CN112630644B - 一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法及系统，方法包括：通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号，通过第二特高频传感器获取第二信号，通过光传感器获取光信号，通过第三特高频传感器获取外部空间的干扰信号；对第一信号、第二信号、光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取第一信号、第二信号以及光信号中至少二个信号时，并且在该监测时刻没有监测到获取干扰信号时，确定监测的时刻为有载分接开关切换程序的有效切换时刻；当连续监测到的有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为有载分接开关切换程序的切换时序。

Description

一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的 方法及系统

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，更具体地，涉及一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法及系统。

背景技术

有载分接开关(On Load Tap Changer，OLTC)是特高压直流输电必不可少的重要设备，其主要功能是在不中断负载电流的情况下，通过调压操作维持换流阀直流侧电压恒定及补偿交流系统电压变化，将换流阀的触发角保持在最佳运行范围，避免因电压波动造成换相失败甚至是直流闭锁，以±800kV两端直流输电系统为例，平均每天有48台安装于换流变内部的OLTC，执行500余次调压操作，动作频繁，作用重大，OLTC可靠运行对电力系统供电安全至关重要。

然而近年来，由于先后发生多起特高压换流变OLTC放电事故，轻则OTLC损坏，线路跳闸损失输送功率，重则换流变起火损毁，不仅造成了巨大的经济损失，还产生了非常不良的社会影响，相关单位承受了很大的运维压力。遗憾的是，事故前，现有OLTC在线监测或带电检测均未发出故障预警。针对故障较多的特高压真空OLTC，需要建立一种有效的特高压换流变真空OLTC监测方法，以避免再次发生同类事故，保障特高压换流变真空OLTC运行安全。

切换开关是OLTC的心脏，OLTC切换电压主要依靠切换开关完成，是OLTC主要故障部位，近三年特高压换流变OLTC故障全部起始于切换开关上。VR型OLTC的切换过程本质上是5个开关的10次顺序开、合，这5个开关分别为切换开关中主触头(MC)、主真空泡(MSV)、主转换开关(MTF)、辅助真空泡(TTV)、铺助转换开关(TTF)，这5个开关的10次开、合时间顺序就是切换开关的切换时序，整个过程通常在100ms内完成。

切换开关切换过程中各触头切换程序是否正确对OLTC运行安全起决定作用，而紧固件松动、弹簧断裂、触头接触不良等OLTC异常状态将对切换过程产生直接影响，通过检测切换时序诊断OLTC故障准确可靠。直流检波法是目前公认的切换时序检测方法，已经成为OLTC型式试验、出厂试验和大修试验的必检项，但由于测试时需拆卸OLTC，只能离线开展，检修时间长、操作难度大，OLTC投运后只在运行时间或操作次数达到上限时进行，通常很少开展，无法及时监测OLTC切换时序变化，避免重大事故的发生。

现有技术多采用振动信号分析法进行OLTC的机械故障诊断，以OLTC的振动信号的包络平均值作为基准，将短时能量法、振动信号包罗形状和时间轴双重识别法等多种方法应用于OTLC切换程序识别，取得了一定成效。

然而，由于OLTC切换过程振动信号传播路径复杂，振动信号折返射和频率混叠现象十分严重，检测精度最高10ms，而切换程序的检测要求需要达到1ms，实际应用中，仅通过振动信号无法有效识别OLTC切换程序，识别误差较大。

因此，需要一种技术，以实现基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测。

发明内容

本发明技术方案提供一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法及系统，以解决如何基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法，所述方法包括：

通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；

通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；

通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光信号；

通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；

对所述第一信号、所述第二信号、所述光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光信号中至少二个信号时，并且在该监测时刻没有监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

当连续监测到的所述有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为所述有载分接开关切换程序的切换时序。

优选地，还包括：将所述有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对所述有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

优选地，包括：所述有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；

将所述光传感器设置于所述有载分接开关的第一观察窗；

将所述第一特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；

将所述第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的第二观察窗；

将所述第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板的预设区域中。

优选地，还包括：对所述第一信号、所述第二信号、所述光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光信号中至少二个信号时，或在该监测时刻监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

优选地，所述有效切换时刻达到预设数量为10个。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测系统，所述系统包括：

获取单元，用于通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光信号；通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；

确定单元，用于对所述第一信号、所述第二信号、所述光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光信号中至少二个信号时，并且在该监测时刻没有监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

生成单元，用于当连续监测到的所述有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为所述有载分接开关切换程序的切换时序。

优选地，还包括检测单元，用于将所述有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对所述有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

优选地，包括设置单元，用于将所述有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；

将所述光传感器设置于所述有载分接开关的第一观察窗；

将所述第一特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；

将所述第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的第二观察窗；

将所述第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板的预设区域中。

优选地，所述确定单元还用于：对所述第一信号、所述第二信号、所述光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光信号中至少二个信号时，或在该监测时刻监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

优选地，所述有效切换时刻达到预设数量为10个。

本发明涉及一种变压器有载分接切换程序的在线监测诊断方法，特别是一种基于光电信号的OLTC切换程序非侵入式在线监测方法，通过光电倍增管和特高频电流传感器联合监测，精确识别特高压换流变真空有载分接开关切换程序，实现特高压换流变真空有载分接开关运行状态的非侵入式实时监控和故障预警，保障特高压换流变有载分接开关本质安全，实现物联网技术在特高压换流变上的应用。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的检测原理及5个开关10次开合的电弧示意图；

图2为根据本发明优选实施方式的通过电磁波信号和放电光子信号识别每个开关的动作时间示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的非侵入式传感器的安装方式示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的有效切换信号与干扰信号的识别示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的通过有效光电信号识别切换程序示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法流程图；以及

图7为根据本发明优选实施方式的一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提供一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法，涉及一种基于光电信号的OLTC切换程序非侵入式在线监测方法，本发明通过光电倍增管和特高频电流传感器联合监测，精确识别特高压换流变真空有载分接开关切换程序，实现特高压换流变真空有载分接开关运行状态的非侵入式实时监控和故障预警，保障特高压换流变有载分接开关本质安全，实现物联网技术在特高压换流变上的应用。

如图1所示，VR型OLTC的切换过程本质上是5个开关的10次顺序开关和闭合，其中5个开关分别为切换开关中主触头(MC)、主真空泡(MSV)、主转换开关(MTF)、辅助真空泡(TTV)、铺助转换开关(TTF)，这5个开关的10次开、合时间顺序就是切换开关的切换时序，5个开关依次开关和闭合合的整个过程通常在100ms内完成。

本发明提供一种灵敏有效、易于实施的基于光电信号的变压器有载分接开关切换程序在线检测诊断方法。

如图2所示，本发明提出通过检测OLTC切换开关内5个开关10次开/合过程中，开关断口预击穿电弧、放电电弧或放电火花的电磁波信号和放电光子信号，识别每个开关的动作时间，进而获得切换程序。其具体步骤如图2所示。

(1)非侵入式传感器的安装方式如图3所示，在OLTC盖板自带的观察窗1上安装光电倍增管光传感器，在OLTC盖板与换流变的联络导线上安装非接触穿心式特高频UHF传感器1，在OLTC盖板自带的观察窗2上安装天线型特高频UHF传感器2，在OLTC盖板附近安装天线型特高频UHF传感器3。

(2)切换程序的监测方法包括：在OLTC切换开关切换过程中，光传感器通过观察窗1监测OLTC切换过程中某个开关开断或闭合过程中产生的光信号，UHF传感器1通过联络导线监测OLTC切换过程中某个开关开断或闭合过程中产生的特高频电流信号，UHF传感器2通过观察窗2监测OLTC切换过程中某个开关开断或闭合过程中产生的特高频射频信号，UHF传感器3监测外部空间干扰信号。

(3)信号的采集方法包括：将光传感器、UHF传感器1、UHF传感器2、UHF传感器3，四路信号同时接入信号采集记录设备，在线监测四个传感器的信号，采用光传感器或UHF传感器1或UHF传感器2三路信号或触发记录信号。

(4)有效切换信号与干扰信号的识别方法包括：对于采集记录设备记录的信号，如图4所示，如果UHF3传感器无信号，且光传感器、UHF传感器1、UHF传感器2三个传感器中至少有两个传感器有信号时，为有效切换信号；否则为干扰信号。

(5)切换程序的识别方法包括：OLTC切换过程中，通过四个传感器的在线监测和有效信号识别，可依次获得10个有效信号，各信号对应的发生时间分别为t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10，分别对应OLTC切换开关内5个开关开断的时间和闭合的时间，从而获得切换开关的切换程序，如图5所示。

图6为根据本发明优选实施方式的一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法流程图。如图6所示，本发明提供一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法，方法包括：

步骤601：通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；

步骤602：通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；

步骤603：通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光信号；

步骤604：通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；

步骤605：对第一信号、第二信号、光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取第一信号、第二信号以及光信号中至少二个信号时，并且在该监测时刻没有监测到获取干扰信号时，确定监测的时刻为有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

步骤606：当连续监测到的有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为有载分接开关切换程序的切换时序。

优选地，方法还包括：将有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

优选地，方法包括：有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；

将光传感器设置于有载分接开关的第一观察窗；

将第一特高频传感器设置于有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；

将第二特高频传感器设置于有载分接开关的第二观察窗；

将第二特高频传感器设置于有载分接开关的盖板的预设区域中。

优选地，方法还包括：对第一信号、第二信号、光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到获取第一信号、第二信号以及光信号中至少二个信号时，或在该监测时刻监测到获取干扰信号时，确定监测的时刻为有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

优选地，方法还包括：有效切换时刻达到预设数量为10个。

图7为根据本发明优选实施方式的一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的系统结构图。如图7所示，本发明提供一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测系统，系统包括：

获取单元701，用于通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光信号；通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；

确定单元702，用于对第一信号、第二信号、光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取第一信号、第二信号以及光信号中至少二个信号时，并且在该监测时刻没有监测到获取干扰信号时，确定监测的时刻为有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

生成单元703，用于当连续监测到的有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为有载分接开关切换程序的切换时序。优选地，有效切换时刻达到预设数量为10个。

优选地，系统还包括检测单元，用于将有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

优选地，系统还包括设置单元，用于将有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；

将光传感器设置于有载分接开关的第一观察窗；

将第一特高频传感器设置于有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；

将第二特高频传感器设置于有载分接开关的第二观察窗；

将第二特高频传感器设置于有载分接开关的盖板的预设区域中。

优选地，系统确定单元702还用于：对第一信号、第二信号、光信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到获取第一信号、第二信号以及光信号中至少二个信号时，或在该监测时刻监测到获取干扰信号时，确定监测的时刻为有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (8)

1.一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的方法，所述方法包括：

有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；

将光传感器设置于所述有载分接开关的第一观察窗；

将第一特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；

将第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的第二观察窗；

将第三特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板附近；

通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；

通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；

通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光电信号；

通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；所述第一信号为有载分接开关切换过程中，有载分接开关内某个开关开断或闭合过程中产生的特高频电流信号；所述第二信号为有载分接开关切换过程中，有载分接开关内某个开关开断或闭合过程中产生的特高频射频信号；所述第二特高频传感器和所述第三特高频传感器均为天线型；

对所述第一信号、所述第二信号、所述光电信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光电信号中至少二个信号时，并且在监测时刻没有监测到所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

当连续监测到的所述有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为所述有载分接开关切换程序的切换时序。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对所述有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：对所述第一信号、所述第二信号、所述光电信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到所述第一信号、所述第二信号以及所述光电信号中至少二个信号时，或在监测时刻监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

4.根据权利要求1所述的方法，所述预设数量为10个。

5.一种基于光电信号对有载分接开关切换程序进行在线监测的系统，所述系统包括：

设置单元，用于为有载分接开关设置第一观察窗和第二观察窗；将光传感器设置于所述有载分接开关的第一观察窗；将第一特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板与换流变的联络导线；将第二特高频传感器设置于所述有载分接开关的第二观察窗；将第三特高频传感器设置于所述有载分接开关的盖板附近；

获取单元，用于通过第一特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第一信号；通过第二特高频传感器获取有载分接开关切换程序中产生的第二信号；通过光传感器获取有载分接开关切换程序中产生的光电信号；通过第三特高频传感器获取有载分接开关切换程序中外部空间的干扰信号；所述第一信号为有载分接开关切换过程中，有载分接开关内某个开关开断或闭合过程中产生的特高频电流信号；所述第二信号为有载分接开关切换过程中，有载分接开关内某个开关开断或闭合过程中产生的特高频射频信号；所述第二特高频传感器和所述第三特高频传感器均为天线型；

确定单元，用于对所述第一信号、所述第二信号、所述光电信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当同时监测到获取所述第一信号、所述第二信号以及所述光电信号中至少二个信号时，并且在监测时刻没有监测到所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的有效切换时刻；

生成单元，用于当连续监测到的所述有效切换时刻达到预设数量时，将连续的预设数量的有效切换时刻作为所述有载分接开关切换程序的切换时序。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括检测单元，用于将所述有载分接开关切换程序的切换时序与标准切换时序进行比较，根据获取的比较结果对所述有载分接开关切换程序的切换时序的故障进行判断。

7.根据权利要求5所述的系统，所述确定单元还用于：对所述第一信号、所述第二信号、所述光电信号及干扰信号的获取过程进行同步监测，当没有同时监测到所述第一信号、所述第二信号以及所述光电信号中至少二个信号时，或在监测时刻监测到获取所述干扰信号时，确定监测的时刻为所述有载分接开关切换程序的无效切换时刻。

8.根据权利要求5所述的系统，所述预设数量为10个。

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