CN117233554A - 一种基于电网故障的局部放电识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及局部放电识别技术领域，解决了目前局部放电识别方法对于电弧的发展趋势无法做出有效识别以及预测的技术问题，尤其涉及一种基于电网故障的局部放电识别方法，该方法包括以下步骤：S1、采集任一局部放电节点位置所产生的电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的样本数据；S2、根据样本数据计算电弧重燃恢复的临界阈值M(μ)；S3、采用临界阈值M(μ)判断电弧是否具备重燃恢复条件。本发明进一步提高了对于局部放电的准确识别，消除了以往局部放电识别的局限性，而且能够提高高压电气设备运行的安全性，避免电气设备出现不可逆的损坏现象，提升了电网系统配送电的稳定。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电识别技术领域，尤其涉及一种基于电网故障的局部放电识别方法。
背景技术
近年来，随着配电网规模的不断扩大，电网运行状态越来越复杂，用户对供电的可靠性和稳定性要求也越来越高，微电网、主动式配电网等配网运行模式应运而生。复杂的配网运行模式不止为人们带来了更高品质的电能，也同时增加了配网事故的发生频率，由电局部放电引发的电弧事故便是其中一种。
目前国内外针对高压设备是否产生局部放电的研究方法主要有两种，第一种是把采集到的信号经处理后与某一经验阈值比较，高于此阈值则发生局部放电，这种基于单一特征参数识别方法虽然方便简洁，但局部放电的识别率较低。第二种是提取局部放电信号的多维特征参数，训练出是否局部放电的模型，运用支持向量机(SVM)的局放识别器对所采集的信号进行识别，该方法有效的提高了局部放电的识别率。
但是上述两种方法均存在一定的技术缺陷，两种方法都是针对是否出现了局部放电现象进行识别，而对于局部放电所伴生的电弧是否会自主熄灭以及是否会出现重燃恢复的情况并无法做出准确识别，并且在电弧重燃恢复后会不会由于突然增量而发生电弧事故，因此在局部放电识别技术领域中，对于局部放电同步存在的电弧在重燃后，对于重燃电弧的发展趋势并无法做出识别预测，从而导致有部分的电弧会在出现增量突变而形成弧闪事故，以至于对电弧界面内的电气设备造成不可逆的损坏，导致电力设施停用，甚至影响整个系统的稳定状态，在各个方面产生不利影响。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电网故障的局部放电识别方法，解决了目前局部放电识别方法对于电弧的发展趋势无法做出有效识别以及预测的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于电网故障的局部放电识别方法，该方法包括以下步骤：
S1、采集任一局部放电节点位置所产生的电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的样本数据；
S2、根据样本数据计算电弧重燃恢复的临界阈值M(μ)；
S3、采用临界阈值M(μ)判断电弧是否具备重燃恢复条件；
若是，则进入步骤S4；
若否，则结束；
S4、分别计算电弧的临界电流IM和临界电压UM；
S5、通过临界电流IM和临界电压UM计算电弧在重燃恢复后的增量速度Vi(t)；
S6、根据增量速度Vi(t)计算电弧的最大危及距离Lmax；
S7、判断最大危及距离Lmax是否超出电弧限制边界DB；
若是，则电弧在重燃恢复后对最大危及距离Lmax范围内的电气设备造成不可逆的损坏，并发送预警提示；
若否，则结束。
进一步地，样本数据包括：
电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值
局部放电节点位置的空气相对密度δ；
局部放电节点位置相对应两电极之间的距离l；
电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的散热功率PO和电弧时间常数τ；
单位长度的电弧电阻r。
进一步地，在步骤S2中，临界阈值M(μ)的计算公式为：
上式中，为电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离；PO为散热功率；τ为电弧时间常数；R为电弧电阻。
进一步地，在步骤S3中，具体为：计算局部放电节点所产生的电弧在短隙条件下的击穿电压U0，若击穿电压U0大于或等于临界阈值M(μ)，则电弧具备重燃恢复条件；若小于则不具备；
穿电压U0的计算公式为：
U0＝88.5δl+0.38
上式中，穿电压U0的单位为(kV)；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离。
进一步地，在步骤S4中，电弧的临界电流IM的计算公式为：
上式中，zion为单位长度的阻抗；r为单位长度的电弧电阻；τ为时间常数。
进一步地，临界电压UM的计算公式为：
上式中，IM为临界电流；zion为单位长度的阻抗；r为单位长度的电弧电阻；τ为时间常数。
进一步地，在步骤S5中，增量速度Vi(t)的计算公式为：
上式中，θ为能量转化系数；τ为电弧时间常数；δ为空气相对密度；Pi为电极间间隙吸收的功率；PO为散热功率。
进一步地，最大危及距离Lmax的计算公式为：
Lmax＝Vi(t)×ΔT
上式中，ΔT为单位时间。
借由上述技术方案，本发明提供了一种基于电网故障的局部放电识别方法，至少具备以下有益效果：
1、本发明进一步提高了对于局部放电的准确识别，消除了以往局部放电识别的局限性，而且能够提高高压电气设备运行的安全性，避免电气设备出现不可逆的损坏现象，提升了电网系统配送电的稳定。
2、本发明通过以临界阈值M(μ)作为判断依据对电弧是否具备重燃恢复条件进行判断，则可以在初始阶段即可确定局部放电所产生的电弧在电弧熄灭阶段后的发展状况，同时在第一时间能够对重燃的电弧进行识别，从而避免电弧在熄灭后再次出现重燃而导致无法进行识别的情景发生，如此进一步提高了对于局部放电识别的全局性监控，不仅增强了局部放电的识别力度，同时还提高了高压电气设备稳定运行的安全性。
3、本发明能够对重燃电弧的发展趋势进行识别预测，在增量速度Vi(t)达到预设阈值后即可发出预警，向管理系统发送局部放电出现增量，而导致对相应的高压电气设备造成不可逆的损坏风险。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明局部放电识别方法的流程图；
图2为本发明预设电弧限制边界的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参照图1-图2，示出了本实施例的一种具体实施方式，本实施例通过对局部放电位置所出现的电弧进行识别预测并判断，能够确定电弧在重燃恢复后的发展趋势进行识别预测，并根据识别预测结果及时向管理系统反馈是否存在安全风险，因此避免电弧在出现增量突变而损毁电气器件以及引发弧闪现象的发生。
请参照图1，本实施例提出了一种基于电网故障的局部放电识别方法，该方法包括以下步骤：
S1、采集任一局部放电节点位置所产生的电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的样本数据，在本实施例中，由于在高压电气设备中，例如配送电环网柜、变压器、开关柜等电气设备，其中容易出现局部放电的位置是已知的，而在出现局部放电的电弧现象频率高的位置需要在局部放电识别之后对重燃电弧的发展趋势进行识别预测，因此在本实施例中通过采集高压电气设备中某一处局部放电节点位置的样本数据，在样本数据的采集时间段是在电弧由起弧阶段至电弧熄灭阶段，在整个阶段内通过现有技术设备辅助以及相应的数学理论模型进行计算得到各项数据，样本数据包括：
电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值局部放电节点位置的空气相对密度δ；局部放电节点位置相对应两电极之间的距离l；电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的散热功率PO和电弧时间常数τ；单位长度的电弧电阻r。
对于样本数据中的空气相对密度δ以及两电极之间的距离l均可在与相关电气设备相对应的技术手册中或其他资料查询得到，而对于电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值散热功率PO、电弧时间常数τ和电弧电阻r则需要借助测量设备取得基础数据，然后通过本实施例所提供的计算公式完成计算获得，具体如下：
根据气体电介质理论可知，电弧的熄弧条件是电流过零后，弧隙介质恢复强度在任何时刻始终高于弧隙上的恢复电压，只要间隙的电压大于间隙间的击穿电压即认为电极之间出现电弧；而能量平衡理论认为，电弧的重燃并不是电流过零后简单的电压击穿，而是电路及弧隙之间能量的再次平衡，只有当电弧注入的能量小于电弧损失的能量时电弧才开始熄灭，两种理论对临界阈值M(μ)的计算均有较好的吻合度。在本实施例中利用气体电介质理论作为电弧击穿的判据，即起弧阶段；并利用能量平衡理论作为电弧熄灭的判据，即电弧熄灭阶段。
而计算临界阈值M(μ)首先需要确定过零时刻的电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值，且与频率和电流峰值相关，即：
上式中，IPeak为电流峰值；ω为电流角频率；t为过零时刻，d为微分符号；f为电流频率。
根据Mayr模型可知电弧的微分方程式为：
上式中，Rh(t)为电弧的电导；u(t)为电弧电压；i(t)电弧电流；PO为散热功率；τ为电弧时间常数。
通过上述微分方程式可知，求解散热功率PO和电弧时间常数τ即通过求解使方程式成立的最小二乘解，N为最小二乘解j的数量，即：
上式中，N为最小二乘解j的数量。
S2、根据样本数据计算电弧重燃恢复的临界阈值M(μ)；在步骤S2中，临界阈值M(μ)的计算公式为：
上式中，为电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离；PO为散热功率；τ为电弧时间常数；R为电弧电阻。
具体的，电弧电阻的计算公式为：
上式中，Z为高压电气设备中开关对应母线的波阻抗；tσ为电弧绝缘击穿时间；0＜t＜tσ。
S3、采用临界阈值M(μ)判断电弧是否具备重燃恢复条件；
若是，则进入步骤S4；
若否，则结束；
在步骤S3中，具体为：计算局部放电节点所产生的电弧在短隙条件下的击穿电压U0，若击穿电压U0大于或等于临界阈值M(μ)，则电弧具备重燃恢复条件；若小于则不具备；
穿电压U0的计算公式为：
U0＝88.5δl+0.38
上式中，穿电压U0的单位为(kV)；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离。
根据上述方法，本实施例通过计算电弧的临界阈值M(μ)以及击穿电压U0，通过以临界阈值M(μ)作为判断依据对电弧是否具备重燃恢复条件进行判断，则可以在初始阶段即可确定局部放电所产生的电弧在电弧熄灭阶段后的发展状况，同时在第一时间能够对重燃的电弧进行识别，从而避免电弧在熄灭后再次出现重燃而导致无法进行识别的情景发生，如此进一步提高了对于局部放电识别的全局性监控，不仅增强了局部放电的识别力度，同时还提高了高压电气设备稳定运行的安全性。
S4、分别计算电弧的临界电流IM和临界电压UM；在步骤S4中，电弧的临界电流IM的计算公式为：
其中，zion为单位长度的阻抗，即：
r为单位长度的电弧电阻，即：
上式中，τ为时间常数；IL为电弧传导的泄漏电流；β为电弧通道单位长度的电导；α为电弧通道半径。
具体的，电弧通道单位长度的电导β的计算公式为：
电弧通道半径α的计算公式为：
其中对于电弧传导的泄漏电流IL可通过查阅文献资料或者测量工具直接测得，即电弧传播过程中的对流、辐射以及传导所产生的微电流之和。
临界电压UM的计算公式为：
上式中，IM为临界电流。
通过计算电弧的临界电流IM和临界电压UM则能够进一步获得电弧在重燃后的临界状况，即电弧在能够引发闪络事故时所对应的电流以及电压的峰值，通过临界值的确定并结合相应的计算公式即可完成对于电弧的增量表示，从而得到电弧在重燃后的发展趋势，因此临界电流IM和临界电压UM是表达电弧发展趋势的重要变量因素。
S5、通过临界电流IM和临界电压UM计算电弧在重燃恢复后的增量速度Vi(t)；在步骤S5中，增量速度Vi(t)的计算公式为：
上式中，θ为能量转化系数；τ为电弧时间常数；δ为空气相对密度；Pi为电极间间隙吸收的功率；PO为散热功率。
通过计算得到能够表达出重燃电弧发展趋势的增量速度Vi(t)，即在电弧重燃的单位时间内，能够通过增量速度Vi(t)直接计算出电弧的增长量，即电弧的波及范围，因此在本实施例中，能够通过增量速度Vi(t)反映出电弧在重燃后的发展趋势，即增量速度Vi(t)越大则表示电弧的在下一时刻所产生的危害越大，相反则趋于稳定，所产生的的危害越小，从而能够对重燃电弧的发展趋势进行识别预测，在增量速度Vi(t)达到预设阈值后即可发出预警，向管理系统发送局部放电出现增量，而导致对相应的高压电气设备造成不可逆的损坏风险。
S6、根据增量速度Vi(t)计算电弧的最大危及距离Lmax；具体的，最大危及距离Lmax的计算公式为：
Lmax＝Vi(t)×ΔT
上式中，ΔT为单位时间。
S7、判断最大危及距离Lmax是否超出电弧限制边界DB；
若是，则电弧在重燃恢复后对最大危及距离Lmax范围内的电气设备造成不可逆的损坏，并发送预警提示；
若否，则结束，表示在电弧限制边界DB范围内所产生的电弧不会影响到其他电气设备，可在电弧熄灭的过程中无法对高压电气设备造成任何损坏，随后返回步骤S1对下一次出现的电弧进行识别预测。
在该步骤中，电弧限制边界DB为一个预设值，即如图2所示，电弧限制边界DB的范围值设定是以局部放电节点为中心向四周延伸的半径距离，其最大的取值半径则需要根据高压电气设备内部电气器件的间隔距离来确定，能够明确的是，范围值半径的最大值等于间隔距离，通常情况下需要范围值半径的最大值与间隔距离之间需预留0.3-0.6cm的缓冲距离，以规避电弧对电气器件造成影响。
在本实施例中，通过对局部放电位置所出现的电弧进行识别预测并判断，能够确定电弧在重燃恢复后的发展趋势进行识别预测，并根据识别预测结果及时向管理系统反馈是否存在安全风险，因此避免电弧在出现增量突变而损毁电气器件以及引发弧闪现象的发生，从而进一步提高了对于局部放电的准确识别，消除了以往局部放电识别的局限性，而且能够提高高压电气设备运行的安全性，避免电气设备出现不可逆的损坏现象，提升了电网系统配送电的稳定。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，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。
以上实施方式对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于电网故障的局部放电识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、采集任一局部放电节点位置所产生的电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的样本数据；
S2、根据样本数据计算电弧重燃恢复的临界阈值M(μ)；
S3、采用临界阈值M(μ)判断电弧是否具备重燃恢复条件；
若是，则进入步骤S4；
若否，则结束；
S4、分别计算电弧的临界电流IM和临界电压UM；
S5、通过临界电流IM和临界电压UM计算电弧在重燃恢复后的增量速度Vi(t)；
S6、根据增量速度Vi(t)计算电弧的最大危及距离Lmax；
S7、判断最大危及距离Lmax是否超出电弧限制边界DB；
若是，则电弧在重燃恢复后对最大危及距离Lmax范围内的电气设备造成不可逆的损坏，并发送预警提示；
若否，则结束。
2.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，样本数据包括：
电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值
局部放电节点位置的空气相对密度δ；
局部放电节点位置相对应两电极之间的距离l；
电弧在起弧阶段至电弧熄灭阶段的散热功率PO和电弧时间常数τ；
单位长度的电弧电阻r。
3.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，在步骤S2中，临界阈值M(μ)的计算公式为：
上式中，为电流变化率di/dt在电流过零时刻的最大值；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离；PO为散热功率；τ为电弧时间常数；R为电弧电阻。
4.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，在步骤S3中，具体为：计算局部放电节点所产生的电弧在短隙条件下的击穿电压U0，若击穿电压U0大于或等于临界阈值M(μ)，则电弧具备重燃恢复条件；若小于则不具备；
穿电压U0的计算公式为：
U0＝88.5δl+0.38
上式中，穿电压U0的单位为(kV)；δ为空气相对密度；l为两电极之间的距离。
5.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，在步骤S4中，电弧的临界电流IM的计算公式为：
上式中，zion为单位长度的阻抗；r为单位长度的电弧电阻；τ为时间常数。
6.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，临界电压UM的计算公式为：
上式中，IM为临界电流；zion为单位长度的阻抗；r为单位长度的电弧电阻；τ为时间常数。
7.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，在步骤S5中，增量速度Vi(t)的计算公式为：
上式中，θ为能量转化系数；τ为电弧时间常数；δ为空气相对密度；Pi为电极间间隙吸收的功率；PO为散热功率。
8.根据权利要求1所述的局部放电识别方法，其特征在于，最大危及距离Lmax的计算公式为：
Lmax＝Vi(t)×ΔT
上式中，ΔT为单位时间。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970061A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 山东泰开电力电子有限公司 | 一种高压电力电容器故障预警方法及系统 |
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2023
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| CN117970061A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 山东泰开电力电子有限公司 | 一种高压电力电容器故障预警方法及系统 |
| CN117970061B (zh) * | 2024-04-02 | 2024-06-11 | 山东泰开电力电子有限公司 | 一种高压电力电容器故障预警方法及系统 |
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