如图8所示，与图7的监测波形重合度超95％，最终得出结论：当主触头真空泡绝缘失效，灭弧失败时，转换开关拉弧短接导致的故障仿真波形和实测波形相一致，判断为真空泡绝缘故障。此时，执行上述方法的装置还可以发出故障预警，禁止分接开关继续操作，提示开展分接开关停电吊芯检查。通过该实例说明，本发明的方法能有效识别故障发生前的分接开关缺陷，从而预警运维人员，以避免分接开关的缺陷扩大甚至造成变压器匝间短路故障的严重后果。
作为上述方案的改进，所述故障案例库记录的故障情况包括所述有载分接开关的主触头绝缘失效、辅助触头绝缘失效、转换开关油中拉弧、切换时序错误、机构卡涩、过渡电阻损坏和所述有载分接开关内部连线出现断线。
具体地，故障案例库记录的故障情况包括有载分接开关的主触头绝缘失效、辅助触头绝缘失效、转换开关油中拉弧、切换时序错误、机构卡涩、过渡电阻损坏和有载分接开关内部连线出现断线。当然，还有其他故障情况，包括：油中绝缘下降、转换开关接触不良，引线断开、分接选择器故障等。同时，该故障案例库还可以根据变压器运行中遇到的新故障情况进行不断丰富和完善，以尽可能覆盖有载分接开关所能出现的所有故障情况。
参见图9，是本发明提供的一种分接开关的在线监测和诊断装置的一个实施例的结构示意图，所述装置包括：
监测波形获取模块11，用于分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
模型搭建模块12，用于搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
波形库建立模块13，用于在所述分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
判断模块14，用于根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
诊断模块15，用于若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中逐一选择一种故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
本发明实施例所提供的一种分接开关的在线监测和诊断装置能够实现上述任一实施例所述的分接开关的在线监测和诊断方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的分接开关的在线监测和诊断方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。
参见图10，是本发明该实施例提供的一种使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的示意图，所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器20中，并由处理器10执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在一种分接开关的在线监测和诊断方法中的执行过程。例如，计算机程序可以被分割成监测波形获取模块、模型搭建模块、波形库建立模块、判断模块和诊断模块，各模块具体功能如下：
监测波形获取模块11，用于分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
模型搭建模块12，用于搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
波形库建立模块13，用于在所述分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
判断模块14，用于根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
诊断模块15，用于若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选择故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中逐一选择一种故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的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。所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，示意图10仅仅是一种使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的示例，并不构成对所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
处理器10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)、现成可编程门阵列(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处理器10也可以是任何常规的处理器等，处理器10是所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的各个部分。
存储器20可用于存储所述计算机程序和/或模块，处理器10通过运行或执行存储在存储器20内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器20内的数据，实现所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置的各种功能。存储器20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20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(Secure Digital,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，所述使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置集成的模块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，上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，上述计算机程序包括计算机程序代码，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。计算机可读介质可以包括：能够携带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-OnlyMemory)、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。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，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上述任一实施例所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
综上，本发明实施例所提供的一种分接开关的在线监测和诊断方法、装置及存储介质，通过实时采集有载分接开关中切换开关油室外单数侧、双数侧进线处电流以及单数侧、双数侧进线端子与中性点间的电压，与仿真计算得到的正常操作时的相应电压、电流作对比，判断分接开关切换时序、机械状态、内部绝缘状态是否正常，从而实现对分接开关内部状态全面、实时、准确的掌握。
目前分接开关内部电气量测量方法主要用在分接开关的工作负载试验中，但试验时不包括变压器和分接选择器、电流互感器采用外置式，且接线、布置方式和所采集的电气量特点均不同于运行中的分接开关。因此，本发明不仅能解决现有的基于间接量监测方法的实用性、灵敏性、准确性不高的问题，还能实现真正意义上的运行中分接开关在线监测和故障预警，对避免分接开关初步缺陷导致的故障扩大，降低变压器匝间短路的风险、提高检修效率和针对性，具有重要意义。
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 (9)
1.一种分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
在所述分接开关的电磁暂态仿真模型的基础上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选取故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中选择一种故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
2.如权利要求1所述的分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的；
所述有载分接开关中切换开关双数侧的电流监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上环套一个空心式光纤电流互感器采集得到的，或者是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线端与分接选择器之间的连线上串联电磁式电流互感器采集得到的。
3.如权利要求1所述的分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，所述有载分接开关中切换开关单数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关单数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的；所述有载分接开关中切换开关双数侧的电压监测波形是通过在所述有载分接开关的切换开关双数侧的进线处与中性点之间并联电压互感器采集得到的。
4.如权利要求1所述的分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常，具体包括：
根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、过渡电阻和切换时序是否正常。
5.如权利要求1所述的分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，所述根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的机构状态、主触头断口绝缘状态、辅助触头断口绝缘状态、转换开关、内部连线、过渡电阻和切换时序是否正常，具体包括：
根据所述监测波形，获取第一桥接电流幅值、第一桥接时间、第一燃弧电压、第一燃弧时间、第一过渡电阻电压、第一恢复电压、第一恢复电压对应的第一持续时间；
根据所述正常切换时的仿真波形，获取第二桥接电流幅值、第二桥接时间、第二过渡电阻电压、第二恢复电压、第二恢复电压对应的第二持续时间；
比较所述第一过渡电阻电压和所述第二过渡电阻电压大小判断所述过渡电阻是否正常；
根据所述第一燃弧电压和所述第一燃弧时间，判断所述有载分接开关的主触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一桥接电流幅值与第二桥接电流幅值，判断所述有载分接开关的机构状态和转换开关是否正常；
比较第一桥接时间与第二桥接时间的大小关系，判断所述有载分接开关的辅助触头断口绝缘状态是否正常；
比较所述第一恢复电压与所述第二恢复电压的大小关系，以及比较所述第一持续时间和所述第二持续时间的大小关系，判断所述有载分接开关内部连线和切换时序是否正常。
6.如权利要求1所述的分接开关的在线监测和诊断方法，其特征在于，所述故障案例库记录的故障情况包括所述有载分接开关的主触头绝缘失效、辅助触头绝缘失效、转换开关油中拉弧、切换时序错误、机构卡涩、过渡电阻损坏和所述有载分接开关内部连线出现断线。
7.一种分接开关的在线监测和诊断装置，其特征在于，包括：
监测波形获取模块，用于分别获取有载分接开关中切换开关单数侧的监测波形和双数侧的监测波形；其中，所述监测波形包括电流监测波形和电压监测波形；
模型搭建模块，用于搭建所述有载分接开关的电磁暂态仿真模型，进行所述有载分接开关正常切换的仿真，得到所述有载分接开关的切换开关单数侧的仿真波形和双数侧的仿真波形；其中，所述仿真波形包括电流仿真波形和电压仿真波形；
波形库建立模块，用于在所述分接开关正常切换的电磁暂态仿真模型上，继续模拟预设的多种典型故障情况，得到对应的故障仿真波形，建立故障仿真波形库；其中所述故障仿真波形库包括典型故障案例和对应的故障仿真波形；
判断模块，用于根据所述监测波形和所述正常切换时的仿真波形，判断所述有载分接开关的内部电气状态和机械状态是否正常；
诊断模块，用于若判断有载分接开关的内部电气状态和机械状态均正常，则结束；否则，继续和所述故障仿真波形库中的所述故障仿真波形进行逐一对比，选取故障特征一致的故障仿真波形，确定故障原因；若无故障特征一致的故障仿真波形，从预设的故障案例库中逐一选择一种故障情况进行重新仿真计算，直至得到的仿真波形与对应的监测波形的差异在预设范围内，确定故障原因。
8.一种使用分接开关的在线监测和诊断方法的装置，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6中任意一项所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
9.一种计算机可读存储介质，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6中任意一项所述的分接开关的在线监测和诊断方法。
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Legal Events
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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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