CN113067410A - 一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统及方法，对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势，在异常扩大或造成不良影响之前，系统发出告警，提醒运维人员，避免交流滤波器组异常跳闸现象的发生。在异常扩大或造成不良影响之前，系统发出告警，提醒运维人员，避免交流滤波器组异常跳闸现象的发生。

Description

一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统及方法

技术领域

本公开属于故障诊断技术领域，尤其涉及一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

因为交流滤波器随着直流输送功率变化会进行频繁投切，使得其断路器的投切频率远远高于站内其他的线路断路器，在日常运行过程中加强滤波器断路器分合闸电压、电流波形的监测，一旦出现分闸后重燃或合闸电流波形异常情况立即申请停电，并对断路器进行解体分析。

为了能提前通过查看分析交流滤波器分合闸波形发现交流滤波器及其断路器存在异常情况，因此在每次交流滤波器分合闸后，需由当班运维人员在交流滤波器故障录波柜上仔细查看分析滤波器分合闸波形。

发明人在研究中发现，当班运维人员少，且层次水平不一，比如不能根据分闸的开始时间和结束时间判断出相间分闸的不同期性，不能根据开关量的波形判断出断路器抖动，不能根据电流波形判断出是否存在重燃现象，等等，存在不能通过电压电流波形发现断路器隐患的可能性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统，能够实现对交流滤波器断路器在线诊断分析。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统，包括：服务器，调度数据网和录波器；

所述录波器采集交流滤波器断路器工作时的实时数据和波形数据，通过调度数据网传输至服务器；

所述服务器，包括：

数据获取模块，被配置为：获取各交流滤波器断路器工作时的运行数据；

在线诊断分析模块，被配置为：对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势；

具体为：先根据开关量通道，判定是分闸还是合闸，如果是分闸，则依次判定断路器的相间分闸的同期性、开关抖动、重燃、差动电流及不平衡系数；

如果是合闸，则依次判定合闸电阻作用时间、电压畸变系数、差动电流、不平衡系数及相间合闸同期性。

第二方面，公开了一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，包括：

获取各交流滤波器断路器工作时的运行数据，对对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势；

具体为：先根据开关量通道，判定是分闸还是合闸，如果是分闸，则依次判定断路器的相间分闸的同期性、开关抖动、重燃、差动电流及不平衡系数；

如果是合闸，则依次判定合闸电阻作用时间、电压畸变系数、差动电流、不平衡系数及相间合闸同期性。

进一步的技术方案，判定是分闸还是合闸之后，获取线路A、B、C三相所在模拟量通道分合闸时间，基于各相之间分闸开始的差值及各相之间合闸开始的差值，对断路器进行在线诊断。

进一步的技术方案，利用开关抖动判断时，获得开关量通道变位时刻的采样点号并计算该通道与上次变位时刻的采样点号的差值，基于该差值判断是否出现开关抖动，开关抖动则判定为断路器故障。

进一步的技术方案，利用重燃判断时，获得分闸开始时刻采样点对应有效值，计算此通道下一个采样点的有效值，判定有效值是否大于设定的无电流有效值，进行电流重燃预警。

进一步的技术方案，利用差动电流判断时，获取分合闸开始时刻首端电流对应通道采样点对应电流有效值，获取分合闸开始时刻尾端电流对应通道采样点电流有效值，计算当前时刻首尾端电流有效值的差值，求出差动系数，进行差动电流预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

进一步的技术方案，利用不平衡系数判断时，获取分合闸开始时刻不平衡电流通道的瞬时值，获取分合闸开始时刻尾端电流通道瞬时值，计算出不平衡系数，进行不平衡系数预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

进一步的技术方案，利用合闸电阻作用时间判断时，通过小波分析算法提取合闸电阻作用时间，进行合闸电阻作用时间预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

进一步的技术方案，利用电压畸变系数判断时，获取各次谐波电压的均方根值，计算基波电压有效值，求得电压畸变系数，进行电压畸变系数预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开技术方案对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势，在异常扩大或造成不良影响之前，系统发出告警，提醒运维人员，避免交流滤波器组异常跳闸现象的发生。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1(a)为本公开实施例相间分闸不同步预警流程图；

图1(b)为本公开实施例相间合闸不同步预警流程图；

图2为本公开实施例开关抖动预警流程图；

图3为本公开实施例电流重燃预警流程图；

图4为本公开实施例差流预警流程图；

图5为本公开实施例不平衡系数预警流程图；

图6为本公开实施例合闸电阻作用时间预警流程图；

图7为本公开实施例电压畸变系数预警流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先介绍下交流滤波器断路器，交流滤波器断路器主要用于开断容性电流，因此对该类断路器技术要求较高。在之前直流工程设计时一般会考虑加装交流滤波器断路器选相合闸装置，该装置可以使断路器在电压过零点处合闸，能大幅度降低合闸操作过程中的过电流和过电压，从而提高断路器的寿命和整个电力系统的稳定性。由于灵州站小组交流滤波器断路器未配置选相合闸装置，而是在每极断路器配置1500Ω合闸电阻，且在断路器每个断口处分别设置2000pF的并联电容器。合闸电阻主要防止合闸操作时产生过电压，可以抑制合闸过程中涌流，从而达到保护断路器的作用。另外在断路器两侧配置电磁式CT，用来测量流过断路器端口的电流，即断路器电源侧电流。

断路器分合闸原理：合闸电阻与合闸电阻断口并联后，与两个主断口串联。合闸时，合闸电阻断口与主断口同时受到操动机构的驱动进行合闸，但合闸电阻断口滞后于主断口约半个周波(8毫秒～11毫秒)关合，合闸电阻断口关合后将合闸电阻短接。而在分闸时，主断口受到操动机构的驱动迅速分闸，但合闸电阻断口在弹簧(合闸时被压缩)的作用下分闸，待主断口开断负载电流或故障电流后，合闸电阻断口断开，运动到最终分闸位置。

交流滤波器电容器：交流滤波器电容器主要作用为直流系统提供无功功率，并与电抗器电阻器构成消谐回路从而滤除不必要的电流谐波。正常情况下每个电容器塔电容桥臂平衡，且设置不平衡光电流互感器来监测电容桥臂的不平衡电流，参与滤波器电容器不平衡保护判据。正常情况下，电容器不平衡电流较小，在0-40mA左右，可近似看为零；当电容器存在故障或被短路时，桥臂不再平衡，出现较大不平衡电流，该不平衡电流也是分析滤波器波形的重要数据。另外在交流滤波器电容器塔尾端设置尾端电流互感器，用于采取滤波器尾端电流。

实施例一

本实施例公开了一种换流站交流滤波器断路器故障预警方法，取自于现场运行人员和专家的大量实例分析，是换流站交流滤波器断路器在线诊断分析系统的一个重要组成部分，能快速处理常见的人工分析指标，使得诊断结果更具实用性与有效性。

需要说明的是，在具体诊断的过程中，针对故障诊断分析时只要出现一种情况即判定当前断路器故障。

具体的在一实施例子中，在程序中的执行顺序为：

先根据开关量通道，判定是分闸还是合闸；

如果是分闸，判定顺序为：

(1)相间分闸的同期性；

(2)开关抖动；

(3)重燃；

(4)差动电流；

(5)不平衡系数；

如果是合闸，判定顺序为：

(1)合闸电阻作用时间；

(2)电压畸变系数；

(3)差动电流；

(4)不平衡系数；

(5)相间合闸同期性。

具体实现时，断路器相间分闸、合闸不同步：

如果断路器相间分闸存在不同步问题，那么对电网安全稳定运行将产生很大危害。分闸不同步时间大于规程，则等于电力系统一定时间内的非全相运行。由此产生的不对称电流则可能导致继电保护装置误动作。如果断路器相间合闸存在不同步问题，则会直接影响到系统中性点的运行，同样会对电网造成严重危害。

IEC标准规定断路器相间合闸不同步时间应在5～10ms之间。

国产LW6-220型断路器分闸不同步时间3ms，合闸不同步时间为5ms。

本规范中根据现场的实际情况，制定了以下判定依据：

相间分闸开始时间相差大于3ms，判为断路器故障。

同相各断口间分闸开始时间相差大于2ms，判为断路器故障。

相间合闸开始时间相差大于5ms，判为断路器故障。

同相各断口间合闸开始时间相差大于3ms，判为断路器故障。

取值方法：

分闸开始时间：取所在模拟量电流有效值小于设定的无电流有效值。

分闸结束时间：取所在开关量变为0的时刻。

合闸开始时间：涌流开始时间。

合闸结束时间：取所在开关量变为1的时刻。

具体判定流程如图1(a)-图1(b)所示。

开关抖动次数：

当开关量变位时间距离上一次变位时间小于40个采样点时，即判为抖动。

开关抖动次数预警的判定依据：出现开关抖动，判为断路器故障。判定流程如图2所示。

重燃现象：

电流重燃就是从分闸开始到分闸结束，如果电流有效值大于设定的无电流有效值，即判为电流重燃。

重燃预警的判定依据为：出现重燃现象，判为断路器故障。判定流程如图3所示。

首尾端差动电流：

交流滤波器断路器电流分为首端电流与尾端电流，分别由断路器两端的流变测得。当断路器合闸时，首端电流与尾端电流相同，均表示流经交流滤波器的无功电流；当断路器分闸时，首端电流与尾端电流也相同，均为零。交流滤波器断路器本体实际上是个交流断路器，配有SF6灭弧室。正常情况下，分合闸时，电弧在断路器本体中经过断路器的两个触点，断路器首尾端所测得的电流值也相等。但当该断路器存在机械缺陷等情况时，有可能造成电弧对外部壳体放电，使得断路器首端电流与尾端电流不匹配。差动电流预警的判定依据为：分合闸开始后五个周波内有一个采样点的差动系数超过此值(0.266)，判为断路器故障。

计算公式：

I差动系数＝(I首端电流-I尾端电流)/I终端电流

I终端电流＝(295000/1.732)/765

判定流程如图4所示。

不平衡系数：

现场为了保证现场装置的稳定性运行，添加了两条不平衡电流通道，用来判定断路器运行的状态。

不平衡系数预警的判定依据为：分合闸开始后两个周波的所有瞬时值求出的不平衡系数超过设定的不平衡系数阈值，判为断路器故障。

计算公式:

不平衡系数1＝不平衡电流1/尾端电流

不平衡系数2＝不平衡电流2/尾端电流

判定流程如图5所示。

断路器合闸电阻作用时间：

特高压换流站内的交流滤波器在投切时，为了减少对电网的冲击，在投入初期会投入合闸电阻，减小电流。经过数毫秒的稳定过程，合闸电阻退出。因此，在合闸初期，交流滤波器断路器的三相合闸电流相对于正常情况下的电流偏小。合闸电阻失效时，对应相的合闸电流在合闸初期幅值较大，且存在很大的波动。

计算公式:

通过小波分析等算法从实时电压电流模拟量通道的数据中提取合闸电阻作用时间。

合闸电阻作用时间预警判据：

合闸电阻作用时间范围为8～11ms，不在此范围内，判定为断路器故障。判定流程如图6所示。

电压畸变系数：

众所周知，电压波形在理想状态下是正弦波，但由于电力系统中存在大量非线性阻抗特性的供电设备，使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常用谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。谐波是具有非线性阻抗特性或具有非正弦电流特性的电气设备产生的。

合闸时电压畸变系数以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来表示。

计算方法：

电压畸变系数预警判据：

电压畸变系数超过设定的阈值，判定为断路器故障。

判定流程如图7所示。

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例子一中的具体方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述实施例子一中的具体方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统，由台式服务器，调度数据网和常规录波器组成。

台式服务器，包括：

数据获取模块，被配置为：获取各交流滤波器断路器工作时的运行数据；

在线诊断分析模块，被配置为：对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势；

调度数据网：用来服务器和录波器之间的数据传输；

常规录波器：用来采集交流滤波器断路器工作时的实时数据和波形数据。

以上实施例的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，包括：

获取各交流滤波器断路器工作时的运行数据，对对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势；

具体为：先根据开关量通道，判定是分闸还是合闸，如果是分闸，则依次判定断路器的相间分闸的同期性、开关抖动、重燃、差动电流及不平衡系数；

如果是合闸，则依次判定合闸电阻作用时间、电压畸变系数、差动电流、不平衡系数及相间合闸同期性。

2.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，判定是分闸还是合闸之后，获取线路A、B、C三相所在模拟量通道分合闸时间，基于各相之间分闸开始的差值及各相之间合闸开始的差值，对断路器进行在线诊断。

3.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，利用开关抖动判断时，获得开关量通道变位时刻的采样点号并计算该通道与上次变位时刻的采样点号的差值，基于该差值判断是否出现开关抖动，开关抖动则判定为断路器故障。

4.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，利用重燃判断时，获得分闸开始时刻采样点对应有效值，计算此通道下一个采样点的有效值，判定有效值是否大于设定的无电流有效值，进行电流重燃预警。

5.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，利用差动电流判断时，获取分合闸开始时刻首端电流对应通道采样点对应电流有效值，获取分合闸开始时刻尾端电流对应通道采样点电流有效值，计算当前时刻首尾端电流有效值的差值，求出差动系数，进行差动电流预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

6.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，利用不平衡系数判断时，获取分合闸开始时刻不平衡电流通道的瞬时值，获取分合闸开始时刻尾端电流通道瞬时值，计算出不平衡系数，进行不平衡系数预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

7.如权利要求1所述的一种交流滤波器断路器在线诊断分析方法，其特征是，利用合闸电阻作用时间判断时，通过小波分析算法提取合闸电阻作用时间，进行合闸电阻作用时间预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

优选的，利用电压畸变系数判断时，获取各次谐波电压的均方根值，计算基波电压有效值，求得电压畸变系数，进行电压畸变系数预警，超过设定的阈值，判定为断路器故障。

8.一种交流滤波器断路器在线诊断分析系统，其特征是，包括：服务器，调度数据网和录波器；

所述录波器采集交流滤波器断路器工作时的实时数据和波形数据，通过调度数据网传输至服务器；

所述服务器，包括：

数据获取模块，被配置为：获取各交流滤波器断路器工作时的运行数据；

在线诊断分析模块，被配置为：对各交流滤波器的投切电流进行纵向、横向的诊断分析，以判断交流滤波器及其断路器的异常变化趋势；

具体为：先根据开关量通道，判定是分闸还是合闸，如果是分闸，则依次判定断路器的相间分闸的同期性、开关抖动、重燃、差动电流及不平衡系数；

如果是合闸，则依次判定合闸电阻作用时间、电压畸变系数、差动电流、不平衡系数及相间合闸同期性。

9.一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-7中任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-7中任一所述的方法的步骤。

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