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1、(10)申请公布号 CN 103412190 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103412190 A *CN103412190A* (21)申请号 201310351286.3 (22)申请日 2013.08.13 G01R 27/02(2006.01) G01R 31/327(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100761 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 江苏省电力公司 江苏省电力公司电力科学研究院 (72)发明人 刘建坤 周前 汪成根 李群 卫鹏 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 董建林 (54) 发明。
2、名称 基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于阻抗参数在线辨识的 开关类设备状态评价方法。适用于变电站 3/2 接 线方式下的开关类设备， 利用开关类设备的实时 电流数据， 结合变电站内线路电流、 变压器电流等 实际运行数据， 对开关类设备的电阻分布情况进 行辨识， 从而获取开关类设备的电阻变化情况， 对 于开关类设备发生缺陷后引起电阻值异常的情 况， 可以及时的发现， 从而为设备及时消缺提供重 要参考依据。该方法可动态的辅助进行开关设备 的状态评价， 操作简单计算可靠， 运行成本远低于 现场检测试验， 具有很好的适应性和实时性。 本成 果弥补了国内在这。
3、一领域的空白， 也为其他高压 设备的状态检修提供了研究思路。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103412190 A CN 103412190 A *CN103412190A* 1/1 页 2 1. 一种基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在于 ： 基于电流误差最 小原则对开关类设备状态进行在线辨识， 具体辨识过程包括以下步骤 ： （1） 以变电站各串内开关类设备的投运时的测量电阻值为初值， 搭建变电站计算模 型 ；。
4、 （2） 根据变电站出线电流、 变压器电流实际运行数据， 依据变电站计算模型， 计算流经 各串开关的电流值 ； （3） 将各串开关的电流计算值同实际测量值进行比对， 获得电流误差 ； （4） 基于电流误差最小的原则， 利用优化算法改变接触电阻值， 重新进行开关分流计 算， 继续进行同实际测量值之间的误差比对， 不断优化直至误差均方根低于 4%， 此时的开关 类设备接触电阻值视为实际值 ； （5） 根据优化前后电阻值发生变化的开关类设备诊断存在缺陷的具体开关类设备对 象。 2. 根据权利要求 1 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在 于 ： 诊断对象是采用 3/2 接线方式。
5、的 500kV 变电站串内各开关类设备。 3. 根据权利要求 1 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在 于 ： 根据开关、 闸刀和流变的电阻的实测参数来进行变电站内开关类设备的建模， 边界条件 包括各串出线上送出的有功和无功， 各串主变自身下送的有功和无功， 站内母线的电压和 串内滤波器设备的容量。 4. 根据权利要求 1 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在 于 ： 采用 PSASP 软件对诊断对象进行建模和开关电流的计算。 5. 根据权利要求 1 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在 于 ： 所述利用优化算法改变接触电阻值的。
6、步骤为 ： 通过不断迭代修改开关电阻值参数， 每 迭代一次都计算一次各个开关的电流， 并与实际测量电流进行误差比对， 计算电流误差， 并 计算各开关电流误差的均方根， 迭代结束的判别条件是当开关电流误差低于 5%， 且优化迭 代过程中， 开关电流误差均方根同上一轮均方根相比减少量低于 10% 时， 迭代过程结束。 6. 根据权利要求 1 和 2 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征 在于 ： 搭建变电站计算模型时， 断路器及两侧的隔离开关等效为一个开关设备。 7. 根据权利要求 1 和 3 所述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征 在于 ： 所述开关类设备的。
7、电阻数量级均在微欧级。 权 利 要 求 书 CN 103412190 A 2 1/7 页 3 基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法 技术领域 0001 本发明涉及开关类设备参数在线辨识方法， 用以在线辅助诊断开关类设备是否存 在缺陷。属于电力系统参数辨识领域。 背景技术 0002 近年来， 电网 500kV 断路器、 隔离开关发生严重故障的事故时有发生， 对设备、 电 网甚至人身安全带来较大威胁。开关类设备的接触电阻值是表征其状态优劣的重要依据， 接触电阻值高出正常值表明设备可能存在缺陷， 如动静触头合闸不到位、 接触面烧熔、 传动 连杆走偏等问题均可能导致接触电阻增大。但是影响开关电阻的。
8、因素有很多， 由于开关电 阻为 级， 所以引流线、 线夹的电阻也影响其相对偏差 ； 除此之外， 由于热稳定性差异， 流过的电流大小不一致会使表面氧化， 老化程度不一致， 氧化和老化都会使电阻增大 ； 电动 力的作用则会影响触头的压力和线夹、 螺栓的紧固程度， 从而影响接触电阻 ； 还有各相的污 秽程度不一致也会影响电阻大小。以上因素当影响相与相之间阻抗发生相对偏差， 就会造 成三相之间电流不平衡。 0003 由于接触电阻现场测量相对较复杂， 在开关类设备的检测中， 基于接触电阻增大 会造成发热多的原理， 往往通过红外测量等手段判断缺陷， 但此类方法存在以下局限性 ： 0004 1、 测量存在周。
9、期性， 无法实时动态跟踪设备状态情况。 0005 2、 进行红外测量时， 若当时运行方式下流过设备的电流较小， 设备发热不明显， 则 可能难以发现设备缺陷。 0006 3、 500kV 变电站采用 3/2 接线， 由于串内开关等设备的分流作用， 当接触电阻值增 大时， 流过此开关设备的分流减小， 由于发热同电流平方成正比， 可能导致缺陷处发热不明 显， 从而难以发现缺陷。 0007 利用电网运行数据辅助分析 500kV 开关类设备接触电阻变化情况的方法。主要原 理如下 ： 0008 500kV变电站一般采用3/2接线， 同220kV变电站常用的双母线接线方式不同， 3/2 接线方式存在环网分流。
10、， 当串内各支路电阻值变化时， 将导致串内潮流发生变化， 此时可能 产生以下情形 ： 0009 1、 某相接触电阻增大， 造成该相电流同其它两相之间产生不平衡情况， 同时该相 的串内潮流分布发生变化。 0010 2、 开关设备各相接触电阻均增大， 各相电流之间均发生不平衡情况， 且每相的串 内潮流分布均发生变化。 0011 500kV 变电站各串内开关、 刀闸、 导引线、 接头等设备的电阻值正常情况下为数十 微欧级别， 数值微小， 各相电阻值不可避免存在少量偏差， 根据实际运行数据观测， 各相间 电流或多或少存在不平衡情况， 仅凭串内电流不平衡情况难以定位哪台开关设备接触电阻 增大。但可通过已。
11、有的变电站运行数据 （包括各台开关分流、 各条出线电流、 变压器电流） ， 采用参数辨识的方式， 判断各串的电阻值是否发生改变。 说 明 书 CN 103412190 A 3 2/7 页 4 发明内容 0012 为克服现有技术中存在的缺陷， 本发明提供了一种基于参数在线辨识的开关类设 备状态评价方法， 可以实时动态的跟踪开关类设备接触电阻指标， 为评价开关类设备是否 发生缺陷提供重要参考依据， 有助于及时发现故障、 消除缺陷。 0013 基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法是采取以下的技术方案来实现的， 基于电流误差最小原则对开关类设备状态进行在线辨识， 具体辨识过程其步骤如下 ： 001。
12、4 （1） 以变电站各串内开关类设备的投运时的测量电阻值为初值， 搭建变电站详细 计算模型 ； 0015 （2） 根据变电站出线电流、 变压器电流等实际运行数据， 依据变电站计算模型， 计 算流经各串开关的电流值 ； 0016 （3） 将各串开关的电流计算值同实际测量值进行比对， 获得电流误差 ； 0017 （4） 基于电流误差最小的原则， 利用优化算法改变接触电阻值， 重新进行开关分流 计算， 继续进行同实际测量值之间的误差比对， 不断优化直至误差均方根低于 4%， 此时的开 关类设备接触电阻值视为实际值 ； 0018 （5） 根据优化前后电阻值发生变化的开关类设备诊断存在缺陷的具体开关类设。
13、备 对象。 0019 前述的基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 其特征在于误差最小原则 用于开关类设备状态评价中， 具有能够针对在系统任何运行方式下对任何变电站内开关设 备进行参数辨识的优点， 具有很好的适应性和实时性， 同时操作简单、 易于实现。 0020 本发明的原理具体叙述如下 ： 0021 （1） 技术方案的第一部分 ： 根据站内开关、 闸刀、 流变等设备实测的电阻等参数可 以得到站内开关的接触电阻模型参数， 结合电网变电站内一次接线图可以搭建变电站的详 细模型。 0022 （2） 技术方案的第二部分 ： 确定好变电站模型及参数后， 选择某一时间断面的出线 潮流和变压器潮流以及。
14、母线电压作为边界条件， 利用电力系统综合程序 PSASP 进行开关电 流的仿真计算。 0023 （3） 技术方案的第三部分 ： 在未对实际测量参数进行任何校核的情况下， 将各串开 关的电流计算值同实际测量值进行比对， 获得电流误差。 0024 （4） 技术方案的第四部分 ： 基于误差最小的原则， 利用优化算法改变接触电阻值， 重新进行开关分流计算， 继续进行同实际测量值之间的误差比对， 不断优化直至误差最小， 此时的开关等设备接触电阻值可视为实际值。 0025 诊断对象是采用 3/2 接线方式的 500kV 变电站串内各开关类设备。 0026 根据开关、 闸刀和流变的电阻的实测参数来进行变电站。
15、内开关类设备的建模， 边 界条件包括各串出线上送出的有功和无功， 各串主变自身下送的有功和无功， 站内母线的 电压和串内滤波器设备的容量。 0027 采用 PSASP 软件对诊断对象进行建模和开关电流的计算。 0028 所述利用优化算法改变接触电阻值的步骤为 ： 通过不断迭代修改开关电阻值参 数， 每迭代一次都计算一次各个开关的电流， 并与实际测量电流进行误差比对， 计算电流误 说 明 书 CN 103412190 A 4 3/7 页 5 差， 并计算各开关电流误差的均方根， 迭代结束的判别条件是当开关电流误差低于 5%， 且优 化迭代过程中， 开关电流误差均方根同上一轮均方根相比减少量低于 。
16、10% 时， 迭代过程结 束。 0029 搭建变电站计算模型时， 断路器及两侧的隔离开关等效为一个开关设备。 0030 所述开关类设备的电阻数量级均在微欧级。 0031 本发明所达到的有益效果 ： 0032 本发明为一种基于阻抗参数在线辨识的开关类设备状态辅助评价方法。 远程设备 状态诊断技术不仅给电力设备状态的监视提供了技术依据， 还可以给检修决策提供越来越 多的支撑， 是一种高度信息化的辅助决策方法。基于参数在线辨识的开关类设备状态评价 可以实时动态的跟踪开关类设备接触电阻指标， 为评价开关类设备是否发生缺陷提供重要 参考依据， 为提前防范发生开关类设备严重故障， 避免引发的人身安全、 电。
17、网安全事故提供 重要技术支撑， 提高电网经济和社会效益。 本方法将传统定期计划检修推广到状态检修， 符 合科学发展的必然规律， 有助于及时发现故障消除缺陷， 对整个电力系统的安全稳定运行 具有重要的现实意义。本方法提出了基于参数在线辨识的开关类设备状态评价方法， 适用 于变电站 3/2 接线方式下的开关类设备， 根据 3/2 接线方式下串内电流分流情况同开关类 设备电阻值密切相关的原理， 利用开关类设备的实时电流数据， 结合变电站内线路电流、 变 压器电流等实际运行数据， 对开关类设备的电阻分布情况进行辨识， 从而获取开关类设备 的电阻变化情况， 对于开关类设备发生缺陷后引起电阻值异常的情况，。
18、 可以及时的发现， 从 而为设备及时消缺提供重要参考依据。该方法可动态的辅助进行开关设备的状态评价， 操 作简单计算可靠， 运行成本远低于现场检测试验， 具有很好的适应性和实时性。 本成果弥补 了国内在这一领域的空白， 也为其他高压设备的状态检修提供了研究思路。 附图说明 0033 图 1 为吴江站计算模型图 ； 0034 图 2 吴江站开关电流计算结果。 具体实施方式 0035 下面结合附图对本发明作进一步描述。 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。 0036 以吴江站为例， 吴江站采用 3/2 接线方式， 站内开关等设备接触电阻值如表 1 。
19、所 示， 搭建的吴江站内模型如图 1 所示。 0037 表 1 吴江站内开关等设备接触电阻值 （单位 ： 10-6欧姆） 0038 串内设备名称接触电阻 ()串内设备名称接触电阻 () 5003 流变155032 闸刀75 5011 开关785032 闸刀87 说 明 书 CN 103412190 A 5 4/7 页 6 5011 流变85033 开关67 50111 闸刀735033 闸刀94 50112 闸刀755041 开关76 5012 开关785042 开关72 5012 流变75043 开关75 50121 闸刀775051 开关76 50132 闸刀815052 开关75 503。
20、1 开关745052 闸刀95 50312 闸刀785053 开关73 5032 开关665053 闸刀92 0039 0040 计算所得吴江站内各开关电流如图 2 所示。 0041 吴江站开关电流对比情况如表 2 所示。 0042 表 2 校核前吴江站开关电流对比 0043 开关名称实际电流 （A）计算电流 （A）绝对偏差 （A）相对偏差 5003192.36193.81.440.75% 5011194.34248.353.9627.77% 50127.8152.544.69572.22% 5021291.02337.346.2815.90% 5022123.05148.225.1520.4。
21、4% 5023214.84176-38.84-18.08% 5031113.28139.426.1223.06% 5032396.48384.8-11.68-2.95% 503378.1260.8-17.32-22.17% 5041210.94237.926.9612.78% 说 明 书 CN 103412190 A 6 5/7 页 7 5042412.11365.5-46.61-11.31% 5043220.7171.4-49.3-22.34% 5051185.55205.720.1510.86% 5052443.36414.5-28.86-6.51% 5053121.0992.6-28.4。
22、9-23.53% 0044 对此时的吴江站开关电流进行误差分析， 均方误差为 148.71%， 相对误差很大， 特 别注意到 5012 开关电流误差明显存在不合理， 有理由怀疑 5012 站内开关设备存在缺陷或 者现场实测参数不准确， 而且各串上电流不平衡也较明显， 参数明显存在不合理， 需要通过 优化算法进行开关阻值的迭代， 不断计算开关电阻迭代后的开关电流并与真实电流误差进 行误差比对。 0045 通过优化算法校核后， 吴江站各个开关参数， 优化前后的参数如表 3 所示， 最终计 算电流与实际电流对比如表 4 所示。 0046 表 3 吴江站开关电阻校核前后对比 0047 开关名称 校核前。
23、校核后 50030.0001650.000165 50110.0002340.000234 50120.0002450.004860 50210.0002450.000249 50220.0002450.000492 50230.0002450.000213 50310.0002470.000289 50320.0002380.000242 50330.0002510.000254 50410.0002360.000270 50420.0002320.000238 50430.0002350.000206 说 明 书 CN 103412190 A 7 6/7 页 8 50510.0002460。
24、.000246 50520.0002600.000260 50530.0002550.000127 0048 从优化结果来看， 通过优化算法校核后， 吴江站开关参数变化主要是 5012 开关电 阻变化了大概 20 倍。 0049 表 4 校核后吴江站开关电流对比 0050 开关名称实际电流 （A）计算电流 （A）绝对偏差 （A）相对偏差 5003192.36195.83.441.79% 5011194.34203.99.564.92% 50127.817.7-0.11-1.41% 5021291.02304.113.084.49% 5022123.05117.2-5.85-4.75% 5023。
25、214.84209.9-4.94-2.30% 5031113.28120.16.826.02% 5032396.48408.111.622.93% 503378.12790.881.13% 5041210.94204-6.94-3.29% 5042412.11402.3-9.81-2.38% 5043220.7207.8-12.9-5.85% 5051185.55182.5-3.05-1.64% 5052443.36439.5-3.86-0.87% 5053121.09114.9-6.19-5.11% 0051 0052 对优化校核后吴江站开关电流进行误差分析， 均方误差为 3.69%， 此时。
26、的均方误差 相比校核前已经有明显改善， 而且部分串上电流分布也较为平衡， 可以认为此时的参数已 经很接近真实参数， 由于优化前后主要变化的是5012开关电阻扩大了20倍， 因此判断5012 说 明 书 CN 103412190 A 8 7/7 页 9 开关可能存在缺陷。 0053 另外， 本方法的建模是将断路器及其两侧的隔离开关等效为一个开关设备， 因此， 对于本方法确定的5012开关缺陷实际中可能是5012开关及两侧隔离开关中的一个或者几 个出现问题， 但本方法为发现缺陷提供了重要依据， 为查找缺陷大幅缩小了范围， 对于现场 测量有重要的指导作用。 0054 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和变形， 这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103412190 A 9 1/1 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103412190 A 10 。