CN112285616B - 一种快速判断电气设备内部故障的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速判断电气设备内部故障的方法及装置，涉及电力设备监测技术领域；方法包括预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况；装置包括分析判断模块，用于变压器支路掉闸后，将测量的变压器高压侧感应电压U测与判据电压比对并确定电气设备故障情况；其通过上述方法等，实现快速判断电气设备内部故障。

Description

一种快速判断电气设备内部故障的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，尤其涉及一种快速判断电气设备内部故障的方法及装置。

背景技术

当前变压器及其附属的断路器开关、封闭母线GIS引线、电流互感器CT、电压互感器PT、避雷器等电气设备内部故障后，只能在设备停电后，通过试验装置或拆装等方式检查设备具体故障情况。

以变压器故障检测方法为例进行介绍：如利用传统的变压器故障检测方法，可以得到变压器的绝缘电阻、泄露电流等特性，但在使用兆欧表等检测设备时可能需要检测人员与变压器接触，还要做好放电、接地等防护工作，因此这些检测多在检修设备时执行，且检测时工作量较大，因此这些检测方法受限于被测设备状态与环境因素，并且有时候检测的相关数据误差较大。由于检测方式复杂，工作量大，变压器故障掉闸后，无法快速检测变压器内部绝缘情况。其余设备如PT、CT、开关等故障检测方法同样存在类似问题。

现有技术问题及思考：

如何解决电气设备内部故障判断效率较低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速判断电气设备内部故障的方法及装置，其通过预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤等，实现快速判断电气设备内部故障。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种快速判断电气设备内部故障的方法包括预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况。

进一步的技术方案在于：所述预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压的步骤包括S1提取感应电压数据和S202建立电气设备故障后内部绝缘判据，S1提取感应电压数据，从调度控制系统获取变压器高压侧感应电压值；S202建立电气设备故障后内部绝缘判据，将S1步骤中获取的变压器高压侧感应电压值归类并形成每一类别绝缘状态的判据电压。

进一步的技术方案在于：在S202步骤中，基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3；将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

进一步的技术方案在于：所述将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤包括S3分析判断，变压器支路掉闸后，测量并获取变压器高压侧感应电压值U测，将变压器高压侧感应电压值U测与判据电压进行比对，确定其故障类型。

进一步的技术方案在于：所述将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤为，

U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电；

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电；

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

一种快速判断电气设备内部故障的装置包括分析判断模块，用于变压器支路掉闸后，将测量的变压器高压侧感应电压U测与判据电压比对并确定电气设备故障情况。

进一步的技术方案在于：还包括建立感应电压计算模型模块、提取感应电压数据模块、建立电气设备故障后内部绝缘判据模块和输出结论模块，建立感应电压计算模型模块，用于感应电压计算模型包括变压器模型，所述变压器模型包括变压器等效电阻和变压器等效电容；提取感应电压数据模块，用于获取变压器高压侧感应电压值；建立电气设备故障后内部绝缘判据模块，用于获得电气设备高压侧的感应电压并形成判据电压；输出结论模块，用于根据分析判断模块的判断结论输出变压器内部绝缘情况的报告。

进一步的技术方案在于：所述建立感应电压计算模型模块，还用于感应电压计算模型还包括断路器断口电容、电流互感器对地电容、电压互感器对地电容、避雷器对地电容和引线对地电容。

进一步的技术方案在于：所述建立电气设备故障后内部绝缘判据模块，还用于基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3；将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

进一步的技术方案在于：所述分析判断模块，还用于U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电；

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电；

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

一种快速判断电气设备内部故障的方法包括预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况。该技术方案，其通过预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤等，实现快速判断电气设备内部故障。

一种快速判断电气设备内部故障的装置包括分析判断模块，用于变压器支路掉闸后，将测量的变压器高压侧感应电压U测与判据电压比对并确定电气设备故障情况。该技术方案，其通过分析判断模块等，实现快速判断电气设备内部故障。

详见具体实施方式部分描述。

附图说明

图1是本发明实施例1的流程图；

图2是本发明实施例2的原理框图；

图3是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种快速判断电气设备内部故障的方法包括如下步骤：

S1提取感应电压数据

从调度控制系统获取变压器高压侧感应电压值并将获取的数值存储至数据库。

S2建立变压器绝缘特性判据库

S201建立感应电压计算模型

感应电压计算模型包括变压器模型、断路器断口电容、电流互感器对地电容、电压互感器对地电容、避雷器对地电容和引线对地电容，所述变压器模型包括变压器等效电阻和变压器等效电容。

S202建立电气设备故障后内部绝缘判据

基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3。

将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

S3分析判断

变压器支路掉闸后，将测量的第四感应电压U测与判据库中的数值进行比对，从而确定电气设备故障情况。

U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电。

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电。

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

S4输出结论

根据S3步骤的判断结论输出变压器内部绝缘情况的报告。

实施例2：

如图2所示，本发明公开了一种快速判断电气设备内部故障的装置包括提取感应电压数据模块、建立感应电压计算模型模块、建立电气设备故障后内部绝缘判据模块、分析判断模块和输出结论模块共五个程序模块，所述程序模块运行于计算机上。

提取感应电压数据模块，用于从调度控制系统获取变压器高压侧感应电压值并将获取的数值存储至数据库。

建立感应电压计算模型模块，用于感应电压计算模型包括变压器模型、断路器断口电容、电流互感器对地电容、电压互感器对地电容、避雷器对地电容和引线对地电容，所述变压器模型包括变压器等效电阻和变压器等效电容。

建立电气设备故障后内部绝缘判据模块，用于基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3；将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

分析判断模块，用于变压器支路掉闸后，将测量的第四感应电压U测与判据库中的数值进行比对，从而确定电气设备故障情况；

U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电；

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电；

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

输出结论模块，用于根据分析判断模块的判断结论输出变压器内部绝缘情况的报告。

本申请的发明构思：

通过研判故障后变压器高压侧感应电压大小，实现对电气设备内部绝缘情况的快速判断。

在设备故障掉闸后，若能对设备内部绝缘情况做出快速的判别，这对设备快速恢复运行从而保障电力供应、确保设备在绝缘正常的情况下送电从而保障设备安全都有重要意义。

技术原理说明：

如图3所示，其中标号示意为：

C_D:断路器断口电容

C_CT:电流互感器对地电容

C_F:避雷器对地电容

C_L:引线对地电容

C_PT:电压互感器对地电容

C_BT:变压器等效对地电容

R_BT:变压器等效电阻

如图3所示，变压器故障掉闸，即指断路器开断后，高压侧断路器断口并联电容、电压互感器对地电容、避雷器对地电容、引线对地电容、电流互感器对地电容以及变压器等效电阻、变压器等效对地电容等形成回路，从而变压器高压侧即电压测量点位置会产生感应电压。当该回路任一设备，即断路器、电压互感器、避雷器、电流互感器和变压器等元件中的一个设备，故障后，相关元件对地电容将发生变化，对地容抗也产生变化，进而变压器高压侧的感应电压发生变化。基于此原理及变化规律，通过研判故障后变压器高压侧感应电压大小，实现对电气设备内部绝缘情况的快速判断。

技术方案说明：

1.数据提取模块

数据采集模块从调度控制系统获取变压器高压侧感应电压值，即通过通信线路将变电站电压互感器采集到的电压数据传递至调度控制系统，记为U测，并将获取的数值存储至数据库。

2.变压器绝缘特性判据库

(1)感应电压计算模型搭建

专利申请点1：如图3所示，通过搭建变压器感应电压计算模型，可实现变压器高压侧感应电压数值计算。模型不仅指变压器的模型，变压器模型指图3中最后两个元件变压器等效电阻和变压器等效电容两部分组成的模型，还有变压器进线端上其他对感应电压影响较大的设备的模型，包括断路器、电压互感器、变压器高压侧引线对地电容等。

专利申请点2：变压器感应电压计算等效模型：变压器空载运行时流过变压器内部绕组电流可分为阻性电流、感性电流和容性电流。其中阻性电流是造成变压器损耗的主要原因，感性电流产生的原因是变压器绕组结构，容性电流产生原因是变压器绕组对地及绕组间电容。经试验数据可知，500kV及以上电压等级变压器感性电流与容性电流相互抵消，最终只呈现容性，因此变压器模型可等效为一个电阻和一个电容并联的形式。

断路器存在断口电容，电压互感器存在分压电容，这些都对感应电压有较大影响，因此均用等效电容替代。

通过搭建该模型，可计算出变压器热备用状态下高压侧感应电压。

(2)电气设备故障后内部绝缘判据

依托已建立好的计算模型，可计算出各电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧感应电压数值，记为U1；同时可计算该支路设备故障工况即绝缘完全受损下热备用状态的感应电压数值，记为U2。当该支路某一设备，即开关、PT、主变等中的一个设备，绝缘受损后，变压器高压侧感应电压数据变小，记为U3。由原理可知，U1＞U3＞U2。将变压器感应电压计算结果存入数据库，从而建立变压器内部绝缘特性判据库。

3、数据分析判断模块

变压器支路掉闸后，将测量的感应电压与判据库中的数值进行比对，从而确定设备故障情况。考虑计算误差，我们设定判据如下：

U测∈U1±20％U1时，认为设备绝缘无问题，可恢复送电。

U测∈U2±20％U2时，认为设备内部有故障，不可恢复送电。

U测值在其余区间即U3区间，认为设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

示例1：主变等效对地电容、对地电阻数值计算

以蔺河站#3变压器某一相为例，变压器高压侧额定线电压525kV，对应的相电压约为300kV，额定容量250MVA，空载电压损耗74.9kW，空载电流百分比0.047，则归算到高压侧的等效电阻和电容为：

等效电阻：

等效电容：

电阻和电容为并联形式。

示例2：数据分析判断模块实现过程示例。

以示例1中蔺河#3变压器为例，变压器参数如上所述，断路器断口电容795pF，分压式电压互感器等效电容5140pF，电流互感器等效电容600pF，线路对地等效电容700pF。根据避雷器的持续运行电压和持续运行电流计算可得避雷器等效电阻106MΩ，由于电阻过大，可视为断路状态，因此忽略避雷器参数对感应电大小的影响。当线路停运处于热备用状态后，不同状态下的感应电压计算过程如下：

(1)设备绝缘正常，感应电压理论值U1计算过程：

断路器的等效阻抗：

电压互感器和电流互感器等效电纳：

B_PT＝100π·5140×10^-12＝1.6148×10^-6S

B_CT＝100π·600×10^-12＝1.8850×10^-7S

线路对地等效电纳：

B_L＝100π·700×10^-12＝2.1991×10^-7S

变压器等效对地电导和电纳：

G_BT＝1/R_BT＝8.3222×10^-7S

B_BT＝1/X_C＝1.0067×10^-6S

除断路器断口电容外其余设备的等效阻抗为：

Z₁＝1/(G_BT+j(B_PT+B_CT+B_L+B_BT))＝8.4296×10⁴-j3.0690×10⁵Ω

则在测量点的感应电压理论值为：

以上V为相量形式，其幅值|V|＝22.144kV。

由以上计算可知，线路上设备绝缘水平正常时，感应电压理论值U1＝22.144kV。

变压器绝缘发生故障，绕组完全接地，感应电压U2计算过程：

此时变压器对地电容增大，电阻减小，极端情况下阻抗为0，此时相当于测量点直接接地，计算结果为0。实际情况下，变压器发生接地故障多是因为绝缘油被击穿，其绝缘能力下降，但仍有一定绝缘能力，取其等效阻抗为1kΩ。按照相同方法，测量点的感应电压理论值为：

|V|＝74.927V

由计算可知，变压器完全接地时，感应电压理论值U2＝74.927V。

根据上述判据，测量电压，单位：V，U测∈[18725,28087]时，认为设备无问题，可恢复供电；U测∈[59.942,89.921]时，认为设备内部有故障，不可恢复供电。U测落入其他区间时，认为设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

4、结论输出

数据分析判断模块将判断结论推送至结论输出模块，由结论输出模块给出变压器内部绝缘情况的输出报告，报告含绝缘性能以及是否具备恢复送电条件等内容。

本申请保密运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：

本申请的技术方案可以在设备，即变压器及其附属的断路器、封闭母线GIS引线、电流互感器CT、电压互感器PT、避雷器等电气设备，内部故障后，即热备用状态，通过感应电压感知判断设备的内部绝缘情况，不用实施断开刀闸、放电等措施，实现无接触测量，大大减少了测量工作量及测量时间，故障后检测判断时间可达分钟级，大幅提高运行人员对设备状态的感知能力，为变压器故障后实现快速恢复送电提供技术手段，确保电网安全运行及电力可靠供应。

Claims (9)

1.一种快速判断电气设备内部故障的方法，其特征在于：包括如下步骤，预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压，获取待判定的变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况；所述预先设定电气设备每一类别绝缘状态的判据电压的步骤包括S1提取感应电压数据和S202建立电气设备故障后内部绝缘判据，S1提取感应电压数据，从调度控制系统获取变压器高压侧感应电压值；S202建立电气设备故障后内部绝缘判据，将S1步骤中获取的变压器高压侧感应电压值归类并形成每一类别绝缘状态的判据电压。

2.根据权利要求1所述的一种快速判断电气设备内部故障的方法，其特征在于：在S202步骤中，基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3；将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

3.根据权利要求1所述的一种快速判断电气设备内部故障的方法，其特征在于：所述将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤包括S3分析判断，变压器支路掉闸后，测量并获取变压器高压侧感应电压U测，将变压器高压侧感应电压U测与判据电压进行比对，确定其故障类型。

4.根据权利要求2所述的一种快速判断电气设备内部故障的方法，其特征在于：所述将变压器高压侧感应电压U测与判据电压比较并确定电气设备故障情况的步骤为，

U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电；

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电；

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

5.一种快速判断电气设备内部故障的装置，其特征在于：包括建立感应电压计算模型模块、提取感应电压数据模块、建立电气设备故障后内部绝缘判据模块和分析判断模块，建立感应电压计算模型模块，用于感应电压计算模型包括变压器模型，所述变压器模型包括变压器等效电阻和变压器等效电容；提取感应电压数据模块，用于获取变压器高压侧感应电压值；建立电气设备故障后内部绝缘判据模块，用于获得电气设备高压侧的感应电压并形成判据电压；分析判断模块，用于变压器支路掉闸后，将测量的变压器高压侧感应电压U测与判据电压比对并确定电气设备故障情况。

6.根据权利要求5所述的一种快速判断电气设备内部故障的装置，其特征在于：还包括输出结论模块，输出结论模块，用于根据分析判断模块的判断结论输出变压器内部绝缘情况的报告。

7.根据权利要求6所述的一种快速判断电气设备内部故障的装置，其特征在于：所述建立感应电压计算模型模块，还用于感应电压计算模型还包括断路器断口电容、电流互感器对地电容、电压互感器对地电容、避雷器对地电容和引线对地电容。

8.根据权利要求6所述的一种快速判断电气设备内部故障的装置，其特征在于：所述建立电气设备故障后内部绝缘判据模块，还用于基于感应电压计算模型，计算并获得电气设备正常工况下变压器热备用状态高压侧的第一感应电压U1，计算并获得电气设备绝缘完全受损后变压器热备用状态高压侧的第二感应电压U2，计算并获得电气设备绝缘受损后变压器热备用状态高压侧的第三感应电压U3；将变压器感应电压计算结果存入数据库并建立完成变压器内部绝缘特性判据库。

9.根据权利要求8所述的一种快速判断电气设备内部故障的装置，其特征在于：所述分析判断模块，还用于U测∈U1±20％U1时，认为电气设备绝缘无问题，可恢复送电；

U测∈U2±20％U2时，认为电气设备内部有故障，不可恢复送电；

U测∈U3的区间时，认为电气设备绝缘受损，但未达到接地程度，需进一步验证后才能恢复送电。

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