CN117629313B - 一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法及系统，涉及套管状态检测技术领域，包括配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。本发明提供的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法通过温度和套管寿命进行分析，使判断结果更加精确。总体检测依据温度、压力以及套管剩余寿命，通过多种判断使判断结果更加科学。进行油状态评估，考虑套管夹层的绝缘油液的保质期问题，避免油液过度膨胀造成泄露发生为危险。
Description
技术领域
本发明涉及套管状态检测技术领域，具体为一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法及系统。
背景技术
在电力系统中，换流变压器是高压直流输电（HVDC）系统的核心设备之一，其性能直接影响到整个电力系统的稳定性和安全性。换流变阀侧套管作为连接换流变压器与外部电路的重要部件，其健康状况对于保证换流变压器正常运行至关重要。套管膨胀是由于内部油液温度和压力变化引起的，如果不加以监控，可能导致套管损坏，甚至引发更严重的设备故障。
现有技术存在一定缺陷：传统的套管膨胀监测方法多为静态监测，即在设定的时间点进行单次测量，这种方法无法实时反映套管的膨胀状态，对于快速变化的温度和压力变化响应不够及时。现有的监测系统往往只有单一的预警级别，不能根据实际情况进行分级预警，这限制了运维人员对潜在风险的认识和响应。尽管现有技术能够收集温度和压力数据，但往往未能充分利用这些数据进行深入分析，导致预警系统的判断依据不够充分。环境温度对套管膨胀有显著影响，但现有技术往往忽略了环境温度的监测和分析，无法准确判断套管膨胀的真实原因。在套管出现异常时，现有技术通常只提供了简单的维护策略，如更换套管，而没有提供更为细致的维护和修复指导。现有系统在确定预警经验值时，往往缺乏动态调整机制，不能根据历史数据和当前状况灵活调整预警阈值。
因此，需要一种能够实时监测换流变阀侧套管膨胀状况的在线监测方法，该方法能够动态调整预警阈值，实现多级预警，并能够根据环境温度和设备运行状况进行综合评估，以提高换流变压器的运行安全性和可靠性。
发明内容
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：现有的流变阀侧套管油膨胀监测方法存在响应速度慢，预警判断依据不充分以及如何同事考虑温度和套管寿命的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，包括：配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据包括在流变阀侧套管处配置传感器，传感器包括一个压力传感器和两个温度传感器，温度传感器配置在管内和管外，测量套管的实时温度和管套所处环境温度，压力传感器测量油膨胀的压力。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述通过动态调节机制进行调节包括根据温度、管套剩余寿命以及综合调节，温度调节函数表示为：
；
其中，是温度曲线的斜率，/>是当/>是最大值一半时的/>值，/>是最大温度；剩余寿命调节函数/>表示为：
；
其中，为正常运行状态的平均温度，/>为温度的标准偏差，/>为最大寿命；综合调节函数/>表示为：
；
系统根据当前温度和设备的剩余寿命进行动态调节。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述动态调节包括当温度超过预设最大温度，系统识别环境温度和管套温度，当识别环境温度超过预设最大温度，则向运维人员发出天气高温黄色预警，暂停工作等待套管温度下降，当识别管套温度超过预设最大温度，视为内部油温过高，关闭当前流变阀进行自然散热降温，降温后存在膨胀问题视为套管存在质量问题或外部损坏，发出红色预警，提示运维人员进行替换，完成系统的温度调节后，重新计算温度调节函数；当识别套管剩余寿命低于预设值，发出红色预警，告知运维人员进行更换，更换套管后重新计算剩余寿命调节函数；当完成温度和剩余寿命的动态调节后，计算综合调节函数，进行多级预警。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述进行多级预警包括对数据进行周期数据计算均值后计算当前状态的预警经验值，表示为：
；
其中，Ti表示在数据采集周期内的套管实时温度，Pi表示在数据采集周期内的油膨胀压力，T和P分别表示数据采集周期内的平均温度和平均压力，t表示采集周期，x表示单独一段管路空间坐标，表示油液质量参数，/>表示拉普拉斯算子，/>表示温度变化量，n表示离散点数量。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述根据7天的预警经验值确定预警等级包括计算7天的预警经验值，去除最高值和最低值，计算平均预警经验值，当低于动态阈值的70%，识别不进行预警，不进行响应，当在动态阈值的70% - 85%之间，响应黄色预警，自动发送信息给监控界面，记录数据，当/>在动态阈值的85% - 95%之间，响应红色预警，切断换流变阀的电源进行散热并触发油密度计算模块。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的一种优选方案，其中：所述红色预警进行油状态评估包括当红色预警触发时，系统自动计算油密度，评估运输油状态，表示为；
；
其中，表示油的密度，/>未油的质量，/>表示油的体积，/>表示油的热膨胀系数，/>表示油 的温度，/>表示参考温度；判断当前密度与注意级别为黄色预警状态的油密度，密度低于注意级别黄色预警状态的密度，视为绝缘油液存在过期膨胀问答题，发送流变阀前置管道位置至运维人员，进行油液替换，完成维修后生成预警解除报告；若密度高于注意级别黄色预警状态的密度，识别当前压力传感器采集的压力数据和注意级别黄色预警状态下的压力数据，若当前压力低于黄色预警状态下的压力，则不进行调节，若压力大于黄色预警状态下的压力，则发出禁止换流操作的预警。
本发明的另外一个目的是提供一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测系统，其能通过计算温度和套管寿命的影响函数确定温度和寿命对膨胀的影响，解决了目前的流变阀侧套管油膨胀监测的未充分利用压力、温度和套管寿命判断膨胀的问题。
作为本发明所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测系统的一种优选方案，其中：包括数据采集模块，动态调节模块，预警模块；所述数据采集模块通过配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；所述动态调节模块通过数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；所述预警模块根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序是实现换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提供的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法通过温度和套管寿命进行分析，使判断结果更加精确。总体检测依据温度、压力以及套管剩余寿命，通过多种判断使判断结果更加科学。进行油状态评估，考虑套管夹层的绝缘油液的保质期问题，避免油液过度膨胀造成泄露发生为危险。动态调节机制能够根据当前的监测数据自适应地调整预警参数，显出提升了预先干预能力，避免出现问题后的调节，节约检测成本。本发明在精确性、安全性以及节约成本方面都取得更加良好的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明第一个实施例提供的一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的整体流程图。
图2为本发明第三个实施例提供的一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测系统的整体流程图。
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，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，包括：
S1：配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据。
更进一步的，配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据包括在流变阀侧套管处配置传感器，传感器包括一个压力传感器和两个温度传感器，温度传感器配置在管内和管外，测量套管的实时温度和管套所处环境温度，压力传感器测量油膨胀的压力。
应说明的是，通过配置传感器实时采集换流变阀侧套管的温度和压力数据，该方法能够持续监控套管的膨胀状态，及时发现异常变化。这种实时性的监测方式相比传统的定时检测，能更快地响应套管的实际变化，从而提高了监测的准确性和时效性，可以完美配合本发明的动态调节机制，实现预先调节的效果。
S2：数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警。
更进一步的，油液寿命通常较长，基本可以和套管寿命持平，因此通过绝缘套管的寿命来体现油寿命。通过动态调节机制进行调节包括根据温度、管套剩余寿命以及综合调节，温度调节函数表示为：
；
其中，是温度曲线的斜率，/>是当/>是最大值一半时的/>值，/>是最大温度；剩余寿命调节函数/>表示为：
；
其中，为正常运行状态的平均温度，/>为温度的标准偏差，/>为最大寿命；综合调节函数/>表示为：
；
系统根据当前温度和设备的剩余寿命进行动态调节。
应说明的是，动态调节包括当温度超过预设最大温度，系统识别环境温度和管套温度，当识别环境温度超过预设最大温度，则向运维人员发出天气高温黄色预警，暂停工作等待套管温度下降，当识别管套温度超过预设最大温度，视为内部油温过高，关闭当前流变阀进行自然散热降温，降温后存在膨胀问题视为套管存在质量问题或外部损坏，发出红色预警，提示运维人员进行替换，完成系统的温度调节后，重新计算温度调节函数；当识别套管剩余寿命低于预设值，发出红色预警，告知运维人员进行更换，更换套管后重新计算剩余寿命调节函数；当完成温度和剩余寿命的动态调节后，计算综合调节函数，进行多级预警。
还应说明的是，进行多级预警包括所述进行多级预警包括对数据进行周期数据计算均值后计算当前状态的预警经验值，表示为：
；
其中，Ti表示在数据采集周期内的套管实时温度，Pi表示在数据采集周期内的油膨胀压力，T和P分别表示数据采集周期内的平均温度和平均压力，t表示采集周期，x表示单独一段管路空间坐标，表示油液质量参数，/>表示拉普拉斯算子，/>表示温度变化量，n表示离散点数量。
S3：根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。
更进一步的，油液是一种常用的绝缘介质，尤其是在高压设备中。它不仅具有较高的电气绝缘强度，而且能够在设备内部形成均匀的电场分布，减少局部放电的风险。油液除了作为绝缘介质外，还具有良好的热传导性能，可以有效地将设备运行时产生的热量传递出去，起到冷却作用，从而保护设备免受过热损害。油液的压力和体积会随温度变化而变化，过量吸收热量会导致油液膨胀，严重情况造成外绝缘层破裂或变形。
应说明的是，根据7天的预警经验值确定预警等级包括计算7天的预警经验值，去除最高值和最低值，计算平均预警经验值，当低于动态阈值的70%，识别不进行预警，不进行响应，当/>在动态阈值的70% - 85%之间，响应黄色预警，自动发送信息给监控界面，记录数据，当/>在动态阈值的85% - 95%之间，响应红色预警，切断换流变阀的电源进行散热并触发油密度计算模块。
还应说明的是，红色预警进行油状态评估包括当红色预警触发时，系统自动计算油密度，评估运输油状态，表示为；
；
其中，表示油的密度，/>未油的质量，/>表示油的体积，/>表示油的热膨胀系数，/>表示油 的温度，/>表示参考温度；判断当前密度与注意级别为黄色预警状态的油密度，密度低于注意级别黄色预警状态的密度，视为绝缘油液存在过期膨胀问答题，发送流变阀前置管道位置至运维人员，进行油液替换，完成维修后生成预警解除报告；若密度高于注意级别黄色预警状态的密度，识别当前压力传感器采集的压力数据和注意级别黄色预警状态下的压力数据，若当前压力低于黄色预警状态下的压力，则不进行调节，若压力大于黄色预警状态下的压力，则发出禁止换流操作的预警。
实施例2
本发明的一个实施例，提供了一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
在一个换流变电站中，对换流变阀侧套管进行了为期7天的油膨胀在线监测。实验中，安装了一个压力传感器和两个温度传感器，分别测量套管内部油温和外部环境温度。实验期间，每天自动记录一次数据。
表1 ＃1换流变阀侧套管数据表
内部温度从40°C增加到49°C，外部温度从25°C增加到35°C，压力从100kPa增加到115kPa。这表明温度的升高导致油膨胀压力的增加，与发明中的温度调节函数一致，说明需要进行温度调节以避免过高的压力对设备造成损害。
预警经验值从0.1增加到0.5，根据发明中的多级预警机制，当预警经验值达到0.5时，已经进入黄色预警区域。在此状态下系统应自动在监控界面发送示警并记录数据以备后续分析。
当温度和压力超过预设值时，系统将进行动态调节。在本实施例中，第7天的数据显示，温度和压力均超过了预设的最大值，触发了黄色预警。根据我方发明的红色预警机制，如果继续观察到趋势上升，系统将进行油状态评估，并可能发出红色预警，切断电源进行散热。
实施例3
2，为本发明的一个实施例，提供了一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测系统，包括数据采集模块，动态调节模块，预警模块。
其中，数据采集模块通过配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；动态调节模块通过数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；预警模块根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置）、便携式计算机盘盒（磁装置）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器）、光纤装置以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，其特征在于，包括：
配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；
数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；
根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈；
所述通过动态调节机制进行调节包括根据温度、管套剩余寿命以及综合调节，温度调节函数α(Tt,L)表示为：
其中，k是温度曲线的斜率，Lhalf是当α是最大值一半时的L值，Tmax是最大温度；
剩余寿命调节函数β(T,L)表示为：
其中，Tavg为正常运行状态的平均温度，σT为温度的标准偏差，Lmax为最大寿命；
综合调节函数γ(T,L)表示为：
系统根据当前温度和设备的剩余寿命进行动态调节；
所述进行多级预警包括对数据进行周期数据计算均值后计算当前状态的预警经验值，表示为：
其中，Ti表示在数据采集周期内的套管实时温度，Pi表示在数据采集周期内的油膨胀压力，T和P分别表示数据采集周期内的平均温度和平均压力，t表示采集周期，x表示单独一段管路空间坐标，θ表示油液质量参数，表示拉普拉斯算子，Δ表示温度变化量，n表示离散点数量；
所述根据7天的预警经验值确定预警等级包括计算7天的预警经验值，去除最高值和最低值，计算平均预警经验值，当Pexp低于动态阈值的70％，识别不进行预警，不进行响应，当Pexp在动态阈值的70％-85％之间，响应黄色预警，自动发送信息给监控界面，记录数据，当Pexp在动态阈值的85％-95％之间，响应红色预警，切断换流变阀的电源进行散热并触发油密度计算模块；
所述红色预警进行油状态评估包括当红色预警触发时，系统自动计算油密度，评估运输油状态，表示为；
其中，ρoil表示油的密度，m未油的质量，V表示油的体积，α表示油的热膨胀系数，T表示油的温度，Tref表示参考温度；
判断当前密度与注意级别为黄色预警状态的油密度，密度低于注意级别黄色预警状态的密度，视为绝缘油液存在过期膨胀问题，发送流变阀前置管道位置至运维人员，进行油液替换，完成维修后生成预警解除报告；
若密度高于注意级别黄色预警状态的密度，识别当前压力传感器采集的压力数据和注意级别黄色预警状态下的压力数据，若当前压力低于黄色预警状态下的压力，则不进行调节，若压力大于黄色预警状态下的压力，则发出禁止换流操作的预警。
2.如权利要求1所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，其特征在于：所述配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据包括在流变阀侧套管处配置传感器，传感器包括一个压力传感器和两个温度传感器，温度传感器配置在管内和管外，测量套管的实时温度和管套所处环境温度，压力传感器测量油膨胀的压力。
3.如权利要求2所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法，其特征在于：所述动态调节包括当温度超过预设最大温度，系统识别环境温度和管套温度，当识别环境温度超过预设最大温度，则向运维人员发出天气高温黄色预警，暂停工作等待套管温度下降，当识别管套温度超过预设最大温度，视为内部油温过高，关闭当前流变阀进行自然散热降温，降温后存在膨胀问题视为套管存在质量问题或外部损坏，发出红色预警，提示运维人员进行替换，完成系统的温度调节后，重新计算温度调节函数；
当识别套管剩余寿命低于预设值，发出红色预警，告知运维人员进行更换，更换套管后重新计算剩余寿命调节函数；
当完成温度和剩余寿命的动态调节后，计算综合调节函数，进行多级预警。
4.一种采用如权利要求1～3任一所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的系统，其特征在于：包括数据采集模块，动态调节模块，预警模块；
所述数据采集模块通过配置传感器采集流变阀侧套管的温度和压力数据；
所述动态调节模块通过数据处理单元接收传感器数据进行数据处理，通过动态调节机制进行调节，进行多级预警；
所述预警模块根据7天的预警经验值确定预警等级，红色预警进行油状态评估，并向运维人员反馈。
5.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的换流变阀侧套管油膨胀在线监测方法的步骤。
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- 2024-01-26 CN CN202410110144.6A patent/CN117629313B/zh active Active
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