CN116298510A - 一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法和系统 - Google Patents

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杜商安
申笑林
杨鹏程
吴方劼
季一鸣
王尧玄
王玲
王奥
王宇
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Abstract

本发明涉及一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法和系统，包括：分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定参考值进行比较，并根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，同时根据校正结果得到避雷器运行状态。本发明将泄漏电流分解为基波分量和三次谐波分量，同时监测环境温度、母线电压和谐波水平并对数据异常的基波分量和三次谐波测量值进行修正，能准确区分避雷器的内部受潮和电阻片老化故障。本发明可以广泛在高压直流输电技术领域中应用。

Description

一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法和系统
技术领域
本发明涉及一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法和系统，属于高压直流输电技术领域。
背景技术
可控自恢复消能装置的本质是一种吸能装置，由氧化锌电阻片(以下简称电阻片)和旁路开关组成，能够通过旁路开关动态控制电阻片投入数量。可控自恢复消能装置可根据需要安装于高压直流输电系统的交流侧或直流侧。正常运行时电阻片全部接入系统且电阻片呈现高阻状态，故障情况下旁路开关合闸切除可控部分电阻片使消能装置处于吸能状态，有效限制电网过电压水平。
实际上，可控自恢复消能装置正常运行时，虽然电阻片处于高阻状态，仍有很小的电流流过电阻片，受换流站谐波影响与外部环境影响导致避雷器电阻片老化或者受潮，引起电阻片泄漏电流增加和功耗加剧，如果不能及时处理，则会导致阀片温度过高甚至热崩溃，最终导致设备损坏，危及电力系统安全。为了及时发现隐患，需要对金属氧化物避雷器状态进行状态监测，最有效的手段是对其泄漏电流进行在线监测。
金属氧化物避雷器的泄漏电流包括容性电流和阻性电流，其中阻性电流的变化可以反映避雷器的工作状态。避雷器运行状态影响因素主要有两个，内部受潮和电阻片老化。根据已有研究，阻性电流基波分量可以表征避雷器内部受潮情况，受潮时基波分量增加；而阻性电流三次谐波分量可以表征避雷器的老化情况，老化加重时三次谐波分量变大。
由避雷器的特性可知相同电压下泄漏电流随着温度升高会有所增加。换流器对于直流侧而言，相当于一个谐波电压源，并且随着功率的变化而波动，这会对三次谐波造成影响。目前特高压换流站避雷器虽安装了泄漏电流监测装置，但是仅监测了阻性泄漏电流，未能区分基波和三次谐波分量，而且没有考虑温度和谐波对泄漏电流的影响，因此不能准确的反映避雷器的运行状态。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法和系统，其能有效排除干扰因素，有效监测阻性泄漏电流的基波和三次谐波分量，准确反映避雷器的运行状态。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，包括以下步骤：
分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态。
进一步，所述对避雷器泄漏电流进行采集时，采用霍尔元件传感器进行测量。
进一步，所述将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态，包括：
将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值进行比较：
若泄漏电流的基波分量大于给定基波分量参考值，则根据同期母线电压的基波分量和当前环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流的基波分量进行校正；若校正后泄漏电流的基波分量仍大于给定基波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器内部受潮；
若泄漏电流的三次谐波分量大于给定三次谐波分量参考值，则根据同期母线电压的三次谐波分量和当前环境温度，对泄漏电流的三次谐波分量进行校正；若校正后泄漏电流的三次谐波分量值仍大于给定三次谐波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器老化严重。
进一步，所述给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值，包括：
分别获取环境温度与泄漏电流基波分量、泄漏电流三次谐波分量的关系曲线；
分别获取母线电压的基波分量、三次谐波分量与泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的关系曲线；
根据获取的关系曲线，确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值，并确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值所对应的环境温度参考值和母线电压的基波分量和三次谐波分量的参考值。
进一步，根据同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流的基波分量进行校正时，包括：
将当前母线电压的基波分量和当前环境温度分别与基波分量参考值对应的母线电压基波电压参考值和环境温度参考值作差，得到第一母线电压影响值和第一温度影响值；
根据第一母线电压影响值和第一温度影响值，计算两者差异对泄漏电流基波分量的影响值；
泄漏电流基波分量测量值减去影响值得到泄漏电流基波分量的校正值。
进一步，对泄漏电流三次谐波分量进行校正时，包括：
将当前母线电压的三次谐波分量和当前环境温度，分别与泄漏电流三次谐波分量参考值对应的母线电压三次谐波电压参考值和环境温度参考值做差，得到第二母线电压影响值和第二温度影响值；
根据第二母线电压影响值和第二温度影响值，计算两者差异对泄漏电流三次谐波分量的影响值；
泄漏电流三次谐波分量测量值减去影响值，得到泄漏电流三次谐波分量的校正值。
第二方面，本发明提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统，包括：
数据采集分解模块，用于分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
运行状态确定模块，用于将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态。
进一步，所述运行状态确定模块，包括：
比较模块，用于将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值进行比较：
基波分量校正模块，用于在泄漏电流的基波分量大于给定基波分量参考值，则根据同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流基波分量测量值进行校正；
三次谐波分量校正模块，用于在泄漏电流的三次谐波分量大于给定三次谐波分量参考值，则根据同期母线电压的三次谐波分量和环境温度，对泄漏电流的三次谐波分量测量值进行修正；
报警模块，用于在校正后泄漏电流的基波分量仍大于给定基波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器内部受潮，并在校正后泄漏电流的三次谐波分量值仍大于给定三次谐波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器老化严重。
第三方面，本发明提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法的步骤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明将泄漏电流分解为基波分量和三次谐波分量，同时监测环境温度、母线电压和三次谐波水平并对数据异常的基波分量和三次谐波测量值进行修正，能准确区分避雷器的内部受潮和电阻片老化故障。综上所述，本发明可以广泛在高压直流输电技术领域中应用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的避雷器运行状态监测方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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申请的示例性实施方式。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。
本发明的一些实施例中，提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，包括：监测避雷器的泄漏电流并分解为基波分量和三次谐波分量，再将基波分量和三次谐波分量与给定的参考值比较，若监测值超过参考值，则根据环境温度或母线谐波水平对检测值进行修正，并与参考值再次进行比对，如果修正值仍然大于参考值，发出警告，根据数据异常相提示避雷器内部受潮或老化严重。
与之相对应地，本发明的另一些实施例中提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统、设备和存储介质。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，用于监测可控自恢复消能装置避雷器运行状态，包括以下步骤：
1)分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
2)将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量与参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态。
进一步，上述步骤1)中，采集的避雷器泄漏电流为阻性电流，且主要为基波电流，故泄漏电流的测量选择合适的设备，例如可以采用霍尔元件传感器进行测量。
进一步，上述步骤2)中，泄漏电流基波分量和三次谐波分量的参考值，可通过前期试验手段获得。具体地，包括：
分别获取环境温度与泄漏电流基波分量、泄漏电流三次谐波分量的关系曲线；
分别获取母线电压的基波分量、三次谐波分量与泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的关系曲线；
根据获取的关系曲线，确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值，并确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值所对应的环境温度参考值和母线电压的基波分量和三次谐波分量的参考值。
其中，泄漏电流基波分量和三次谐波分量的参考值也可根据现场运行的数据进行修正。
进一步，上述步骤2)，具体包括以下步骤：
将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与参考值进行比较：
若泄漏电流的基波分量大于基波分量参考值，则根据同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流基波分量测量值进行校正；若校正后泄漏电流的基波分量仍大于基波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器内部受潮；
若泄漏电流的三次谐波分量大于三次谐波分量参考值，则根据同期母线电压的三次谐波分量和环境温度，对泄漏电流的三次谐波分量测量值进行校正；若校正后泄漏电流的三次谐波分量值仍大于三次谐波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器老化严重。
进一步，上述步骤2)中，根据同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流的基波分量测量值进行校正时，包括以下步骤：
将当前母线电压的基波分量和当前环境温度分别与基波分量参考值对应的母线电压基波电压参考值和环境温度参考值作差，得到第一母线电压影响值δU和第一温度影响值δT；
根据第一母线电压影响值δU和第一温度影响值δT，计算两者差异对泄漏电流基波分量的影响值δ基＝δT+δU。
泄漏电流基波分量测量值减去影响值得到泄漏电流基波分量的校正值，即：基波分量校正值I基’＝I基-δ基。
进一步，对泄漏电流三次谐波分量进行校正时，包括：
将当前母线电压的三次谐波分量和当前环境温度，分别与泄漏电流三次谐波分量参考值对应的母线电压三次谐波电压参考值和环境温度参考值做差，得到第二母线电压影响值和第二温度影响值；
根据第二母线电压影响值和第二温度影响值，计算两者差异对泄漏电流三次谐波分量的影响值δ三；
泄漏电流三次谐波分量测量值减去影响值，得到泄漏电流三次谐波分量的校正值I三’＝I三-δ三。
实施例2
上述实施例1提供了可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，与之相对应地，本实施例提供一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统。本实施例提供的系统可以实施实施例1的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，该系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例1各方法中的对应步骤。由于本实施例的系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例1的部分说明即可，本实施例提供的系统的实施例仅仅是示意性的。
本实施例提供的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统，包括：
数据采集分解模块，用于分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
运行状态确定模块，用于将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量与给定参考值进行比较，并根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，同时根据校正结果得到避雷器运行状态。
实施例3
本实施例提供一种与本实施例1所提供的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法对应的处理设备，处理设备可以是用于客户端的处理设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例1的方法。
所述处理设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例1所提供的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法。
在一些实施例中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
在另一些实施例中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
实施例4
本实施例1的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例1所述的可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态。
2.如权利要求1所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于：所述对避雷器泄漏电流进行采集时，采用霍尔元件传感器进行测量。
3.如权利要求1所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于：所述将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态，包括：
将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值进行比较：
若泄漏电流的基波分量大于给定基波分量参考值，则根据同期母线电压的基波分量和当前环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流的基波分量进行校正；若校正后泄漏电流的基波分量仍大于给定基波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器内部受潮；
若泄漏电流的三次谐波分量大于给定三次谐波分量参考值，则根据同期母线电压的三次谐波分量和当前环境温度，对泄漏电流的三次谐波分量进行校正；若校正后泄漏电流的三次谐波分量值仍大于给定三次谐波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器老化严重。
4.如权利要求3所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于：所述给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值，包括：
分别获取环境温度与泄漏电流基波分量、泄漏电流三次谐波分量的关系曲线；
分别获取母线电压的基波分量、三次谐波分量与泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的关系曲线；
根据获取的关系曲线，确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值，并确定泄漏电流的基波分量和三次谐波分量的参考值所对应的环境温度参考值和母线电压的基波分量和三次谐波分量的参考值。
5.如权利要求4所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于：根据 同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流的基波分量进行校正时，包括：
将当前母线电压的基波分量和当前环境温度分别与基波分量参考值对应的母线电压基波电压参考值和环境温度参考值作差，得到第一母线电压影响值和第一温度影响值；
根据第一母线电压影响值和第一温度影响值，计算两者差异对泄漏电流基波分量的影响值；
泄漏电流基波分量测量值减去影响值得到泄漏电流基波分量的校正值。
6.如权利要求4所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法，其特征在于：对泄漏电流三次谐波分量进行校正时，包括：
将当前母线电压的三次谐波分量和当前环境温度，分别与泄漏电流三次谐波分量参考值对应的母线电压三次谐波电压参考值和环境温度参考值做差，得到第二母线电压影响值和第二温度影响值；
根据第二母线电压影响值和第二温度影响值，计算两者差异对泄漏电流三次谐波分量的影响值；
泄漏电流三次谐波分量测量值减去影响值，得到泄漏电流三次谐波分量的校正值。
7.一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统，其特征在于，包括：
数据采集分解模块，用于分别对采集的避雷器泄漏电流和母线电压进行傅里叶分解，得到泄漏电流和母线电压对应的基波分量和三次谐波分量；
运行状态确定模块，用于将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量与给定参考值进行比较，根据比较结果利用母线电压的基波分量和三次谐波分量以及当前环境温度对泄漏电流的基波分量和三次谐波分量进行校正，并根据校正结果得到避雷器运行状态。
8.如权利要求7所述的一种可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测系统，其特征在于，所述运行状态确定模块，包括：
比较模块，用于将泄漏电流的基波分量和三次谐波分量分别与给定基波分量参考值和给定三次谐波分量参考值进行比较：
基波分量校正模块，用于在泄漏电流的基波分量大于给定基波分量参考值，则根据同期母线电压的基波分量和环境温度对泄漏电流的影响，对泄漏电流基波分量测量值进行校正；
三次谐波分量校正模块，用于在泄漏电流的三次谐波分量大于给定三次谐波分量参考值，则根据同期母线电压的三次谐波分量和环境温度，对泄漏电流的三次谐波分量测量值进行修正；
报警模块，用于在校正后泄漏电流的基波分量仍大于给定基波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器内部受潮，并在校正后泄漏电流的三次谐波分量值仍大于给定三次谐波分量参考值，给出报警信息，提示避雷器老化严重。
9.一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现权利要求1到6任一项所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法的步骤。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现根据权利要求1到6任一项所述可控自恢复消能装置避雷器运行状态监测方法的步骤。
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CN117493760A (zh) * 2023-10-23 2024-02-02 华中科技大学 一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法

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CN117493760A (zh) * 2023-10-23 2024-02-02 华中科技大学 一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法
CN117493760B (zh) * 2023-10-23 2024-05-14 华中科技大学 一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法

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