CN115096366A - 一种sf6环网柜运行状态监测系统及其状态评估方法 - Google Patents

Abstract

一种SF6环网柜运行状态监测系统及其状态评估方法。属于电力设备技术领域，具体涉及环网柜运行状态监测系统的改进。包括数据采集模块、信号处理模块以及故障诊断模块；所述数据采集模块数据包括电气模块和传感器模块，所述电气模块中测量装置包含电流互感器、电压互感器、局部放电在线监测系统；所述传感器模块包含温度检测仪、湿度传感器、SF6气体泄露传感器；所述信号数据采集模块中的设备均与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块与故障诊断模块电性连接；本发明可以及时发现环网柜运行过程中所遇故障以及潜在的故障，以此提高SF6环网柜故障监测的灵敏度和准确度。

Description

一种SF6环网柜运行状态监测系统及其状态评估方法

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及环网柜运行状态监测系统的改进。

背景技术

随着居民生活水平的提高以及各产业的繁荣发展，城市配电网的规模也越来越大，使得电力系统供电可靠性的要求也越来越高。环网柜作为电力系统配电网中关键组成部分，其安全运行的重要程度不言而喻。

环网柜工作环境一般都在户外，比较容易受到诸如温度、湿度、风速等环境因素的影响进而引起电气故障，且一旦环网柜发生故障，会直接影响相邻电气设备，导致危害整个电力系统的安全稳定运行。因此，环网柜运行状态监测对电力安全具有重要的意义。

传统的运行状态检测技术主要包括电缆局部放电监测平台、改进加权灰靶理论对固体环网柜绝缘状态进行评估、结合绝缘套筒介质损耗和泄露电流的在线监测、SF6气体泄露与温度检测装置、以及电缆接头温度监测与预警系统等。

尽管这些状态监测方法已经得到了广泛的研究和应用，但是影响环网柜运行因素很复杂，且每个因素对环网柜影响程度是不同的，随机性强，难以准确建模，需要建立一个合适的评价模型，充分考虑不同因素的权重，对多个变量之间的相互影响关系进行关联分析，才能提高系统判断故障的准确度和灵敏度。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种SF6环网柜运行状态监测系统，该SF6环网柜运行状态监测系统可测得多个变量，综合考虑多个变量之间的相互影响关系，对SF6环网柜运行状态进行准确的评估。

本发明的技术方案是：一种SF6环网柜运行状态监测系统，包括数据采集模块、信号处理模块以及故障诊断模块；

所述数据采集模块数据包括电气模块和传感器模块，所述电气模块中测量装置包含电流互感器、电压互感器、局部放电在线监测系统；所述传感器模块包含温度检测仪、湿度传感器、SF6气体泄露传感器；

所述信号数据采集模块中的设备均与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块与故障诊断模块电性连接；

所述信号处理模块用于实时同步处理局部放电次数、母线电流、母线电压、温度、湿度、SF6气体泄露过程量参数，对环网柜运行状态进行评估，并根据评估结果发送信号给故障诊断模块；

所述故障诊断模块根据评估结果信号，对环网柜状态进行监测分析，包括状态显示、报警预警和故障检修。

优选的，所述电流互感器包括相电流互感器和零序电流互感器。

优选的，所述温度检测仪为热电偶贴片型巡检仪，其贴片主要分布在母线以及环网柜内侧。

同时提供一种SF6环网柜运行状态的评估方法，具体为：

1)通过数据采集模块获得环网柜内的各项数据，根据数据的属性以及重要程度将采集的数据分别划分为电气因子X、气体因子Y以及环境因子Z；所述电气因子X包含母线电压、泄露电流、母线电流、局部放电次数、以及母线温升；所述气体因子Y包含SF₆气体泄漏情况；所述环境因子Z包含运行环境的温度和湿度；

2)建立综合评价模型为：

S＝xS(X)+yS(Y)+zS(Z)

式中，x、y、z分别为X、Y、Z三个评价指标的权重，函数值S即为故障诊断模块参考依据，其中：

式中，S(X)、S(Y)、S(Z)分别为评分因子X、Y、Z的评分体系；X₁～X₅分别为环网柜运行时泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的测量值，X_B1～X_B5分别为环网柜泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的额定正常工作范围最大值；Y₁、Y_B1为气体泄露值实测值和额定正常工作范围最大值；Z₁～Z₂、Z_B1～Z_B2分别为环网柜工作时温度、湿度的实际值和正常工作范围绝对值最大值。

3)根据函数值S判断SF₆环网柜运行状态是否安全，S分数越高，表示环网柜运行状态最好；S分数越低，表示环网柜运行状态越差。

优选的，确定X、Y、Z三个评价指标的权重x、y、z使用一致矩阵法，具体为：按两两比较结果构建判断矩阵P，p_ij＝1/p_ji

式中，P_ij为因素P_i与因素P_j的重要性比较结果，P_ji为因素P_j与因素P_i的重要性比较结果；判断矩阵P的最大特征根所对应的特征向量，经归一化后记作矩阵W，矩阵W中元素即各因素的权重。

优选的，将SF₆气体因子Y作为第一重要因子，将电气因子X作为第二重要性，将环境因子Z作为第三重要因子。

本发明提供的SF6环网柜运行状态监测系统，可测得多个影响SF6环网柜运行状态的因素，将一致矩阵法引入环网柜运行状态的评估，根据数据的属性以及重要程度将采集的数据归类以及给予不同的权重，进而对系统状态进行打分，有效避免通过孤立的单一变量判断带来的盲区，以及随机性对于故障判断的干扰，可以及时发现环网柜运行过程中所遇故障以及潜在的故障，以此提高SF6环网柜故障监测的灵敏度和准确度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种SF6环网柜运行状态监测系统，包括数据采集模块、信号处理模块以及故障诊断模块；

数据采集模块数据包括电气模块和传感器模块，电气模块中测量装置包含电流互感器、电压互感器、局部放电在线监测系统；传感器模块包含温度检测仪、湿度传感器、SF6气体泄露传感器；

信号数据采集模块中的设备均与信号处理模块电性连接，信号处理模块与故障诊断模块电性连接，本实例中信号处理模块和故障诊断模块均为单片机，单片机是一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用，为本领域技术人员所熟知，具体结构以及连接方式不再赘述；

信号处理模块用于实时同步处理局部放电次数、母线电流、母线电压、温度、湿度、SF6气体泄露过程量参数，对环网柜运行状态进行评估，并根据评估结果发送信号给故障诊断模块；

故障诊断模块根据评估结果信号，对环网柜状态进行监测分析，包括状态显示、报警预警和故障检修。

本实例中，电流互感器包括相电流互感器和零序电流互感器，相电流互感器用来测量母线电流、零序电流互感器用来检测泄露电流。

本实例中，温度检测仪为热电偶贴片型巡检仪，其贴片主要分布在母线以及环网柜内侧，进而可以准确获取母线温升以及环网柜运行时温度。

通过电压互感器、电流互感器、局部放电在线监测系统、SF₆气体传感器、以及温度检测仪、湿度传感器一系列采集装置获取SF₆全绝缘环网柜运行状态下多指标参数，包括母线电压、泄露电流、母线电流、局部放电次数、SF₆气体泄漏情况、以及母线温升、环境因素包含温度、湿度；

本实例中环网柜运行状态的评估方法

1)根据数据的属性以及重要程度将采集的数据分别划分为电气因子X、气体因子Y以及环境因子Z，其中，电气因子X包含母线电压、泄露电流、母线电流、局部放电次数、以及母线温升(考虑到母线温度过高可能会导致绝缘的破坏，因此将其划分为电气因素)；气体因子Y包含SF₆气体泄漏情况；环境因子Z主要包含运行环境的温度和湿度；

2)针对步骤(1)中所划分的电气因子X、气体因子Y、以及环境因子Z三种不同的指标，建立一个评分体系来量化评价因素所占比重，设定该评分体系采取十分制打分，10分运行状态为最优，0分为最差；

3)针对步骤2)中所描述评分体系，在确定各个因子所占比重时，使用一致矩阵法，考虑到安全性第一位，所述系统将气体因子Y作为权重最高的评价指标，考虑实际运行过程中由于电气因子X造成的故障误动比较多，将其作为第二重要性，环境因子Z作为第三重要因子；

按两两比较结果构建判断矩阵P，

p_ij＝1/p_ji

式中，P_ij为因素P_i与因素P_j的重要性比较结果，P_ji为因素P_j与因素P_i的重要性比较结果；

重要性等级指标如下：

P<sub>i</sub>相对P<sub>j</sub>的重要程度	P<sub>ij</sub>
		同等重要	1
稍微重要	3
		较强重要	5
强烈重要	7
		极端重要	9
两相邻判断的中间值	2,4,6,8

根据重要性排序，确定该系统判断矩阵两两比较结果选择P₁₂＝3、P₃₂＝2、P₁₃＝2；进而得到由两两比较结果构成的判断矩阵P为

求得矩阵P的最大特征值为3.0092，对应特征向量为[0.8468 0.2565 0.4660]^Τ；

定义x、y、z分别为X、Y、Z三个评价指标的权重，考虑到重要性应该具有传递性，将判断矩阵P的最大特征值对应的特征向量归一化得到新的向量[0.55 0.19 0.26]^Τ,进而可得所述多指标综合评价模型中y的值为0.55、x值为0.26、z值为0.19。

定义S即为故障诊断模块参考依据，建立综合评价模型为：

S＝0.26*S(X)+0.55*S(Y)+0.19*S(Z)

式中，S(X)、S(Y)、S(Z)分别为评分因子X、Y、Z的评分体系；X₁～X₅分别为环网柜运行时泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的测量值，X_B1～X_B5分别为环网柜泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的额定正常工作范围最大值；Y₁、Y_B1为气体泄露值实测值和额定正常工作范围最大值；Z₁～Z₂、Z_B1～Z_B2分别为环网柜工作时温度、湿度的实际值和正常工作范围绝对值最大值；

1)根据所得函数值S判断SF₆环网柜运行状态是否安全，S值越高，表示环网柜运行状态最好；S值越低，表示环网柜运行状态越差。

将一致矩阵法引入环网柜运行状态的评估，根据数据的属性以及重要程度将采集的数据归类以及给予不同的权重，对多个变量之间的相互影响关系进行关联，还可以过滤掉数据的随机性对系统判断的影响，提高系统判断故障的准确度和灵敏度。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种SF6环网柜运行状态监测系统，其特征是：包括数据采集模块、信号处理模块以及故障诊断模块；

所述数据采集模块数据包括电气模块和传感器模块，所述电气模块中测量装置包含电流互感器、电压互感器、局部放电在线监测系统；所述传感器模块包含温度检测仪、湿度传感器、SF6气体泄露传感器；

所述信号数据采集模块中的设备均与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块与故障诊断模块电性连接；

所述信号处理模块用于实时同步处理局部放电次数、母线电流、母线电压、温度、湿度、SF6气体泄露过程量参数，对环网柜运行状态进行评估，并根据评估结果发送信号给故障诊断模块；

所述故障诊断模块根据评估结果信号，对环网柜状态进行监测分析，包括状态显示、报警预警和故障检修。

2.根据权利要求1所述的一种SF6环网柜运行状态监测系统，其特征是：所述电流互感器包括相电流互感器和零序电流互感器。

3.根据权利要求1所述的一种SF6环网柜运行状态监测系统，其特征是：所述温度检测仪为热电偶贴片型巡检仪，其贴片主要分布在母线以及环网柜内侧。

4.一种SF6环网柜运行状态的评估方法，其特征是：

1)通过数据采集模块获得环网柜内的各项数据，根据数据的属性以及重要程度将采集的数据分别划分为电气因子X、气体因子Y以及环境因子Z；所述电气因子X包含母线电压、泄露电流、母线电流、局部放电次数、以及母线温升；所述气体因子Y包含SF₆气体泄漏情况；所述环境因子Z包含运行环境的温度和湿度；

2)建立综合评价模型为：

S＝xS(X)+yS(Y)+zS(Z)

式中，x、y、z分别为X、Y、Z三个评价指标的权重，函数值S即为故障诊断模块参考依据，其中：

式中，S(X)、S(Y)、S(Z)分别为评分因子X、Y、Z的评分体系；X₁～X₅分别为环网柜运行时泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的测量值，X_B1～X_B5分别为环网柜泄露电流、母线电压、母线电流、母线温升、局部放电次数的额定正常工作范围最大值；Y₁、Y_B1为气体泄露值实测值和额定正常工作范围最大值；Z₁～Z₂、Z_B1～Z_B2分别为环网柜工作时温度、湿度的实际值和正常工作范围绝对值最大值。

3)根据函数值S判断SF₆环网柜运行状态是否安全，S分数越高，表示环网柜运行状态最好；S分数越低，表示环网柜运行状态越差。

5.根据权利要求4所述的一种SF6环网柜运行状态的评估方法，其特征是：确定X、Y、Z三个评价指标的权重x、y、z使用一致矩阵法，具体为：按两两比较结果构建判断矩阵P，p_ij＝1/p_ji

式中，P_ij为因素P_i与因素P_j的重要性比较结果，P_ji为因素P_j与因素P_i的重要性比较结果；判断矩阵P的最大特征根所对应的特征向量，经归一化后记作矩阵W，矩阵W中元素即各因素的权重。

6.根据权利要求4所述的一种SF6环网柜运行状态的评估方法，其特征是：将SF₆气体因子Y作为第一重要因子，将电气因子X作为第二重要性，将环境因子Z作为第三重要因子。

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