CN113533910A - 一种适用于换流变压器局部放电预警的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于换流变压器局部放电预警的方法，属于故障诊断技术领域。本发明方法包括：搭建换流变压器局部放电测试模型，预设换流变压器电极在实际交‑直流复合电场作用下的放电类型；在预设运行方式下，进行测试及收集放电数据，对信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；根据测试及放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型的放电判断指标及阈值数据库；获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电判定结果；利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
Description
技术领域
本发明涉及故障诊断技术领域，并且更具体地，涉及一种适用于换流变压器局部放电预警的方法及系统。
背景技术
随着直流输电电压等级的提高，特高压直流设备的绝缘问题也日益突出。换流变压器是直流系统中最重要的电气设备，其运行可靠性直接影响整个系统的运行。换流变压器运行中的绝缘事故在全部故障所占比例为50％左右，葛洲坝、天生桥等变电站换流变压器都出现多次绝缘事故。CIGRE14.04工作组发布了关于换流变压器故障率方面的数据表明，换流变压器的故障率大约是交流变压器的两倍。由于整流阀在导通和截至时产生幅值较高、波形陡的脉冲电压，该脉冲电压叠加在绕组电压上，导致阀侧绕组电压是一个由直流电压和严重畸变的交流电压(谐波大量存在)组成的类似交流正弦波形的复合电压，同时阀侧绕组还承受雷电冲击和操作过电压。
而且，换流变压器短路阻抗以及损耗引起的设备温升高于普通变压器，换流变压器内部温度通常比普通变压器高20％左右。因此，换流变压器阀侧绕组运行工况比交流变压器的更加严厉，这是导致换流变压器线圈绝缘故障率高于普通变压器的主要原因。
作为高压直流输电系统的关键设备之一，换流变压器绝缘状态的好坏会对直流输电系统的可靠性造成直接影响，与普通电力变压器不同，换流变压器结构复杂，其阀侧绕组承受着交流、直流、脉冲电压的共同作用。
随着直流输电电压水平的不断提高，其内部油纸绝缘结构的某些薄弱环节就会产生甚至加剧局部放电，导致换流变压器运行出现故障。局部放电不仅能够表征换流变压器的绝缘劣化，而且是造成绝缘劣化的关键性因素。对换流变压器内部局部放电的类型和严重程度进行有效识别能够及时发现其内部的一些潜伏性故障，为诊断和状态检修策略提供依据，保障系统的安全稳定运行。因此，开展换流变压器局部放电模式识别方法的研究具有极其重要的工程实用价值。
发明内容
本发明的目的在于针对换流变压器局部放电发展阶段预警方法，诊断更为准确，使电力系统运行更加可靠、安全、稳定，而提出了一种适用于换流变压器局部放电预警的方法，包括：
搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
可选的，预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
可选的，预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
可选的，收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
可选的，绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
本发明还提出了一种适用于换流变压器局部放电预警的系统，包括：
搭建模型单元，搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
提取信号单元，在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
确定绝缘缺陷单元，根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
构建数据库单元，针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
判定放电类型单元，根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
预警单元，根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
可选的，预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
可选的，预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
可选的，收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
可选的，绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
本发明挖掘局部放电信号与绝缘缺陷严重程度之间的关联关系，评估局部放电严重程度，对故障进行可靠的预警，可以为制定合理的检修策略提供依据，对保证换流变压器安全可靠运行具有重要现实意义。
附图说明
图1为本发明一种适用于换流变压器局部放电预警的方法的流程图；
图2为本发明实施例的实验示意图；
图3为本发明实施例的三种不同电极；
图4为本发明实施例的局部放电高频电流检测方法；
图5为本发明实施例的局部放电阶段隶属度函数曲线。
图6为本发明一种适用于换流变压器局部放电预警的系统的结构图。
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。
本发明提出了一种适用于换流变压器局部放电预警的方法，如图1所示，包括：
搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
其中，预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
其中，预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
其中，收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
其中，绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
具体实施方法如下：
(1)搭建如图2所示的换流变压器局部放电测试模型，换流变压器工作环境复杂，为了更好的切合实际，设计如图3所示的三种电极模拟换流变压器内部可能出现的绝缘故障，施加交直流复合电场模拟换流变压器实际运行情况。
(2)为了收集丰富放电数据，搭建放电模型使换流变压器在空载、负载、超载等不同运行方式下进行局部放电测试，搭建如图4所示的高频电流法收集放电数据，T1为柱式调压器，T2为无局放工频试验变压器，Rr为工频试验保护电阻，用来限制试品击穿时的短路电流。在以上收集系统之上优选视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量。
(3)在步骤(2)的基础上统计分析放电信号发展至击穿过程中的视在放电量，分析放电各个阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷在大时间尺度下阶段性视在放电量，并将放电阶段分为正常、注意、异常、警戒4个阶段。
在正常状态下，各种运行监测数据都正常，或个别非关键数据可靠性稍下降，但仍在正常运行要求范围内，且发展趋势稳定；
在注意状态下，试验中检测到微弱放电等异常信号，但由于异常信号十分微弱，难以根据信号对故障原因及危害性进行定性和定量；
在异常状态下，试验中检测到明显的放电等异常信号，通过试验可以基本确定故障类型和位置，但是数据异常只是少数几个关键数据，且异常数据偏差不大；
在警戒状态下，试验中检测到强烈的异常信号，GIS内部存在比较严重的缺陷，且已基本确定故障位置及原因，可判断该故障对设备安全和系统运行构成较大潜在威胁。
(4)利用高频电流法收集放电数据，然后进行信号提取。构建各放电类型在不同运行方式下的放电发展阶段判断指标和阈值的数据库。
(5)由于局部放电的发展是一个由量变到质变过程，不同局部放电严重程度的阶段界限具有模糊性，很难定量区分局部放电严重程度。由于各放电发展阶段界限的模糊性，一个局部放电严重程度等级通常并不是以1隶属于某个状态，而是隶属于两个或多个状态，只是隶属程度不同而已。根据局部放电发展的量变规律可知，对于具体局部放电严重状态，其状态等级不会同时隶属于三个不同状态等级，因此基于步骤4中数据库的放电发展阶段判定方程，构建如图5所示的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，其数学映射关系为：
X是未知的研究目标，TS给定的标准目标状态，通过比较X与每个TS之间的欧式距离d(X,TS)来实现模式识别，通过判断接近度N(X,TS)来实现d(X,TS)的比较，d(X,TS)越接近，N(X,TS)越高，因此X和TS的相似性越高。
(6)根据步骤5中判定的结果发出相应正常、注意、异常、警戒4个阶段预警信号。
本发明还提出了一种适用于换流变压器局部放电预警的系统200，如图6所示，包括：
搭建模型单元201，搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
提取信号单元202，在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
确定绝缘缺陷单元203，根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
构建数据库单元204，针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
判定放电类型单元205，根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
预警单元206，根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
其中，预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
其中，预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
其中，收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
其中，绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
本发明挖掘局部放电信号与绝缘缺陷严重程度之间的关联关系，评估局部放电严重程度，对故障进行可靠的预警，可以为制定合理的检修策略提供依据，对保证换流变压器安全可靠运行具有重要现实意义。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种适用于换流变压器局部放电预警的方法，所述方法包括：
搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
2.根据权利要求1所述的方法，所述预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
3.根据权利要求1所述的方法，所述预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
4.根据权利要求1所述的方法，所述收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
5.根据权利要求1所述的方法，所述绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
6.一种适用于换流变压器局部放电预警的系统，所述系统包括：
搭建模型单元，搭建换流变压器局部放电测试模型，在局部放电测试模型中预设换流变压器电极在实际交-直流复合电场作用下的放电类型；
提取信号单元，在预设运行方式下，进行局部放电测试模型的测试及收集放电数据，用滤波算法对放电数据的信号进行提取，将视在放电量作为局部放电发展阶段的特征量；
确定绝缘缺陷单元，根据局部放电测试及收集的放电数据，获取放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，根据放电各阶段视在放电量判断指标和阈值，确定绝缘缺陷的放电阶段；
构建数据库单元，针对提取的放电信号，构建发展阶段换流变压器电极模型的放电类型，在预设运行方式下的放电判断指标及阈值数据库；
判定放电类型单元，根据放电判断指标和阈值数据库，获取换流变压器电极模型的放电特征参量与不同放电发展阶段的数学映射，判定局部放电测试模型局部放电判定结果；
预警单元，根据局部放电测试模型的放电判定结果，利用蜂鸣器或预警信号灯发出换流变压器局部放电模型的预警信号。
7.根据权利要求6所述的系统，所述预设电极包括：球-板电极、针-板电极和柱-板电极。
8.根据权利要求6所述的系统，所述预设运行方式包括：空载运行、负载运行及超载运行。
9.根据权利要求6所述的系统，所述收集放电数据利用高频电流法收集放电数据。
10.根据权利要求6所述的系统，所述绝缘缺陷的放电阶段包括：正常阶段、注意阶段、异常阶段和警戒阶段。
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