CN112731041B - 一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法，其特征在于，搭建考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险测试平台，对避雷器安全风险测评的步骤为:在上位机上设定试验箱的污秽浓度为P0，喷污发生装置向试验箱内部喷洒污秽试品进而调节试验箱内的污秽浓度,在污秽浓度的范围内进行等间隔均匀取值，并改变上位机上设定的试验箱内污秽浓度，重复步骤，得到m组试验工频电流参量数据；计算避雷器的工频电流参量理论值，再进行避雷器工频电流参量理论计算公式的优化，最后计算避雷器安全风险评估因子并进行避雷器安全风险评估。本发明致力于提供一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法，对电网的稳定运行提供重要保障。

Description

一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法
技术领域
本发明属于电气设备防护领域，特别是一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法。
背景技术
目前，由于电力系统中的电气设备长期使用，难免会遭受过电压的影响，而为了避免过电压的影响，保证电气设备的安全稳定运行，氧化锌避雷器起着不可或缺的作用。而氧化锌避雷器的长期运行也会导致避雷器的性能逐渐退化，从而有可能不能有效地保证电气设备的运行。甚至，如果避雷器的损坏程度非常严重，将会大大地威胁操作人员的人生安全，对电力系统造成无法估计的伤害。在一些空气质量较低的地区，随着避雷器服役时间的增加，污秽成了避雷器安全运行的不利因素。
然而目前很少有考虑瓷套长期污秽的情况下对避雷器的运行造成损害的研究，更缺乏考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险测试平台。本发明在考虑避雷器安全风险评估因子的基础之上，将瓷套积污因素结合在一起，提供了一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法，对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
发明内容
为了更准确的解析化评估瓷外套积污环境下的避雷器安全性能，本发明的提出了一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法。
实现本发明目的的技术方案如下，包含以下几个步骤：
第一步：搭建考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险测试平台，该平台包括：综合接地装置、试验箱、工频电源模块、上位机、数据采集器、污秽浓度分析控制装置、污秽控制开关、污秽试品、污秽输入导管、污秽输出导管；
所述工频电源模块包括依次连接的工频电源、整流器、逆变器和变压器；
所述试验箱包含了避雷器、高精度电流参量测试仪、开关、耐高压电缆、喷污发生装置、污秽浓度测试仪1、污秽浓度测试仪2、除湿排气扇；
所述高精度电流参量测试仪的电流输入端子IB与避雷器的底部相连，高精度电流参量测试仪的接地端子E与综合接地装置连接，高精度电流参量测试仪信号输出端子O与数据采集器电连接，数据采集器与上位机电连接；
所述喷污发生装置、高精度电流参量测试仪、避雷器、开关、耐高压电缆、污秽浓度测试仪1、污秽浓度测试仪2、除湿排气扇均固定在试验箱内部；
进一步地，所述污秽控制开关、污秽浓度测试仪1、污秽浓度测试仪2、除湿排气扇均与污秽浓度分析控制装置电连接，污秽浓度分析控制装置与上位机电连接；
进一步地，所述污秽控制开关上端经污秽输出导管与喷污发生装置连接，下端经污秽输入导管与污秽试品连接；
进一步地，所述工频电源模块的输出端通过耐高压电缆电连接至开关的输入端，开关的输出端连接至避雷器的顶部输入端；
第二步：基于所建测试平台，开展极端复杂环境下避雷器的工频电流参量测试：
S1：在上位机上设定试验箱的污秽浓度为P0，上位机向污秽浓度分析控制装置发出污秽浓度设定信号，污秽浓度分析控制装置打开污秽控制开关，污秽试品经污秽输入导管、污秽控制开关、污秽输出导管流至喷污发生装置，喷污发生装置向试验箱内部喷洒污秽试品进而调节试验箱内的污秽浓度；污秽浓度测试仪1、污秽浓度测试仪2每隔t0秒同时测量试验箱内的污秽浓度，并将结果传至污秽浓度分析控制装置，污秽浓度分析控制装置计算两个测量结果的平均值Pi，若Pi与P0的绝对误差小于ΔP，则将Pi传回至上位机，同时关闭污秽控制开关；
S2：打开工频电源，同时闭合开关，高精度电流参量测试仪测量避雷器在工频电源模块作用下产生的工频电流参量，并通过数据采集器传输至上位机中；
S3：断开开关，在污秽浓度的范围内进行等间隔均匀取值，并改变上位机上设定的试验箱内污秽浓度，重复S1、S2，得到m组试验工频电流参量数据；
所述S3中污秽浓度的范围具体为P0至5P0；
所述S3中间隔具体为|P0-5P0|/(m-1)；
第三步：计算避雷器的工频电流参量理论计算值：
Figure BDA0002891113810000021
式中Pi为第i个污秽浓度，U为避雷器工作电压，Ithi为避雷器在第i个污秽浓度下的工频电流参量理论计算值，α为误差系数，ζ为积分变量；
第四步、进行避雷器工频电流参量理论计算公式的优化，得出使避雷器工频电流参量理论计算值和试验实测值误差最小的α值，具体步骤为：
a)随机生成初始解α，建立适应度函数f(α)：
Figure BDA0002891113810000022
式(2)中，f(α)表示适应度函数，Ithi为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量理论计算值，Imeai为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量试验测量值，m为对应试验工频电流参量数据组数；
b)通过自然启发式搜索方式得到新解α'，若f(α)≤f(α')，α作为新解；反之α'作为新解；
c)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解α0，否则回到步骤b)；
d)将优化得出的最优α0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
Figure BDA0002891113810000031
式(3)中，P为污秽浓度，Ith为优化后的工频电流参量理论计算值，α0为优化得出的最优误差系数；
第五步：计算避雷器安全风险评估因子ρ，并进行避雷器安全风险评估：
ρ＝lnIth-lnIc (4)
式(4)中，Ic为避雷器临界基准工频电流参量；当ρ∈(-∞，0]时，表征避雷器的可靠性状态正常；当ρ∈(0，+∞)时，表征避雷器可靠性状态异常，需要尽快停电检修或换新。
本发明的有益效果在于：
1)搭建了考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险测试平台，并能够有效模拟避雷器瓷外套积污工况；
2)基于所建试验平台，可准确得到避雷器安全风险评估因子，通过避雷器安全风险评估因子准确判断氧化锌避雷器的运行状态；
3)本发明主要是通过上位机完成，操作简便且安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图进一步对本发明的具体实施方式进行说明，包含以下步骤：
第一步：搭建考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险测试平台，该平台包括：综合接地装置(3)、试验箱(4)、工频电源模块(10)、上位机(7)、数据采集器(9)、污秽浓度分析控制装置(5)、污秽控制开关(171)、污秽试品(172)、污秽输入导管(1731)、污秽输出导管(1732)；
所述工频电源模块(10)包括依次连接的工频电源(101)、整流器(102)、逆变器(103)和变压器(104)；
所述试验箱(4)包含了避雷器(1)、高精度电流参量测试仪(2)、开关(11)、耐高压电缆(12)、喷污发生装置(6)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)、；
所述高精度电流参量测试仪(2)的电流输入端子IB与避雷器(1)的底部相连，高精度电流参量测试仪(2)的接地端子E与综合接地装置(3)连接，高精度电流参量测试仪(2)信号输出端子O与数据采集器(9)电连接，数据采集器(9)与上位机(7)电连接；
所述喷污发生装置(6)、高精度电流参量测试仪(2)、避雷器(1)、开关(11)、耐高压电缆(12)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)均固定在试验箱(4)内部；
进一步地，所述污秽控制开关(171)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)均与污秽浓度分析控制装置(5)电连接，污秽浓度分析控制装置(5)与上位机(7)电连接；
进一步地，所述污秽控制开关(171)上端经污秽输出导管(1732)与喷污发生装置(6)连接，下端经污秽输入导管(1731)与污秽试品(172)连接；
进一步地，所述工频电源模块(10)的输出端通过耐高压电缆(12)电连接至开关(11)的输入端，开关(11)的输出端连接至避雷器(1)的顶部输入端；
第二步：基于所建测试平台，开展极端复杂环境下避雷器的工频电流参量测试：
S1：在上位机(7)上设定试验箱(4)的污秽浓度为P0，上位机(7)向污秽浓度分析控制装置(5)发出污秽浓度设定信号，污秽浓度分析控制装置(5)打开污秽控制开关(171)，污秽试品(172)经污秽输入导管(1731)、污秽控制开关(171)、污秽输出导管(1732)流至喷污发生装置(6)，喷污发生装置(6)向试验箱(4)内部喷洒污秽试品(172)进而调节试验箱(4)内的污秽浓度；污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)每隔t0秒同时测量试验箱(4)内的污秽浓度，并将结果传至污秽浓度分析控制装置(5)，污秽浓度分析控制装置(5)计算两个测量结果的平均值Pi，若Pi与P0的绝对误差小于ΔP，则将Pi传回至上位机(7)，同时关闭污秽控制开关(171)；
S2：打开工频电源(101)，同时闭合开关(11)，高精度电流参量测试仪(2)测量避雷器(1)在工频电源模块(10)作用下产生的工频电流参量，并通过数据采集器(9)传输至上位机(7)中；
S3：断开开关(11)，在污秽浓度的范围内进行等间隔均匀取值，并改变上位机(7)上设定的试验箱(4)内污秽浓度，重复S1、S2，得到m组试验工频电流参量数据；
所述S3中污秽浓度的范围具体为P0至5P0；
所述S3中间隔具体为|P0-5P0|/(m-1)；
第三步：计算避雷器的工频电流参量理论计算值：
Figure BDA0002891113810000051
式(5)中Pi为第i个污秽浓度，U为避雷器工作电压，Ithi为避雷器在第i个污秽浓度下的工频电流参量理论计算值，α为误差系数，ζ为积分变量；
第四步、进行避雷器工频电流参量理论计算公式的优化，得出使避雷器工频电流参量理论计算值和试验实测值误差最小的α值，具体步骤为：
a)随机生成初始解α，建立适应度函数f(α)：
Figure BDA0002891113810000052
式(6)中，f(α)表示适应度函数，Ithi为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量理论计算值，Imeai为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量试验测量值，m为对应试验工频电流参量数据组数；
b)通过自然启发式搜索方式得到新解α'，若f(α)≤f(α')，α作为新解；反之α'作为新解；
c)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解α0，否则回到步骤b)；
d)将优化得出的最优α0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
Figure BDA0002891113810000053
式(7)中，P为污秽浓度，Ith为优化后的工频电流参量理论计算值，α0为优化得出的最优误差系数；
第五步：计算避雷器安全风险评估因子ρ，并进行避雷器安全风险评估：
ρ＝lnIth-lnIc (8)
式(8)中，Ic为避雷器临界基准工频电流参量；当ρ∈(-∞，0]时，表征避雷器的可靠性状态正常；当ρ∈(0，+∞)时，表征避雷器可靠性状态异常，需要尽快停电检修或换新。

Claims (1)

1.一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估方法，其特征在于，首先建立一种考虑瓷外套积污因素的避雷器安全风险评估平台，该平台包括：综合接地装置(3)、试验箱(4)、工频电源模块(10)、上位机(7)、数据采集器(9)、污秽浓度分析控制装置(5)、污秽控制开关(171)、污秽试品(172)、污秽输入导管(1731)、污秽输出导管(1732)；
所述工频电源模块(10)包括依次连接的工频电源(101)、整流器(102)、逆变器(103)和变压器(104)；
所述试验箱(4)包含了避雷器(1)、高精度电流参量测试仪(2)、开关(11)、耐高压电缆(12)、喷污发生装置(6)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)；
所述高精度电流参量测试仪(2)的电流输入端子IB与避雷器(1)的底部相连，高精度电流参量测试仪(2)的接地端子E与综合接地装置(3)连接，高精度电流参量测试仪(2)信号输出端子O与数据采集器(9)电连接，数据采集器(9)与上位机(7)电连接；
所述喷污发生装置(6)、高精度电流参量测试仪(2)、避雷器(1)、开关(11)、耐高压电缆(12)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)均固定在试验箱(4)内部；
所述污秽控制开关(171)、污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)、除湿排气扇(176)均与污秽浓度分析控制装置(5)电连接，污秽浓度分析控制装置(5)与上位机(7)电连接；
所述污秽控制开关(171)上端经污秽输出导管(1732)与喷污发生装置(6)连接，下端经污秽输入导管(1731)与污秽试品(172)连接；
所述工频电源模块(10)的输出端通过耐高压电缆(12)电连接至开关(11)的输入端，开关(11)的输出端连接至避雷器(1)的顶部输入端；
包括以下步骤：
第一步：基于所建平台，开展极端复杂环境下避雷器的工频电流参量测试：
S1：在上位机(7)上设定试验箱(4)的污秽浓度为P0，上位机(7)向污秽浓度分析控制装置(5)发出污秽浓度设定信号，污秽浓度分析控制装置(5)打开污秽控制开关(171)，污秽试品(172)经污秽输入导管(1731)、污秽控制开关(171)、污秽输出导管(1732)流至喷污发生装置(6)，喷污发生装置(6)向试验箱(4)内部喷洒污秽试品(172)进而调节试验箱(4)内的污秽浓度；污秽浓度测试仪1(14)、污秽浓度测试仪2(15)每隔t0秒同时测量试验箱(4)内的污秽浓度，并将结果传至污秽浓度分析控制装置(5)，污秽浓度分析控制装置(5)计算两个测量结果的平均值Pi，若Pi与P0的绝对误差小于ΔP，则将Pi传回至上位机(7)，同时关闭污秽控制开关(171)；
S2：打开工频电源(101)，同时闭合开关(11)，高精度电流参量测试仪(2)测量避雷器(1)在工频电源模块(10)作用下产生的工频电流参量，并通过数据采集器(9)传输至上位机(7)中；
S3：断开开关(11)，在污秽浓度的范围内进行等间隔均匀取值，并改变上位机(7)上设定的试验箱(4)内污秽浓度，重复S1、S2，得到m组试验工频电流参量数据；
所述S3中污秽浓度的范围具体为P0至5P0；
所述S3中间隔具体为|P0-5P0|/(m-1)；
第二步：计算避雷器的工频电流参量理论计算值：
Figure FDA0003166507240000021
式中Pi为第i个污秽浓度，U为避雷器工作电压，Ithi为避雷器在第i个污秽浓度下的工频电流参量理论计算值，α为误差系数，ζ为积分变量；
第三步、进行避雷器工频电流参量理论计算公式的优化，得出使避雷器工频电流参量理论计算值和试验实测值误差最小的α值，具体步骤为：
a)随机生成初始解α，建立适应度函数f(α)：
Figure FDA0003166507240000022
式(2)中，f(α)表示适应度函数，Ithi为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量理论计算值，Imeai为第i个污秽浓度下避雷器工频电流参量试验测量值，m为对应试验工频电流参量数据组数；
b)通过自然启发式搜索方式得到新解α'，若f(α)≤f(α')，α作为新解；反之α'作为新解；
c)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解α0，否则回到步骤b)；
d)将优化得出的最优α0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
Figure FDA0003166507240000023
式(3)中，P为污秽浓度，Ith为优化后的工频电流参量理论计算值，α0为优化得出的最优误差系数；
第四步：计算避雷器安全风险评估因子ρ，并进行避雷器安全风险评估：
ρ＝lnIth-lnIc (4)
式(4)中，Ic为避雷器临界基准工频电流参量；当ρ∈(-∞，0]时，表征避雷器的可靠性状态正常；当ρ∈(0，+∞)时，表征避雷器可靠性状态异常，需要尽快停电检修或换新。
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