一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置
閱讀：317發(fā)布：2023-01-30
專利匯可以提供一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種避雷器故障暫態(tài) 波形 診斷方法及裝置。本發(fā)明構(gòu)建避雷器故障仿真模型并進(jìn)行仿真試驗，當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真 電壓 波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差 閾值 時，表明互感器模型的仿真結(jié)果真實性高，此時若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則說明二次側(cè)的仿真電壓波形發(fā)生了 變形 ，獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真 電流 波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流 能量 總值，如果兩者皆小于設(shè)計值，則避雷器故障類型為避雷器 缺陷 故障，否則避雷器故障類型為避雷器選型故障，解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。，下面是一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法，其特征在于，包括：
S1：構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
S2：若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則執(zhí)行步驟S3；
S3：獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則避雷器故障為避雷器缺陷故障，若否，則避雷器故障為避雷器選型故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法，其特征在于，步驟S1具體包括：
S11：根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
S12：根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
S13：根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
S14：根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
S15：組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
S16：根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法，其特征在于，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法，其特征在于，電源等效參數(shù)具體包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓以及系統(tǒng)故障位置的短路電流和零序阻抗。
5.一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置，其特征在于，包括：
建模仿真單元，用于構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
失真判斷單元，用于若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則觸發(fā)故障判斷單元；
故障判斷單元，用于獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則避雷器故障為避雷器缺陷故障，若否，則避雷器故障為避雷器選型故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置，其特征在于，建模仿真單元具體包括：
互感器子單元，用于根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
避雷器子單元，用于根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
環(huán)境子單元，用于根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
雷擊子單元，用于根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
組合子單元，用于組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
仿真子單元，用于根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置，其特征在于，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置，其特征在于，電源等效參數(shù)具體包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓以及系統(tǒng)故障位置的短路電流和零序阻抗。
一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
[0002] 電力系統(tǒng)由于雷擊和設(shè)備故障導(dǎo)致跳閘停電和設(shè)備損壞等情況時有發(fā)生，容易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，有必要針對具體的故障分析起因并提出修改意見。
[0003] 避雷器是電力系統(tǒng)防雷保護(hù)的主要設(shè)備，對避雷器在故障中行為特性進(jìn)行分析不但涉及到故障中其保護(hù)范圍和絕緣配合是否滿足要求，也涉及到避雷器本身設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)行狀態(tài)和能量吸收情況是否正常，從而對其故障原因進(jìn)行分析和判斷。
[0004] 故障發(fā)生期間電網(wǎng)運(yùn)行波形由故障錄波裝置進(jìn)行記錄，是故障分析的第一手資料。然而，故障錄波裝置的主要功能是為繼電保護(hù)運(yùn)行和設(shè)備自動投切設(shè)置提供測試波形，不能反映過電壓領(lǐng)域所關(guān)心的內(nèi)容，其原因主要為兩個方面：一是故障錄波裝置的采樣率僅為3至5kHZ，既能覆蓋內(nèi)部過電壓范圍的部分頻率范圍，不能囊括雷電沖擊過電壓的過程；二是為故障錄波裝置采集信號的互感器存在傳變特性，在非工頻情況下難以如實反映電網(wǎng)電壓?；谏鲜鲈?，導(dǎo)致通過故障錄波波形分析和判斷避雷器故障時，需考慮其作為唯一的故障過程記錄資料的重要性，同時又必須考慮波形信息的不準(zhǔn)確性。
[0005] 目前對故障錄波波形進(jìn)行故障分析往往只能根據(jù)經(jīng)驗得出典型波形特性和電壓峰值等基本信息，對于其準(zhǔn)確性以及傳變過程失真的影響程度，既能進(jìn)行基礎(chǔ)性趨勢判斷，無法驗證獲取數(shù)據(jù)的真實性，為故障原因的查找?guī)砹藰O大困難。
[0006] 由于電網(wǎng)設(shè)備造價極高，且停電維護(hù)及檢測成本大，如果不能通過故障錄波波形分析出故障原因，則需要采用現(xiàn)場停電安裝檢測裝置的方法進(jìn)行故障分析，試驗難度大，周期長，且存在安全隱患。
[0007] 因此，導(dǎo)致了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0008] 本發(fā)明提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置，解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。
[0009] 本發(fā)明提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法，包括：
[0010] S1：構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
[0011] S2：若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則執(zhí)行步驟S3；
[0012] S3：獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則避雷器故障為避雷器缺陷故障，若否，則避雷器故障為避雷器選型故障。
[0013] 優(yōu)選地，步驟S1具體包括：
[0014] S11：根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
[0015] S12：根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
[0016] S13：根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
[0017] S14：根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
[0018] S15：組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
[0019] S16：根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
[0020] 優(yōu)選地，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
[0022] 本發(fā)明提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置，，包括：
[0023] 建模仿真單元，用于構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
[0024] 失真判斷單元，用于若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則觸發(fā)故障判斷單元；
[0025] 故障判斷單元，用于獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則避雷器故障為避雷器缺陷故障，若否，則避雷器故障為避雷器選型故障。
[0026] 優(yōu)選地，建模仿真單元具體包括：
[0027] 互感器子單元，用于根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
[0028] 避雷器子單元，用于根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
[0029] 環(huán)境子單元，用于根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
[0030] 雷擊子單元，用于根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
[0031] 組合子單元，用于組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
[0032] 仿真子單元，用于根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
[0033] 優(yōu)選地，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
[0034] 優(yōu)選地，電源等效參數(shù)具體包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓以及系統(tǒng)故障位置的短路電流和零序阻抗。
[0035] 從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0036] 本發(fā)明提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法中，構(gòu)建與真實避雷器故障環(huán)境一致的避雷器故障仿真模型，對該模型進(jìn)行仿真試驗，當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值時，表明互感器模型的仿真結(jié)果真實性高，此時若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則說明二次側(cè)的仿真電壓波形發(fā)生了變形，需進(jìn)行進(jìn)一步判斷，此時獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，如果兩者皆小于設(shè)計值，則說明避雷器自身存在缺陷，故障類型為避雷器缺陷故障，否則說明避雷器選型錯誤，故障類型為避雷器選型故障。
[0037] 通過本發(fā)明的方法可以判斷故障錄波的波形是否發(fā)生變形，并對變形后的波形進(jìn)行分析具體故障原因，解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。附圖說明
[0038] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0039] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的一個實施例的流程示意圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的另一個實施例的流程示意圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明實施例提供的一種互感器模型的拓?fù)鋱D；
[0043] 圖5為本發(fā)明實施例提供的一種互感器的勵磁特性曲線；
[0044] 圖6為本發(fā)明實施例提供的一種CVT模型的拓?fù)鋱D；
[0045] 圖7為本發(fā)明實施例提供的一種系統(tǒng)單側(cè)電源等效模型的拓?fù)鋱D；
[0046] 圖8為本發(fā)明實施例提供的一種雷電流發(fā)生模型的拓?fù)鋱D；
[0048] 圖10為本發(fā)明實施例提供的一種波形峰值失真示意圖。
具體實施方式
[0049] 本發(fā)明實施例提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法及裝置，解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。
[0050] 為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0051] 請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的一個實施例，包括：
[0052] 步驟101：構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
[0053] 需要說明的是，構(gòu)建避雷器故障仿真模型，在仿真軟件上對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真還原，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
[0054] 步驟102：若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則執(zhí)行步驟103；
[0055] 需要說明的是，若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值，則說明互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形和故障錄波裝置收集到的實測電壓波形一直，仿真的真實性高。
[0056] 此時，若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則說明因為互感器的傳變特性導(dǎo)致互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形存在變形，需要對其進(jìn)一步分析。
[0057] 如果互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形未變形，則可以直接根據(jù)經(jīng)驗波形對二次側(cè)的仿真電壓波形進(jìn)行分析判斷故障發(fā)生原因。
[0058] 步驟103：獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則執(zhí)行步驟104，若否，則執(zhí)行步驟105；
[0059] 需要說明的是，當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形存在變形時，需要獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形進(jìn)行故障分析。
[0060] 根據(jù)仿真電流波形可獲取沖擊電流最大幅值，同時對故障暫態(tài)過程中仿真電流波形進(jìn)行積分可計算得到通流能量總值。
[0061] 判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則說明本次雷電沖擊無論是瞬時電流還是通流能量均為超出設(shè)計值，故障原因是避雷器自身存在缺陷導(dǎo)致的故障，執(zhí)行步驟104輸出故障結(jié)論。
[0062] 若否，則說明本次避雷器故障是因為選型不合適導(dǎo)致的，執(zhí)行步驟105輸出故障結(jié)論。
[0063] 步驟104：避雷器故障為避雷器缺陷故障；
[0064] 步驟105：避雷器故障為避雷器選型故障。
[0065] 本實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法中，構(gòu)建與真實避雷器故障環(huán)境一致的避雷器故障仿真模型，對該模型進(jìn)行仿真試驗，當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值時，表明互感器模型的仿真結(jié)果真實性高，此時若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則說明二次側(cè)的仿真電壓波形發(fā)生了變形，需進(jìn)行進(jìn)一步判斷，此時獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，如果兩者皆小于設(shè)計值，則說明避雷器自身存在缺陷，故障類型為避雷器缺陷故障，否則說明避雷器選型錯誤，故障類型為避雷器選型故障。
[0066] 通過本實施例的方法可以判斷故障錄波的波形是否發(fā)生變形，并對變形后的波形進(jìn)行分析具體故障原因，解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。
[0067] 以上為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的一個實施例，以下為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的另一個實施例。
[0068] 請參閱圖2以及圖4至圖10，本發(fā)明實施例提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的另一個實施例，包括：
[0069] 步驟201：根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
[0070] 需要說明的是，互感器根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別主要分為兩種：電磁式電壓互感器(PT)和電容式電壓互感器(CVT)。
[0071] 互感器作為故障錄波裝置的前端信號采集裝置，主要用于穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)工頻電壓的判斷，在過電壓的幅值和頻率下可能出現(xiàn)飽和，從而導(dǎo)致二次波形的失真，因此在構(gòu)建互感器模型時必須考慮導(dǎo)致互感器傳變特性失真的相關(guān)構(gòu)件，并考慮不同頻率暫態(tài)過電壓下的特性對其進(jìn)行等效。
[0072] 如圖4所示，典型互感器模型包含四個部分：分壓單元1、繞組特性單元2、勵磁特性單元3和負(fù)載單元4，其中C1為高壓電容，C2為中壓電容，R1和L1分別為中間變壓器一次繞組等效電感和電阻，R2、R3、L2和L3分別為中間變壓器二次繞組等效電感和電阻，Ri和Li分別為補(bǔ)償電抗器等效電感和電阻，Zm和Lm分別為中間變壓器激磁等效電感和電阻，RZ和LZ分別為速報和電抗器等效電感和電阻，RL和LL分別為負(fù)載單元等效電感和電阻，U2a和U2f分別為對應(yīng)節(jié)點的電位。
[0074]
[0075] 其中，為互感器的鐵芯磁鏈，U為互感器的電壓，f為互感器的頻率。
[0076] 勵磁特性單元3根據(jù)其傳遞特性，不再簡單地認(rèn)為二次側(cè)的電壓與一次側(cè)的電壓成比例降低，而是需要綜合考慮勵磁飽和特性的影響。
[0077] 首先根據(jù)實際運(yùn)行過電壓水平，考慮電壓范圍(例如對于500kV系統(tǒng)選取0～2p.u.)，并根據(jù)互感器空載電壓出廠試驗參數(shù)計算互感器的勵磁特性曲線(例如圖5)，根據(jù)互感器的勵磁特性，采用電磁仿真軟件中提供的非線性電感(例如ATP-EMTP軟件的非線性電感TYPE92)對其進(jìn)行模擬。
[0078] 考慮一下互感器物理特性對其傳遞特性中的分壓單元1、繞組特性單元2(銅耗以及漏感)和負(fù)載單元4三個單元進(jìn)行模擬：
[0079] 1、考慮一次繞組、二次繞組以及符合的等效電阻和電感，根據(jù)互感器出廠實測闡述對其銅耗以及漏感進(jìn)行表征；
[0080] 2、對于CVT，在物理結(jié)構(gòu)上其一次電壓首先通過分壓電容進(jìn)行分壓，采用分壓電容對分壓單元1進(jìn)行模擬；
[0081] 3、考慮速飽和電抗器的飽和特性，補(bǔ)償電抗器有氣隙，等效為線性電感，負(fù)載單元根據(jù)互感器額定負(fù)載以及橡膠采用集中參數(shù)電感和電阻進(jìn)行模擬。
[0082] 根據(jù)以上互感器物理特性可采用電磁暫態(tài)軟件(例如ATP-EMTP軟件)建立起等效的互感器模型(信號采集單元模型)，將構(gòu)建的互感器模型封裝，并對其二次側(cè)輸出進(jìn)行檢測，即成為了避雷器故障仿真模型的信號采集單元。
[0083] 某典型CVT模型結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中，C31和C32為分壓電容，R31和L31分別為一次繞組的直流電阻和等值漏感，R32和L32分別為歸算到一次側(cè)的主二次繞組的直流電阻和等值漏感，R33和L33分別為歸算到一次側(cè)的輔助二次繞組的直流電阻和等值漏感，R3m和L3m分別為勵磁回路的等值電阻和非線性等值電感，R3i和L3i分別為補(bǔ)償電抗器的直流電阻和電感，R3Z和L3Z分別為阻尼電阻和速飽和電抗器的等值非線性電感，R3L和L3L分別為二次繞組的負(fù)載等效電阻和電感，U3為對應(yīng)節(jié)點的電位。
[0084] 其參數(shù)可以用下表1所示：
[0085] 表1.CVT傳變特性特征參數(shù)表
[0086]
[0087]
[0088] 通過以上四個單元的模擬，可以反映出故障錄波采樣環(huán)節(jié)的傳變特性失真情況。
[0089] 步驟202：根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
[0090] 需要說明的是，避雷器作為系統(tǒng)的保護(hù)元件，為鄰近設(shè)備提供防雷保護(hù)同時，其流過最大電流值以及吸收暫態(tài)能量的能力也受到自身特性的制約。
[0091] 如果某系統(tǒng)采用的互感器參數(shù)與系統(tǒng)特性不匹配，或外部擾動對系統(tǒng)的影響超出設(shè)計值，則可能導(dǎo)致避雷器故障，如果經(jīng)過評估外部系統(tǒng)件滿足避雷器設(shè)計要求，則可以推斷避雷器故障是由產(chǎn)品本身質(zhì)量缺陷或工藝問題引起。
[0092] 根據(jù)避雷器物理性質(zhì)及試驗數(shù)據(jù)可得出其伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型，避雷器實際特性參數(shù)可由兩項試驗獲得：1、直流參考電壓試驗；2、雷電沖擊放電電壓試驗。
[0094] 實測物理參數(shù)通過直流參考電壓試驗以及雷電沖擊放電電壓試驗進(jìn)行。例如某實測典型避雷器特性如表2所示：
[0095] 表2.避雷器V-I對應(yīng)關(guān)系表
[0096]I/kA 0.001 0.01 0.1 0.2 0.38 0.65 1.11 1.5 2.0 2.8 200
V/p.u. 1.10 1.60 1.70 1.74 1.78 1.82 1.85 1.88 1.91 1.95 3.20
V/p.u. 1.10 1.60 1.70 1.74 1.78 1.82 1.85 1.88 1.91 1.95 3.20
[0097] 步驟203：根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
[0098] 需要說明的是，系統(tǒng)參數(shù)對避雷器在故障期間的行為特性有直接影響，因此對避雷器故障原因進(jìn)行分析時必須了解避雷器所處的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)，并構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型。
[0099] 由于電力系統(tǒng)比較復(fù)雜，模擬系統(tǒng)計算量過大會導(dǎo)致運(yùn)行速度下降，因此只需要考慮對避雷器有影響的局部系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)建模。
[0100] 對于鄰近系統(tǒng)可采用電源及其內(nèi)阻抗進(jìn)行模擬，系統(tǒng)等效電源參數(shù)中需要提取的量主要包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓，系統(tǒng)具體故障位置短路電流、零序阻抗，該三部分構(gòu)成系統(tǒng)單側(cè)電源等效模型，如圖7所示，其中R41至R44為電阻，L41至L48為電感，各器件的具體取值根據(jù)系統(tǒng)等效電源參數(shù)進(jìn)行確定。
[0101] 其中由短路容量得出正序短路阻抗公式如下：
[0102]
[0103] 其中，L1為系統(tǒng)等效正序電感(mH)，S″是斷路容量(MVA)，Ue是電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)回路的額定線電壓(kV)。
[0105] 線路故障器件負(fù)荷根據(jù)線路不同采用兩種方法：對于單側(cè)電源線路，負(fù)荷采用阻抗模擬，阻抗值根據(jù)容量進(jìn)行計算，并可以通過系統(tǒng)投運(yùn)并測量負(fù)荷電流的方法進(jìn)行檢測和核對。
[0106] 對于雙側(cè)電源線路，阻抗值通過線路兩側(cè)電壓值和線路阻抗對兩側(cè)電源擺開角進(jìn)行計算，計算公式如下：
[0107]
[0108] 其中，ES為線路首段電源幅值(kV)，ER為線路尾段電源幅值(kV)，X為線路等效阻抗(Ω)，δ為線路兩側(cè)電源相位擺開角(度)。
[0109] 計算得出的δ作為線路兩側(cè)電源相位擺開角輸入系統(tǒng)，即可模擬線路上有功功率，進(jìn)而模擬線路上正常運(yùn)行電流。
[0110] 對線路進(jìn)行模擬必須考慮暫態(tài)過程吸收的能量，并考慮線路波過程，因此需要考慮線路的分布參數(shù)特性。
[0111] 對系統(tǒng)中線路進(jìn)行模擬首先建立線路頻率相關(guān)的模型，對實際系統(tǒng)中導(dǎo)線的長度、半徑、掛點位置和材料等特征參數(shù)進(jìn)行提取，并采用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP/EMTP中的J-MARTI模型進(jìn)行模擬。
[0112] 對于線路上的無功補(bǔ)償裝置，需要考慮其結(jié)構(gòu)特征(分體/三相三柱)等考慮集中參數(shù)元件或變壓器模型進(jìn)行模擬，考慮其鐵芯結(jié)構(gòu)，對于空心電抗器和帶空氣間隙電抗器采用線性電感進(jìn)行模擬，對于帶無間隙鐵芯的電抗器采用非線性電感進(jìn)行模擬。
[0113] 對于輸電線路桿塔，采用多波阻抗模型進(jìn)行模擬。
[0114] 通過對避雷器所在系統(tǒng)進(jìn)行模擬，可以準(zhǔn)確反映故障發(fā)生前系統(tǒng)所處狀態(tài)，其接線方式和儲能分布情況決定了在外部擾動情況下避雷器動作行為特性。
[0115] 步驟204：根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
[0116] 需要說明的是，系統(tǒng)故障以及外部擾動情況下避雷器可能承受過電壓，外部擾動主要考慮落雷過程。
[0117] 獲取故障期間雷電定位實測參數(shù)，包括雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)并對類雷電過程進(jìn)行模擬。
[0118] 其中，雷電流波形采用1.2/50μs典型波形，由于大氣放電現(xiàn)象的復(fù)雜性，實際也可以增長波尾時間，將該波形用雙指數(shù)波進(jìn)行表征，并將參數(shù)作為輸入量輸入雷電流發(fā)生模型中，雷電流發(fā)生模型在仿真軟件上的拓?fù)鋱D如圖8所示。
[0119] 故障過程根據(jù)實際故障設(shè)置故障相別，根據(jù)實測參數(shù)設(shè)置接地電阻，并通過邏輯對燃弧時間進(jìn)行控制，從而形成故障接地電弧模型，如圖9所示。
[0120] 雷電流發(fā)生模型和故障接地電弧模型組合形成雷電仿真模型。
[0121] 步驟205：組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
[0122] 需要說明的是，得到互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型之后，將這些模型進(jìn)行組合即可得到避雷器故障仿真模型。
[0123] 步驟206：根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
[0124] 需要說明的是，根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真。
[0125] 調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，模擬采樣失真環(huán)節(jié)。
[0126] 運(yùn)行避雷器故障仿真模型獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
[0127] 步驟207：若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則執(zhí)行步驟208；
[0128] 需要說明的是，將互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形進(jìn)行比對，如果兩者波形一致，但是兩者的波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形出現(xiàn)明顯的幅值和波形特征的偏差，則表明故障錄波波形存在失真的可能，例如，在暫態(tài)震蕩過程頻率與故障錄波采樣頻率接近情況下，二次波形將變?yōu)榉钦鹗巻螛O性波形，如以此長持續(xù)時間單極性波形為特征判斷波形來源及避雷器吸收能量，將對過電壓過程及故障過程判斷造成極大的誤導(dǎo)。
[0129] 如果故障錄波的實測模型和互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形存在變形，那么執(zhí)行步驟208進(jìn)行下一步的分析。
[0130] 圖10為一種被辨識為峰值處震蕩失真的波形圖，除此之外可以辨識得到震蕩特性消失失真等波形失真辨識結(jié)構(gòu)。
[0131] 步驟208：獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則執(zhí)行步驟209，若否，則執(zhí)行步驟210；
[0132] 需要說明的是，避雷器選型過程中對其沖擊電流幅值有相關(guān)要求，根據(jù)國標(biāo)對避雷器通流能力試驗時，避雷器電阻片通流能力也有相關(guān)限值，因此可將避雷器額定電流幅值以及避雷器允許吸收的能量作為判據(jù)，對模型運(yùn)行中對應(yīng)計算結(jié)論進(jìn)行判斷。
[0133] 采用如下兩個判據(jù)對避雷器暫態(tài)過程中行為特征量進(jìn)行判斷：如避雷器故障仿真模型得出的實際能量高于該能力限制(能量設(shè)計值)，或沖擊電流大于設(shè)計值(電流設(shè)計值)，則判斷系統(tǒng)特性與避雷器選型不匹配，或外部擾動超出了避雷器設(shè)計值，導(dǎo)致了避雷器故障的發(fā)生；如避雷器電流及通流能量小于避雷器設(shè)計值，則判斷避雷器缺陷或工藝問題導(dǎo)致故障的發(fā)生。
[0134] 所以當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形存在變形時，需要獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形進(jìn)行故障分析。
[0135] 根據(jù)仿真電流波形可獲取沖擊電流最大幅值，同時對故障暫態(tài)過程中仿真電流波形進(jìn)行積分可計算得到通流能量總值。
[0136] 判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則說明本次雷電沖擊無論是瞬時電流還是通流能量均為超出設(shè)計值，故障原因是避雷器自身存在缺陷導(dǎo)致的故障，執(zhí)行步驟209輸出故障結(jié)論。
[0137] 若否，則說明本次避雷器故障是因為選型不合適導(dǎo)致的，執(zhí)行步驟210輸出故障結(jié)論。
[0138] 步驟209：避雷器故障為避雷器缺陷故障；
[0139] 步驟210：避雷器故障為避雷器選型故障。
[0140] 進(jìn)一步地，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
[0141] 進(jìn)一步地，電源等效參數(shù)具體包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓以及系統(tǒng)故障位置的短路電流和零序阻抗。
[0142] 本實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法中，構(gòu)建與真實避雷器故障環(huán)境一致的避雷器故障仿真模型，對該模型進(jìn)行仿真試驗。
[0143] 當(dāng)互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值時，表明互感器模型的仿真結(jié)果真實性高，此時若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則說明二次側(cè)的仿真電壓波形發(fā)生了變形，需進(jìn)行進(jìn)一步判斷。
[0144] 此時獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，如果兩者皆小于設(shè)計值，則說明避雷器自身存在缺陷，故障類型為避雷器缺陷故障，否則說明避雷器選型錯誤，故障類型為避雷器選型故障。
[0145] 通過本實施例的方法可以判斷故障錄波的波形是否發(fā)生變形，并對變形后的波形進(jìn)行分析具體故障原因，無需進(jìn)行現(xiàn)場試驗，節(jié)省了試驗裝置的相關(guān)開支，降低了測量成本，降低了實測過程中人力投入和試驗安全風(fēng)險。
[0146] 并且可以進(jìn)一步了解特殊情況下防雷保護(hù)對避雷器參數(shù)的要求，降低避雷器運(yùn)行風(fēng)險。
[0147] 本實施例的診斷方法方便，在計算機(jī)等具備仿真功能的工具上進(jìn)行仿真即可，并且仿真過程參數(shù)調(diào)節(jié)方便，效果顯著。
[0148] 綜上所述，本實施例提供的避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法解決了當(dāng)前難以判斷故障錄波波形的真實性和進(jìn)行故障分析的技術(shù)問題。
[0149] 以上為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷方法的另一個實施例，以下為本發(fā)明實施例提供的一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置的一個實施例。
[0150] 請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供了一種避雷器故障暫態(tài)波形診斷裝置的一個實施例，包括：
[0151] 建模仿真單元301，用于構(gòu)建避雷器故障仿真模型，對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，獲取避雷器故障仿真模型中互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形；
[0152] 失真判斷單元302，用于若互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與故障錄波的實測電壓波形偏差值小于或等于第一偏差閾值且互感器模型的二次側(cè)的仿真電壓波形與互感器模型的一次側(cè)的仿真電壓波形的偏差值大于第二偏差閾值，則觸發(fā)故障判斷單元303；
[0153] 故障判斷單元303，用于獲取互感器模型的二次側(cè)的仿真電流波形，根據(jù)仿真電流波形計算沖擊電流最大幅值和通流能量總值，判斷是否沖擊電流最大幅值小于電流設(shè)計值且通流能量總值小于能量設(shè)計值，若是，則避雷器故障為避雷器缺陷故障，若否，則避雷器故障為避雷器選型故障。
[0154] 進(jìn)一步地，建模仿真單元301具體包括：
[0155] 互感器子單元3011，用于根據(jù)互感器的結(jié)構(gòu)、繞組特性和勵磁特性構(gòu)建互感器模型；
[0156] 避雷器子單元3012，用于根據(jù)避雷器的伏安特性曲線構(gòu)建避雷器模型；
[0157] 環(huán)境子單元3013，用于根據(jù)避雷器故障期間的系統(tǒng)等效電源參數(shù)、輸電線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)環(huán)境模型；
[0158] 雷擊子單元3014，用于根據(jù)避雷器故障器件的雷電定位實測數(shù)據(jù)構(gòu)建雷電仿真模型；
[0159] 組合子單元3015，用于組合互感器模型、避雷器模型、系統(tǒng)環(huán)境模型和雷電仿真模型構(gòu)建避雷器故障仿真模型；
[0160] 仿真子單元3016，用于根據(jù)避雷器故障仿真模型對避雷器在雷電沖擊下的故障過程進(jìn)行仿真，并調(diào)節(jié)互感器模型的二次側(cè)采樣率與實際故障錄波采樣率一致，獲取互感器模型的一次側(cè)和二次側(cè)的仿真電壓波形。
[0161] 進(jìn)一步地，雷電定位實測數(shù)據(jù)具體包括：雷電流幅值、雷電流反擊次數(shù)和雷電流波形。
[0162] 進(jìn)一步地，電源等效參數(shù)具體包括：系統(tǒng)特性電源等效電壓以及系統(tǒng)故障位置的短路電流和零序阻抗。
[0163] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。
[0164] 在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。
[0165] 所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。
[0166] 另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。
[0167] 所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only?Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，Random?Access?Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0168] 以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
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