一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統和方法與流程

2024-03-06 08:26:15

本發明涉及電力系統技術領域，更為具體地說，涉及一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統和方法。

背景技術：

GIS(Gas Insulated Substation，氣體絕緣全封閉組合電器)是電力系統的重要設備，GIS內部包含有斷路器、隔離開關、電壓互感器以及電流互感器等多種電力設備，通過將上述電力設備密封於金屬管道和套管組成的接地外殼中，並且在該接地外殼與電力設備之間充滿六氟化硫SF6氣體，以實現對電力設備的絕緣和滅弧保護，從而保證上述電力設備穩定運行。

然而GIS中各個電力設備往往需要維持在高壓狀態運行，在高壓保壓狀態下運行時，電力設備產生的電流容易擊穿SF6氣體，發生閃絡性故障，嚴重影響電力系統的可靠運行。為了解決上述問題，通常需要對GIS進行耐壓試驗，以查找出現閃絡故障的電力設備，以開啟GIS中密封該電力設備的故障氣室，進而對相關電力設備進行修復。

現有技術中通常採用聽覺和經驗判斷發生閃絡故障的電力設備位置，具體地，在耐壓試驗中GIS中相關電力設備出現閃絡擊穿後，操作人員將對GIS進行二次加壓，以使出現閃絡故障的電力設備發生二次擊穿，通過聽放電聲音確定發生閃絡故障的位置。顯然，該閃絡故障定位方法完全依靠操作人員的聽覺和經驗，具有很大的不確定性，會產生很大誤判率，一旦出現誤判，則會誤開啟GIS的正常氣室進行檢查，這樣會耗費大量的人力和時間，甚至會造成嚴重的經濟損失和社會影響。

綜上所述，如何能夠準確判斷GIS內發生閃絡故障的電力設備位置成為目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位的技術方案，以解決背景技術中所介紹的現有技術中難以準確確定發生閃絡故障的電力設備在GIS中的位置，產生較大的誤判率的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

根據本發明的第一方面，提供了一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統，所述氣體絕緣全封閉組合電器包括通過加壓線與外部試驗電源電連接的接線部以及與接線部固定連接的電器本體，所述閃絡故障定位系統包括：

分壓器，所述分壓器的一端與所述加壓線電連接，所述分壓器的另一端通過串接有分壓電阻的接地引線接地；

連接於所述分壓器和所述分壓電阻之間接地引線的多通道示波器；

固設於所述電器本體殼體表面的超聲波傳感器；所述超聲波傳感器還與所述多通道示波器電連接。

優選地，所述超聲波傳感器固設於所述電器本體的端部。

優選地，所述超聲波傳感器包括：

分別固設於所述電器本體的殼體表面且與所述多通道示波器電連接的兩個超聲波探頭，兩個超聲波探頭沿所述電器本體的長度方向順序設置，其中所述兩個超聲波探頭之間間距在3-5米且包括端值。

優選地，所述超聲波傳感器包括：

分別固設於所述電器本體各個支段的超聲波探頭以及固設於支段連接點的超聲波探頭，其中，所述固設於支段連接點的超聲波探頭與固設於相鄰支段的超聲波探頭之間距離相同，各個所述超聲波探頭分別與多通道示波器電連接。

優選地，所述氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統還包括：

沿所述電器本體的長度方向順序固設於所述電器本體的殼體表面的多個聲強傳感器，所述多個聲強傳感器分別與所述多通道示波器電連接。

優選地，所述電器本體的每個氣室分別對應設置一個聲強傳感器；

所述超聲波傳感器中每個超聲波探頭分別固設於相鄰氣室間隙對應的電器本體殼體表面。

根據本發明的第二方面，還提供了一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法，該閃絡故障定位方法使用上述技術方案所述的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統，所述氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法包括：

採集分壓器低壓臂的電壓信號；

判斷所述電壓信號是否突降為零；

若所述電壓信號為突降零，則通過所述超聲波傳感器獲取閃絡故障點的聲波信號；

計算所述聲波信號與突降為零的所述電壓信號的時間間隔；

根據所述時間間隔和聲波傳播速度計算所述閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離；

根據所述閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離以及超聲波傳感器位置推算所述閃絡故障點的位置。

優選地，所述通過超聲波傳感器獲取閃絡故障點的聲波信號包括：使用沿電器本體的長度方向順序設置的兩個超聲波探頭分別獲取所述閃絡故障點的聲波信號；

所述計算所述聲波信號與突降為零的所述電壓信號的時間間隔，包括：比較兩個超聲波探頭分別獲取的聲波信號分別與突降為零的所述電壓信號的時間間隔大小，判斷所述閃絡故障點對應所述超聲波傳感器的方位；

所述根據所述閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離以及超聲波傳感器位置推算所述閃絡故障點的位置，包括：根據所述方位、所述閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離以及超聲波傳感器位置，查找所述閃絡故障點的位置。

所述氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法還包括：

通過各個聲強傳感器獲取所述閃絡故障點的聲強信號；

查找聲強信號最大的聲強傳感器對應的氣室位置，結合所述閃絡故障點和超聲波傳感器之間距離以及所述超聲波傳感器位置推算所述閃絡故障點的位置。

本發明提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的工作過程如下：

在氣體絕緣全封閉組合電器GIS的加壓線連接分壓器，並將分壓器與串接有分壓電阻的接地引線連接，多通道示波器通過採集分壓器低壓臂的電壓信號，即分壓器與分壓電阻之間接地引線的電壓信號，在多通道示波器上顯示該電壓信號，當電壓信號為零時，說明該氣體絕緣全封閉組合電器GIS發生閃絡性故障。超聲波傳感器採集閃絡故障點的聲波信號，並發送至示波器，由多通道示波器對聲波信號進行顯示，然後計算聲波信號與突降為零的電壓信號的時間間隔，即可結合該時間間隔與聲波在GIS外殼的傳播速度(該傳播速度為聲波在金屬中的傳播速度1400m/s)，即能夠計算閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離，根據該閃絡故障點與超聲波傳感器之間距離與超聲波傳感器位置，即可推算閃絡故障點的位置。

通過上述工作過程可以得出，本發明提供的所述氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方案，通過多通道示波器採集分壓器低壓臂的電壓信號，在電壓信號為零時開始使用超聲波傳感器獲取閃絡故障點的聲波信號，由於電壓信號的傳播速度快，可認為是即時的，即閃絡故障點發生時間與採集到該電壓信號的時間是相同時刻，此時，通過超聲波傳感器採集閃絡故障點的聲波信號，該聲波信號與電壓信號的時間間隔即為閃絡故障點發出的聲波至超聲波傳感器的傳播時間，根據該傳播時間和聲波傳播速度，結合超聲波傳感器位置，即可準確推算閃絡故障點的位置。相較於背景技術中提到的通過操作人員聽覺與經驗進行判斷，能夠減小對閃絡故障點位置的誤判率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的結構示意圖；

圖2是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的結構示意圖；

圖3是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的結構示意圖；

圖4是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的結構示意圖；

圖5是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法的流程示意圖；

圖6是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法的流程示意圖；

圖7是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法的流程示意圖。

圖1至圖7中所示各結構與附圖標記的對應關係如下：

1-加壓線、2-接線部、3-電器本體、31-氣室、4-分壓器、41-接地引線、5-超聲波傳感器、6-多通道示波器、7-聲強傳感器、8-閃絡故障點、9-分壓電阻。

具體實施方式

本發明實施例提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方案，解決了背景技術中所介紹的難以準確確定發生閃絡故障的電力設備在GIS中的位置，容易造成誤判的問題。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明實施例中的技術方案，並使本發明實施例的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明實施例中的技術方案作進一步詳細的說明。

請參考附圖1，圖1是本發明一示例性實施例示出的一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統的結構示意圖。如圖1所示，氣體絕緣全封閉組合電器包括通過加壓線1與外部試驗電源電連接的接線部2，以及與接線部2固定連接的電器本體3，本發明實施例提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統包括：

分壓器4，分壓器4的一端與加壓線1電連接，分壓器4的另一端通過串接有分壓電阻9的接地引線41接地。

連接於分壓器4和分壓電阻9之間接地引線41段的多通道示波器6。

分壓器4一端通過接地引線41與加壓線1電連接，另一端通過接地引線41接地，當GIS出現閃絡故障時，加壓線1與分壓電阻9之間接地引線41的電壓信號(即分壓器1低壓臂的電壓信號)將立即變為零，此時電壓信號為零的時間t0即可作為發生閃絡故障的時間，通過多通道示波器6採集該電壓信號，能夠準確判斷發生閃絡故障的時間。

固設於電器本體3殼體表面的超聲波傳感器5，所述超聲波傳感器5還與所述多通道示波器6電連接。

通過在電器本體3殼體表面設置超聲波傳感器5，當發生閃絡故障時，閃絡故障點8發出的聲波信號經過殼體表面的傳播，即可被超聲波傳感器5採集到，超聲波傳感器5採集到該聲波信號的時間t1即閃絡故障點8自發生至發送到超聲波傳感器5的時間。

通過多通道示波器6與分壓器4和超聲波傳感器5分別電連接，即可獲取並顯示到分壓器4採集到加壓線1電壓信號為零的時間t0以及超聲波傳感器5採集到該聲波信號的時間t1，通過計算聲波信號與加壓線1電壓信號的時間間隔t＝t1-t0，結合聲波在殼體的傳播速度以及超聲波傳感器5的位置，即可推算閃絡故障點8的位置。

本發明實施例提供的所述氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統，通過多通道示波器6採集分壓器4與分壓電阻9之間接地引線41的電壓信號，在電壓信號為零時開始使用超聲波傳感器5採集閃絡故障點8的聲波信號，由於電壓信號的傳播速度快，可認為是即時的，即閃絡故障點8發生時間與採集到該電壓信號的時間是相同時刻，此時，通過超聲波傳感器5採集閃絡故障點8的聲波信號，該聲波信號與電壓信號的時間間隔即為閃絡故障點8發出的聲波至超聲波傳感器5的傳播時間，根據該傳播時間和聲波傳播速度，結合超聲波傳感器5位置，即可準確推算閃絡故障點8的位置。相較於背景技術中提到的通過操作人員聽覺與經驗進行判斷，能夠減小對閃絡故障點8位置的誤判率。

另外，作為超聲波傳感器5的一種設置方式，如圖1所示，超聲波傳感器5固設於電器本體3的端部。

超聲波傳感器5固設於電器本體3的端部，則GIS中可能發生閃絡故障的閃絡故障點8均只可能位於超聲波傳感器5的同一側，容易判斷閃絡故障點8的方位，因此只需要在電器本體3的端部設置一個超聲波傳感器5即可，無需部署多個超聲波傳感器5，方便對閃絡故障點8的位置進行準確測量。

作為超聲波傳感器5的另一種設置方式，如圖2所示，超聲波傳感器5包括：分別固設於電器本體3的殼體表面且與多通道示波器6電連接的兩個超聲波探頭，兩個超聲波探頭沿電器本體3的長度方向順序設置，其中兩個超聲波探頭之間間距在3-5米且包括端值。

通過將兩個超聲波探頭固設於電器本體3的殼體表面，兩個超聲波探頭沿電器本體3的長度方向順序設置，通過超聲波探頭採集到聲波信號的先後順序，即可判斷閃絡故障點8的方位。具體地，當超聲波探頭A首先採集到聲波信號，超聲波探頭B再次採集到聲波信號，且兩聲波信號的時間差大於兩聲波探頭之間間距L與聲波傳播速度v之比L/v時，說明閃絡故障點8位於超聲波探頭A的遠離超聲波探頭B的一側；當超聲波探頭B首先採集到聲波信號，超聲波探頭A再次採集到聲波信號，且兩聲波信號的時間差大於兩聲波探頭之間間距L與聲波傳播速度v之比L/v時，說明閃絡故障點8位於超聲波探頭B的遠離超聲波探頭A的一側；當超聲波探頭A首先採集到聲波信號，超聲波探頭B再次採集到聲波信號，且兩聲波信號的時間差小於兩超聲波探頭之間間距L與聲波傳播速度v之比L/v時，說明閃絡故障點8位於超聲波探頭A與超聲波探頭B之間，且靠近超聲波探頭A；當超聲波探頭B首先採集到聲波信號，超聲波探頭A再次採集到聲波信號，且兩聲波信號的時間差小於兩聲波探頭之間間距L與聲波傳播速度v之比L/v時，說明閃絡故障點8位於超聲波探頭A與超聲波探頭B之間，且靠近超聲波探頭B。

其中，兩個超聲波探頭之間間距在3-5米且包括端值，能夠避免兩個超聲波探頭採集到的聲波信號的時間間隔過小，避免聲波信號之間的幹擾，從而方便準確判斷閃絡故障點8的方位。

氣體絕緣全封閉組合電器GIS可能包括多個支段，相鄰支段之間並不在一條直線上，如圖3所示，支段II與支段III分別連接在支段I上，且支段II與支段IIII與支段I的夾角均為直角，此時，通過計算聲波信號與加壓線1電壓信號的時間間隔，並不容易確知閃絡故障點8位於哪一支段。為了解決上述問題，如圖3所示，超聲波傳感器5包括：

分別固設於電器本體3各個支段的超聲波探頭以及固設於支段連接點的超聲波探頭，其中，固設於支段連接點的超聲波探頭與固設於相鄰支段的超聲波探頭之間距離相同，且各個超聲波探頭分別與多通道示波器6電連接。

通過在電器本體3的各個支段分別固設超聲波探頭，並且在支段連接點固設超聲波探頭，通過各個支段上超聲波探頭採集的聲波信號的先後順序，即可準確判斷閃絡故障點8位於哪一支段。具體地，如圖3所示，當閃絡故障點8位於支段II上，且位於超聲波探頭C和超聲波探頭D之間時，超聲波探頭C或超聲波探頭D將首先接收到聲波信號，超聲波探頭E將最後接收到聲波信號；當閃絡故障點8位於支段II上，且位於超聲波探頭C遠離超聲波探頭D的一側時，超聲波探頭C將首先接收到聲波信號，然後超聲波探頭D和超聲波探頭E將後續依次接收到聲波信號；當閃絡故障點8位於支段III上，且位於超聲波探頭E與超聲探頭D之間時，超聲波探頭E或超聲波探頭D將首先接收到聲波信號，超聲波探頭C將最後接收到聲波信號。

同時，若閃絡故障點8位於支段II上，且閃絡故障點8與超聲波探頭C之間距離為L1，閃絡故障點8與超聲波探頭D之間距離為L2，超聲波探頭D與超聲波探頭E之間距離為L3，若L1>L2+L3，則超聲波探頭D將首先接收到聲波信號，然後超聲波探頭D接收到聲波信號，超聲波探頭C最後接收到聲波信號，因此，為了避免一支段上的超聲波探頭與支段連接點的超聲波探頭之間距離過大，另一支段上的超聲波探頭與該支段連接點的超聲波探頭之間距離過小，而導致的對閃絡故障點8位置的誤判情況，如圖3所示，固設於支段連接點的超聲波探頭與固設於相鄰支段的超聲波探頭之間距離相同。

通過設置支段連接點的超聲波探頭與固設於相鄰支段的超聲波探頭之間距離相同，能夠避免一支段上的超聲波探頭與支段連接點的超聲波探頭之間距離過大，另一支段上的超聲波探頭與支段連接點的超聲波探頭之間距離過小而導致的度閃絡故障點8位置的誤判。

同時為了更加精確地對閃絡故障點8進行定位，如圖4所示，本實施例提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統除了圖1所示的結構外，還包括：

沿電器本體3的長度方向順序固設於電器本體3的殼體表面的多個聲強傳感器7，多個聲強傳感器7分別與多通道示波器6電連接。

由於GIS發生閃絡故障時發出的聲波信號將沿金屬外殼傳遞，從發生閃絡故障的氣室31至相鄰正常氣室31，聲波信號的振動強度將衰減10倍以上。通過設置沿電器本體3的長度方向順序設置的多個聲強傳感器7，能夠檢測到根據聲強傳感器7檢測到的聲波信號的振動強度的衰減情況判斷發生閃絡故障的閃絡故障點8位置。

優選地，電器本體3的每個氣室31分別對應設置一個聲強傳感器7。由於閃絡故障點8的聲波信號的振動強度從故障氣室31至其他正常氣室31將大幅衰減，因此通過在每個氣室31分別對應設置一個聲強傳感器7，能夠準確判斷發生閃絡故障的氣室31，即可對該氣室31進行檢查，以準確查找發生閃絡故障的電力設備。

另外，超聲波傳感器5包括中每個超聲波探頭分別固設於相鄰氣室31之間間隙對應的電器本體3殼體表面。超聲波探頭分別固設於相鄰氣室31之間間隙對應的電器本體3殼體表面，能夠根據相鄰氣室31之間距離以及超聲波探頭採集到聲波信號的採集時間準確判斷發生閃絡故障的閃絡故障點8位於的氣室31，從而準確查找發生閃絡故障的電力設備。

基於同一發明構思，本發明實施例還提供了氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法，由於方法對應的系統是本申請實施例中的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統，並且方法解決問題的原理與系統相似，因此該方法的實施可以參見系統的實施，重複之處不再贅述。

如圖5所示，本發明實施例還提供了一種氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法，該閃絡故障定位方法使用上述技術方案的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位系統，氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法包括：

S110：採集分壓器4低壓臂的電壓信號。

該低壓臂的電壓信號，通過採集分壓器4與分壓電阻9之間接地引線的電壓信號獲得。

S120：判斷該電壓信號是否突降為零，若判定該電壓信號突降為零，則執行步驟S 130；若電壓信號不為零，則返回步驟S110。電壓信號突降為零代表GIS發生閃絡故障

S130：通過超聲波傳感器5獲取閃絡故障點8的聲波信號。

S140：計算聲波信號與突降為零的電壓信號的時間間隔。

S150：根據時間間隔和聲波傳播速度計算閃絡故障點8與超聲波傳感器5之間距離。

S160：根據閃絡故障點8與超聲波傳感器5之間距離以及超聲波傳感器5位置推算閃絡故障點8的位置。

本發明實施例提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法，通過多通道示波器6採集分壓器4與分壓電阻9之間電壓信號，在電壓信號為零時開始使用超聲波傳感器5採集閃絡故障點8的聲波信號，由於電壓信號的傳播速度快，可認為是即時的，即閃絡故障點8發生時間與採集到該電壓信號的時間是相同時刻，此時，通過超聲波傳感器5採集閃絡故障點8的聲波信號，該聲波信號與電壓信號的時間間隔即為閃絡故障點8發出的聲波至超聲波傳感器5的傳播時間，根據該傳播時間和聲波傳播速度，結合超聲波傳感器5位置，即可準確推算閃絡故障點8的位置。相較於背景技術中提到的通過操作人員聽覺與經驗進行判斷，能夠減小對閃絡故障點8位置的誤判率。

優選地，如圖6所示，圖5所示實施例中的步驟S130：通過超聲波傳感器5獲取閃絡故障點8的聲波信號包括：

S131：使用沿電器本體3的長度方向順序設置的兩個超聲波探頭分別獲取閃絡故障點8的聲波信號。

圖5所示步驟S140：計算聲波信號與突降為零的電壓信號的時間間隔，包括：S141：比較兩個超聲波探頭分別獲取的聲波信號分別與突降為零的電壓信號的時間間隔大小，判斷閃絡故障點8對應超聲波傳感器5的方位；

圖5所示步驟S160：根據閃絡故障點8與超聲波傳感器5之間距離以及超聲波傳感器5位置推算閃絡故障點8的位置，包括：S161：根據所述方位、所述閃絡故障點8與超聲波傳感器5之間距離以及超聲波傳感器5位置，查找所述閃絡故障點8的位置。

優選地，如圖7所示，圖7所示實施例提供的氣體絕緣全封閉組合電器的閃絡故障定位方法除了圖5所示實施例提供的方法步驟外，還包括：

S310：通過各個聲強傳感器7獲取閃絡故障點8的聲強信號。

S320：查找聲強信號最大的聲強傳感器7對應的氣室31位置，結合閃絡故障點8和超聲波傳感器5之間距離以及所述超聲波傳感器位置推算閃絡故障點8的位置。

本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。

以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。