避雷器在线监测及专家诊断系统数学模型.pdf

第二十卷 第一期 安徽电气工程职业技术学院学报 2 0 1 5年 3月 V o 1 2 0， No 1 J O U RN A L O F A N HU I E L E C T R I C A L E N G I N E E R I N G P R OF E S S I O N A L T E C H N I Q U E C OL L E G E M a r ch 2 0 1 5 避雷器在线监测及专家诊 断 系统数学模型 费传鹤 ，许 蕾 ( 国网六安供 电公 司 ，安徽六安2 3 7 0 0 6 ) 摘 要 ： 文章主要描述避 雷器在线监测 的发展 现状 以及 目前采用的主要 测量方法 ， 然后提 出避 雷 器在 线监 测专 家诊 断 系统的概念 ， 利 用避 雷器在线监测仪 实时采集避 雷器泄漏 电流、 温度和 母线 电压等数据， 建立避雷器泄漏电流与温度影响因素的数 学模型， 给 出相关的诊断算法， 最后利用 c 语言实现专家诊断 系统， 从而为避雷器运行状态提供 了一种行之有效的在线监测方法。 关键 词 ： 避 雷器 ； 在 线监 测 ； 谐 波分析 法 ； 数 学模 型 ； 专 家诊 断 系统 中图分 类号 ： T M8 6 2 文献标 识码 ： A 文章编 号 ： 1 6 7 2 9 7 0 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 2 0 - 0 5 黼 黼 僦 燃 瓣l鹕 i A r r e s t e r On - Lin e M o n it o r in g a n d Ex p e r t Dia g n o s is S y s t e m M a t h e ma t ica l M o d e l F E I C h u a n 一 e U L e i ( S t a t e G i r d L u a n P o w e r S u p p l y C o m p a n y ，L u a n 2 3 7 0 0 6 ， C h i n a ) Ab s t r a ct ： Th is p a p e r d e s cr ib e s t h e d e v e l o p me n t s t a t us o f a r r e s t e r o n l in e mo n it o r in g a n d t he cu r r e n t ma i n me a s u r e me n t me t h o d s ，t h e n p r o p o s e s t h e c o nce pt o f a r r e s t e r o n - l in e mo ni t o r in g e x p e r t d ia g n o s is s y s t e m Ut il iz i ng a r r e s t e r o n - l i n e mo n it o r t o co l l e ct l e a ka g e c u r r e n t ，t e mpe r a t u r e，b us v o l t a g e a n d o t h e r da t a in r e a l t i me，e s t a b l is h in g a ma t h e ma t ic a l mo d e l o f a r r e s t e r l e a k a g e c u r r e n t a n d t e m a l g o r it h m i s g iv e n，a n d fina l l y u s in g t h e C l a n g ua g e，t h e e x p e r t d ia g n o s is s y s t e m a n e f f e c t i v e me t h o d f o r t h e o n - l i n e mo n it o r in g o f a r r e s t e r r u nn i ng s t a t u s Ke y wo r ds ： a rre s t e r；o n l i n e mo n it o r in g；h a r mo n ic a n a l y s is ；ma t h e ma t i c a l mo d e l ； 0 前 言 设 备 的在线 监测 能利 用工 频运行 电压 对高 压设 备绝 缘 状况 进行 试 验 ， 可 以大 大 提高 试 验 的真 实性 与灵敏度 ， 避免了仅靠定期离线检测的不足。随着电子测试技术的进步以及管理水平 的提高， 对于电力 系统的健康状况的判断和维护 ， 已经从预防性检修逐步 向状态检修和预知检修的方 向发展。在众多的 电气设备中， 对于容性设备 ， 其绝缘状况的监测主要基 于对其 电容量 、 介质损耗值的监测和绝缘电阻。 避雷器作为广泛普遍使用的容性设备 ， 在电力保护系统中起着至关重要的作用 J 。 近年来 ， 金属氧化物避雷器 ( 下文简称 MO A) 以其优异的技术性能逐渐取代了其他类型的避雷器 ， 成 为电力 系统 的主要 保护设 备 。 由于 MO A没有 放 电间 隙 ， 氧 化 锌 电阻 片长 期承 受运 行 电压 ， 并有 泄漏 电流不 断流过 MO A各个 串联 电阻 片 ， 这个 电流的大 小取 决 于 MO A热稳 定 和 电阻片 的老 化程 度 。如果 MO A在动作负载下发生劣化 ， 将会使正常对地绝缘水平降低 ， 泄漏电流增大， 直 至发展成为 MO A的击 穿损坏。所以监测运行中 M O A的工作情况， 正确判断其质量状况是非常必要的。M O A的质量如果存 在 问题 ， 那么 通过 MO A电阻 片 的 泄 漏 电流 将 逐 渐 增 大 ， 因此 ， 可 以把 测 量 MO A 的 泄漏 电流 作 为 监 测 MO A质量状况的一种重要手段。文章主要以氧化锌避雷器在线监测诊断为例介绍容性设备绝缘在线 监 测诊 断系统 。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - 0 l - 0 4 作者简 介： 费传鹤( 1 9 8 5 ) ， 男， 安徽 六安人 ， 工程师 ， 国网六安供 电公 司运检部技术监督管理专职。 许 蕾( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 安徽 六安人 ， 助理工程师 ， 国网六安供 电公 司运检部状 态检修管理卓 2 0 安徽 电气工程职业技术学院学报 第二十卷第一期 3 数 学建模 避 雷器经 过 长期的带 电运 行之后 会 出现老 化 的情况 ， 如果 继续 运行 ， 会对 电 网安全造 成 巨大的 安全 隐患， 这其中存在一个如何对避雷器健康状态进行评估的问题 。避雷器老化的时候 ， 泄漏电流会明显增 大 。众所 周知 ， 影 响避雷 器泄漏 电 流大小 的 因素有很 多 ， 单 一 根据泄 漏 电流 的增 大判 断避 雷器是 否 老化 具 有一 定 的局 限性 。对避 雷器 健康 状况 的评估 ， 应该 结 合众 多影 响因素 对其做 出判 断 。 结合现场实际应用 ， 对避雷器环境温度值及系统电压进行监测。针对温度对避雷器泄漏电流大小 的影 响做 出数 学模 型 ， 得 出正 常运 行下泄 漏 电流大 小与 温度 、 母线 电压 的关 系度 。 假设 采样 得 到的 电流值 为 Y ， 温度 为 W。关 系式为 ： Y ( k )=a 0 +a l w( k )+a 2 w( k 一1 ) 式中： Y ( k ) 为 k时刻泄露电流值 ； W( k ) 为 k时刻温度值 ； t 0 ( k一1 ) 为 k一1 时刻温度值。 上 式 中系数 a 。 ， a 、 a 分 别 为母 线 电 压 、 温度 的影 响 因子 。模 型 的确 定 就 是利 用 采 集 的数 据 ， 对 上 式 进行 拟合 ， 确定 电压 、 温度 对 电流 的影响 大小 。 3 1 带遗 忘 因子的最小二 乘算法 最 小二乘 法 在参数 估计 和 系统 辨识 领 域 有 着 广 泛 的应 用 ， 是 一 种使 误 差 平 方 和 最小 的估计 方法 。 随着数据量的增大， 传统最小二乘法的计算量急剧增大 ， 因此最小二乘递推算法是很必要的。但当模型 噪声是 有色 噪声 时 ， 最 小二 乘估计 就 不 是无 偏 、 一 致估 计 。并 且 随着 数 据 的增 长 ， 算 法 还 会 出现 “ 数据 饱和” 的现象， 使新数据对模型的修正能力越来越小 。因此 ， 基 于数据信息重要性的不同， 可以对数据 进行有选择的加权， 逐步丢弃过去的数据 ， 增强新数据 的影响 ， 这就是带遗忘因子的递推最小二乘算法。 0 ( k )= 0 ( k一1 )+ K( k ) Y ( k )一 h ( k ) 0 ( k1 ) K ( k )= P( k一1 ) h ( k ) h ( k ) P ( k一1 ) h ( k )+ 1 P( k )= 二 1一 K( h ) h ( k ) P( k一1 ) r n 。 ( k ) 、 一 l l 其中， 0 1 ， 0 ( k ) = I 。 ( k ) l 为待拟合参数， h ( k ) = ( 1 ， W ( k ) ， W ( k 一 1 ) ) 。 o ( k 一 1 ) J 取 1 0 0 0个采 集数 据代 人上述 公式 进行 拟合 。 图 5 原 始 数 据 和 拟 合 数 据 对 比 由上 可 知 ， a 是母 线 电压 影 响 因子 ， 从 拟 合 的数 据 看 在合理 范 围 内波 动 ； a 。 和 a ： 是 温度 影 响因子 ， 看 得 出 与电流存 在 一定 的正相关 行性 。由此可 见 ， 避 雷器 的泄 漏 电流 与母 线 电压 、 温度 有一 定 的关 联 性 。将 上 述 所得 参数用 代人 上位 机 的算 法程 序 中 ， 采集 到一 定 的数 据量 后 ， 根 据拟 合数 据 与实 际 数 据相 对 比 ， 可 判 断 避 雷器 运 行 的健 康状 况 。 22 图 6 a 。 拟合参数 数据 序号 图 7 u 和 n 拟合参数 安徽 电气工程职业技术学院学报 第二十卷 第一期 通 过将数 据与人 工检 测数据 比对 分析 来看 ， 该监 测系统 能较 为准 确地采 集数 据并做 出判 断 ， 实现避 雷 器状 态的远 程实 时监测 ， 准确 可靠 地判 别避雷 器 的老 化状 态 ， 记 录避 雷器 的雷 电动 作 次数 与 时 间 ， 通 过监测 、 预警两种手段 ， 为变电站的安全生产提供可靠的保障； 该系统把避雷器 的所有监控量在监控系 统主界面上进行一体化显示 ， 减少了运行人员巡视的工作量 ， 节省试验人员开展避雷器带电测试的工作 量 ， 提高人力资源利用效率， 切实提高变电站智能化管理水平。 此系统能分析采集到的数据， 判断避雷器的运行状况 ， 但避雷器的泄露 电流与温度 的关联性在此系 统 中体现的不明显 ， 无法对不同温度下的数值进行比较 ， 并且难 以验证泄露电流与温度间的数值关系。 5 发展前号 目前对 于避 雷器 的在线 监测处 于起 步 阶段 ， 各 种监 测避 雷 器 的运 行 状态 的方法 被 提 出 。利用 现 有 手 段 ， 还 难 以准确 地判断 避雷 器 的健 康状 况 。文章 提供一 种避 雷器状 态诊 断 的思路 ， 利用避 雷器 在线 监 测仪数据在线实时采集系统 ， 进行避雷器状态监控和状态诊断。主要针对温度 、 母线电压与泄露 电流的 关系 ， 建立避雷器运行泄漏电流与影响因素的数学模型 ， 提出状态诊断的相关算法 ， 并利用 c 语言实现 专家诊 断 系统 。影 响避 雷器全 电流的 因素很 多 ， 文 章提 出的模 型还有 待进 一步 的完善 。 参考 文献 ： 1 陈维荣 ， 宋永华 ， 孙锦 鑫 电力 系统设备状 态监 测的概念及现状 J 电网技 术 ，