CN114858208B - 一种六氟化硫气体故障预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六氟化硫气体故障预警方法和系统，该方法包括获取某一时刻六氟化硫气体绝缘设备气室六氟化硫气体的温度、压力和微水含量，设定六氟化硫气体某一时刻温度拟合微水值与实测微水值差值正常范围；设定六氟化硫气体某一时刻压力拟合微水值与实测微水值差值正常范围；然后进行故障判断。本发明可及时发现六氟化硫气体受潮泄露故障，根据报警制定设备检修或消缺计划，避免六氟化硫气体绝缘设备发生绝缘击穿，造成设备损坏，导致设备非计划停运或人员中毒等异常事件，提高六氟化硫气体绝缘设备的稳定性、可靠性，延长设备使用周期。

Description

一种六氟化硫气体故障预警方法和系统

技术领域

本发明涉及六氟化硫气体绝缘设备故障检测领域，尤其是一种六氟化硫气体故障预警方法和系统。

技术背景

六氟化硫气体绝缘设备在运行过程中，可能因密封老化、连接管路损坏等情况造成外界水分渗入气室内，或因设绝缘材料中水分缓慢蒸发在气室内，或因在六氟化硫气体注入过程中带入水分至气室内，造成六氟化硫其中水分含量高，使六氟化硫气体绝缘性能降低造成设备损坏，影响电力系统稳定运行；还可能分解出HF、SOF₂、SO₂F₂、SF₄、SOF₄等有毒物质，不但会腐蚀设备，发生泄漏还会对人体造成严重危害。

现有技术有：

一、通过六氟化硫在线监测系统实时监测六氟化硫气体的微水参数，结合报警定值进行直接判断；

二、通过定期的电气预防性试验，使用离线设备检测六氟化硫气体中的水分含量。

六氟化硫气体中的水分含量受多因素多影响结果，尤其是气室内部温度和气体压力，由于气室完全封闭。温度越高，气压越大，气室内壁表面的水分和GIS内部设备材料表面的吸附水分向气体中释放的速率越大，导致微水含量的上升。

六氟化硫气体水分小幅变化并不容易发现，只有当六氟化硫气体中水分增长至报警值时才能对发现六氟化硫气体受潮情况。按照电气预防性试验规程的要求，每年对六氟化硫气体中的水分和分解产物进行检测，其频率太低，同样对六氟化硫气体受潮初期不易发现。

以上两种方式对六氟化硫气体受潮的速度不能进行衡量，不能判断六氟化硫气体微水含量多久会超过报警值，不能对缺陷处理方案制定提供时间的参考价值。因此有必要对现有技术加以改进。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种六氟化硫气体受潮故障预测方法和系统，提高六氟化硫气体绝缘设备的稳定性、可靠性，延长设备使用周期。

本发明通过下列技术方案实现：

一种六氟化硫气体故障预警方法，包括下列步骤：

获取某一时刻六氟化硫气体绝缘设备气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W；

设定六氟化硫气体某一时刻温度拟合微水值与实测微水值差值正常范围为M≤3；设定六氟化硫气体某一时刻压力拟合微水值与实测微水值差值正常范围为N≤5；进行如下判断：

当且/>则六氟化硫高压气室运行正常；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在受潮故障；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在泄露故障；

为某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值；/>为某一段时间内六氟化硫气体拟合微水值与实测微水值的差值的平均值。

进一步地，某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值按下式进行：

式中：为某一段时间内六氟化硫气体拟合微水值与实测微水值的差值的平均值，ΔY_温度1、ΔY_温度2、ΔY_温度n表示不同采样点计算出的拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量。

进一步地，某一时刻拟合微水值y_温度i与实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i。

进一步地，某一时刻拟合微水值y_温度i计算过程如下：

将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、温度参数在直角坐标系中形成若干点Pi(xi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，x轴为温度，y轴为微水数值；

设该若干历史数据点的拟合曲线为拟合曲线/>在点Pi(xi,yi)处的偏差为/>

根据计算公式令点Pi(xi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数a₀，a₁，...a_k；从而得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式为y_温度＝a₀+a₁x+...+a_nxⁿ；

将某一时刻实测温度数据带入所述多项式，得到某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_温度i。

进一步地，某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值按以下进行：

式中：某一段时间内六氟化硫气体拟合微水值与实测微水值的差值的平均值，ΔY_压力1、ΔY_压力2、ΔY_压力n表示不同采样点计算出的拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量。

进一步地，某一时刻拟合微水值y_压力i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_压力＝y_i-y_压力i。

进一步地，某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_压力i计算过程如下：

将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、压力参数在直角坐标系中形成若干点Qi(xi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，x轴为压力，y轴为微水数值；

设该若干历史数据点的拟合曲线为y_压力＝γ(x)，拟合曲线y_压力＝γ(x)在点Pi(xi,yi)处的偏差为γ_i＝γ(x_i)-y_i；

根据计算公式令点Qi(xi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数b₀，b₁，...b_k；从而得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式为

y_压力＝b₀+b₁x+...+b_nxⁿ；

将某一时刻实测压力数据带入所述多项式，得到某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_压力i。

本发明还涉及一种六氟化硫气体故障预警系统，包括采集器和处理器；

采集器采集某一时刻六氟化硫气体绝缘设备气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W；

处理器按照上述的方法进行故障判断。

本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明还涉及一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过实时采集六氟化硫气体温度、压力、微水参数，结合设备实际历史数据对六氟化硫气体中的水分含量情况进行实时分析判断，可及时发现六氟化硫气体受潮泄露故障，根据报警制定设备检修或消缺计划，避免六氟化硫气体绝缘设备发生绝缘击穿，造成设备损坏，导致设备非计划停运或人员中毒等异常事件，提高六氟化硫气体绝缘设备的稳定性、可靠性，延长设备使用周期。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明实例中三个月的气体质量参数温度、压力、微水历史数据；

图3是温度与微水对应数据在直角坐标系中形成若干点图；

图4是压力与微水对应数据在直角坐标系中形成若干点图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对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。基于实施例，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。

除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

本实施例的六氟化硫气体受潮故障预警方法，包括下列步骤：

步骤(1)通过在线监测系统，获取六氟化硫气体绝缘设备某一时刻该气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W。

步骤(2)将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、温度参数在直角坐标系中形成若干点Pi(xi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，x轴为温度，y轴为微水数值。

步骤(3)设该若干历史数据点的拟合曲线为拟合曲线/>在点Pi(xi,yi)处的偏差为/>

步骤(4)根据计算公式令点Pi(xi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数a₀，a₁，...a_k。

步骤(5)从而得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式为y_温度＝a₀+a₁x+...+a_nxⁿ。

步骤(6)将某一时刻实测温度数据带入步骤(5)公式，得到某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_温度i。

步骤(7)计算某一时刻拟合微水值y_温度i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i。

步骤(8)根据步骤(7)计算的某一时刻拟合微水值y_温度i与实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i，根据以下公式计算出某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值

式中：某一段时间内六氟化硫气体拟合微水值与实测微水值的差值的平均值，ΔY_温度1、ΔY_温度2、ΔY_温度n表示不同采样点计算出的拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量。

步骤(9)将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、压力参数在直角坐标系中形成若干点Qi(xi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，x轴为压力，y轴为微水数值。

步骤(10)设该若干历史数据点的拟合曲线为y_压力＝γ(x)，拟合曲线y_压力＝γ(x)在点Pi(xi,yi)处的偏差为γ_i＝γ(x_i)-y_i。

步骤(11)根据计算公式令点Qi(xi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数b₀，b₁，...b_k。

步骤(12)从而得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式为y_压力＝b₀+b₁x+...+b_nxⁿ。

步骤(13)将某一时刻实测压力数据带入步骤(12)公式，得到某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_压力i。

步骤(14)计算某一时刻拟合微水值y_压力i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_压力＝y_i-y_压力i。

步骤(15)根据步骤(14)计算的某一时刻拟合微水值y_压力i与实测微水值y_i的差值ΔY_压力＝y_i-y_压力i，根据以下公式计算出某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值

式中：某一段时间内六氟化硫气体拟合微水值与实测微水值的差值的平均值，ΔY_压力1、ΔY_压力2、ΔY_压力n表示不同采样点计算出的拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量。

步骤(16)设定六氟化硫气体某一时刻温度拟合微水值与实测微水值差值正常范围为M≤3；设定六氟化硫气体某一时刻压力拟合微水值与实测微水值差值正常范围为N≤5。

步骤(17)根据步骤(8)、步骤(15)计算数据，进行如下判断：

当且/>则六氟化硫高压气室运行正常；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在受潮故障；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在泄露故障。

为了实现上述方法，如图1所示，本实施例的系统，包括采集器、处理器、存储器和显示器。

采集器与在线监控系统连接，采集获取六氟化硫气体绝缘设备某一时刻该气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W。

处理器按上述方法处理采集器的数据并进行判断。存储器存储采集的数据和处理后的结果。显示器显示处理结果，显示器为现有的带触屏或按键的显示器。还可以设置报警器，根据处理器的处理结果进行报警或者向工作人员发送提示。

需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。

这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application specific integrated circuit，ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital signal processor，DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field programmable gate array，FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Centralprocessing unit，CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，SOC)的形式实现。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid state disk(SSD))等。

可选的，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述所示实施例的方法。

可选的，本申请实施例还提供一种运行指令的芯片，所述芯片用于执行上述所示实施例的方法。

本申请实施例还提供一种程序产品，所述程序产品包括计算机程序，所述计算机程序存储在存储介质中，至少一个处理器可以从所述存储介质读取所述计算机程序，所述至少一个处理器执行所述计算机程序时可实现上述实施例的方法。

具体实例：

本实例的六氟化硫气体受潮故障预警方法，以某电厂500kV某高压开关气室情况为例，取六氟化硫在线监测系统中三个月的气体质量参数温度、压力、微水历史数据，如图2所示。

步骤(1)将温度与微水对应数据在直角坐标系中形成若干点Pi(xi,yi),其中i＝1,2,3...I,I为历史数据个数，如图3所示。

步骤(2)求解微水与温度关系的拟合曲线其中x轴为温度，y轴为微水数值。

步骤(3)得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式：

f(x)＝0.2167x²-11.88x+192.7。

步骤(6)下表为一组设备运行时数据，如表1所示：

表1

(7)将步骤(6)中温度数据带入步骤(3)公式，计算出时刻实测温度值下的拟合微水值y_温度i，如表2所示：

表2

温度	32.76	32.82	32.88	33.2	33.32	33.32
							拟合微水	36.07745392	36.21732508	36.35875648	37.139408	37.44359408	37.44359408

(8)计算对应时刻拟合微水值y_温度i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i，如表3所示：

表3

步骤(9)根据步骤(8)计算的某一时刻拟合微水值y_温度i与实测微水值y_i的差值ΔY_温度i，根据以下公式计算出某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值

步骤(10)将压力与微水对应数据在直角坐标系中形成若干点Qi(xi,yi)，其中i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，如图4所示。

步骤(11)求解微水与温度关系的拟合曲线y＝γ(x)，其中x轴为温度，y轴为微水数值。

步骤(12)得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式：f(x)＝287218.5144x²-303415.5474x+80164.139

步骤(13)将步骤(6)中设备运行时数据压力数据带入步骤(12)公式，计算出时刻实测压力值下的拟合微水值y_温度i，如表4所示：

表4

压力	0.5313	0.5311	0.5310	0.5300	0.5301	0.5302
							拟合微水2	35.41187347	35.06679301	34.90286934	33.57957296	33.68605293	33.79827727

步骤(14)计算对应时刻拟合微水值y_温度i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i，如表5所示：

表5

步骤(16)根据步骤(8)计算的某一时刻拟合微水值y_压力i与实测微水值y_i的差值ΔY_压力i，根据以下公式计算出某一段时间内拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值

步骤(17)设定六氟化硫气体某一时刻温度拟合微水值与实测微水值差值正常范围为M≤3；设定六氟化硫气体某一时刻压力拟合微水值与实测微水值差值正常范围为N≤5；

根据步骤(9)与步骤(15)计算出的数据与步骤(16)设定的数据进行对比，结果如下：

且/>判断为六氟化硫高压气室运行正常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种六氟化硫气体故障预警方法，其特征在于：包括下列步骤：

获取某一时刻六氟化硫气体绝缘设备气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W；

设定六氟化硫气体某一时刻温度拟合微水值与实测微水值差值正常范围为M≤3；设定六氟化硫气体某一时刻压力拟合微水值与实测微水值差值正常范围为N≤5；进行如下判断：

当且/>则六氟化硫高压气室运行正常；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在受潮故障；

当且/>则六氟化硫微水值超出正常范围，气室存在泄露故障；

为某一段时间内六氟化硫气体温度拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值；/>为某一段时间内六氟化硫气体压力拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值；

某一段时间内温度拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值按下式进行：

式中：为某一段时间内六氟化硫气体温度拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值，ΔY_温度1、ΔY_温度2、ΔY_温度n表示不同采样点计算出的温度拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量；

某一时刻温度拟合微水值y_温度i与实测微水值y_i的差值ΔY_温度＝y_i-y_温度i；

某一时刻温度拟合微水值y_温度i计算过程如下：

将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、温度参数在直角坐标系中形成若干点Pi(xi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，x轴为温度，y轴为微水数值；

设该若干历史数据点的拟合曲线为拟合曲线/>在点Pi(xi,yi)处的偏差为/>

根据计算公式：

令点Pi(xi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数a₀，a₁，...a_k；从而得到开关气室正常运行工况下微水与温度关系的拟合曲线，多项式为：y_温度＝a₀+a₁x+...+a_nxⁿ

将某一时刻实测温度数据带入所述多项式，得到某一时刻实测温度数值下拟合微水值y_温度i；

某一段时间内压力拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值按以下进行：

式中：某一段时间内六氟化硫气体压力拟合微水值与实测微水值的差值绝对值的平均值，ΔY_压力1、ΔY_压力2、ΔY_压力n表示不同采样点计算出的压力拟合微水值与实测微水值的差值，n表示采样点的数量；

某一时刻压力拟合微水值y_压力i与该时刻实测微水值y_i的差值ΔY_压力＝y_i-y_压力i；

某一时刻实测温度数值下压力拟合微水值y_压力i计算过程如下：

将六氟化硫在线监测系统中某段时间的气体微水、压力参数在直角坐标系中形成若干点Qi(zi,yi)，i＝1，2，3...I，I为历史数据个数，z轴为压力，y轴为微水数值；

设该若干历史数据点的拟合曲线为y_压力＝γ(z)，拟合曲线y_压力＝γ(z)在点Qi(zi,yi)处的偏差为γ_i＝γ(z_i)-y_i；

根据计算公式：

令点Qi(zi,yi)到拟合曲线的偏差的平方和最小，求解函数得到拟合曲线多项式系数b₀，b₁，...b_k；从而得到开关气室正常运行工况下微水与压力关系的拟合曲线，多项式为：y_压力＝b₀+b₁z+...+b_nzⁿ

将某一时刻实测压力数据带入所述多项式，得到某一时刻实测温度数值下压力拟合微水值y_压力i。

2.一种六氟化硫气体故障预警系统，其特征在于：包括采集器和处理器；

采集器采集某一时刻六氟化硫气体绝缘设备气室六氟化硫气体的温度T、压力P和微水含量W；

处理器按照权利要求1所述的方法进行故障判断。

3.一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1所述方法的步骤。

4.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1所述方法的步骤。