一种基于故障录波的换流站故障判别系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统故障判别技术领域，涉及一种基于故障录波的换流站故障判别系统及方法。

背景技术

故障录波报文作为电力系统故障分析的信息基础，对快速定位故障，保障系统安全运行具有重要意义。

传统交流故障判别技术已臻于完善，但直流故障判别仅能提供简单的设备闭锁跳闸信息，不能提供包含故障类型、故障点等信息的完整诊断，无法满足故障快速识别和事故应急处置的急迫需求。

为实现直流换流站故障综合全面诊断，同时为调度运行人员提供可靠分析支撑，需要开展直流故障判别工作。同时按照反措要求，故障录波器应选用独立于被监测判别生产厂家设备的产品，采用故障录波信息给出综合诊断结果可进一步确保判别装置运行状态及家族性缺陷分析数据的客观性。

为此，开展直流换流站故障系统特性分析技术服务，开展交流侧典型故障下突变量、系统阻抗、行波等典型特征计算分析，实现故障特性全面快速感知；并需要开展直流及交流录波器典型特征电气量收集、仿真及分析技术服务，建立系统模型，模拟典型故障下各种录波数据；在此基础上，需要开展基于故障录波信息的特高压交直流系统故障综合诊断技术服务，全方位、精确化提供异常事故简报，同时实现可视化的WEB发布服务，实现故障快速定位，为调度运行人员开展事故应急提供支持。

现有技术中，公开日期为2016年3月30日、公开号为CN105447862A的中国发明专利申请《一种高压直流换流站远程故障诊断方法、装置及系统》公开了通过获取录波图像，并确定故障突变区域位置，裁剪出故障突变区域，通过与典型故障数据库图像匹配实现故障诊断。将故障突变区域及故障突变区域的位置发送至对端的换流站，获取对端换流站的录波图像和对应的目标区域，并根据所述故障突变区域和目标区域进行故障诊断。上述文献立足于图像匹配实现故障诊断，而基于突变区域及其位置发送对端实现远程故障诊断，基于图像匹配需要大量不同故障典型数据且难以准确匹配，难以存储所有实际故障数据，更无法实现故障区域的准确判断。因此，亟需开发一种基于故障录波的换流站故障判别系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于如何建立一种基于故障录波的换流站故障判别系统及方法，实现换流站信息采集及故障综合全面判别。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种基于故障录波的换流站故障判别系统，包括：故障录波器、录波采集服务器、直流系统故障分析模块、物理隔离装置、WEB发布服务器；

故障录波器布置在I区接入调度数据网，录波采集服务器和直流系统故障分析模块均布置在II区，WEB发布服务器布置在III区，II区和III区之间采用物理隔离装置，II区服务器数据自动同步到III区WEB发布服务器；

录波采集服务器接入调度数据网，与厂站端的故障录波器互联互通，并定时巡检故障录波器，依据各分区的测点图，确定各测点与故障录波器的通道对应关系，获取最新的录波文件，并将录波文件传输到直流系统故障分析模块；

直流系统故障分析模块根据直流换流站结构，将换流站按区域划分为：交流滤波器及其母线判别区、换流变压器判别区、换流器判别区、直流判别区、直流滤波器判别区，建立了不同判别区的故障判别模型，同时根据各判别区域配置的判据，进行故障协调判别，实现精准故障定位，并针对故障判别结果实现故障识别及报警；

WEB发布服务器在主系统基础上建立的故障判别发布子系统，子系统将信息数据库中的录波数据、工况信息及统计报表等信息利用网络以WEB方式发布给授权用户。

本发明的技术方案基于不同判别区域的故障判别模型，考虑了换流站各区域之间的协调配合，不依赖单一判据且不依赖于故障典型数据，实现故障快速精准定位；建立了快速通讯网络，实现了换流站各区域之间信息的快速交互，具有故障判别准确、速度快的特点，能够最大限度地保持换流站的稳定运行；相比于传统换流站各故障独立判断，未考虑各判别区域之间的相互配合，本发明提出的故障判别方法，考虑了换流站各区域之间的协调配合，不依赖单一判据，实现故障快速定位，把故障锁定在最小范围内，极大减少了故障带来的损失，有效增强了换流站供电的可靠性。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的交流滤波器及其母线判别区的故障判别模型建立如下：

(1)交流滤波器故障判别配置差动判据、电容不平衡判据，用于判别交流滤波器是否出现差动、电容不平衡故障；

判别交流滤波器出现差动故障的公式如下：

I

式中，I

判别交流滤波器出现电容不平衡故障的公式如下：

高压电容器：

I

低压电容器：

I

式中，I

(2)交流滤波器母线故障判别配置母线差动判据、过电压判据，用于判别交流滤波器是否出现母线差动、过电压故障；

判别交流滤波器出现母线差动故障的公式如下：

式中，I

判别交流滤波器出现过电压故障的公式如下：

TV_CHNS>U

式中，U

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的换流变压器判别区的故障判别模型建立如下：

换流变压器故障判别配置差动判据、过电压判据、引线差动判据，用于判别换流变压器是否出现差动、过电压故障、引线故障；

判别换流变压器出现差动故障的公式如下：

式中，I

判别换流变压器出现过电压故障的公式如下：

TV_UAC_CHNS>U

式中，U

判别换流变压器出现引线故障的公式如下：

I

式中，I

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的换流器判别区的故障判别模型建立如下：

(1)换流器故障判别配置直流差动判据、阀短路判据、直流过压判据：

判别换流器出现直流差动故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

判别换流器出现阀短路故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

判别换流器出现直流过压故障的公式如下：

高端阀组：

|DV_UDL_CHNS-DV_UDM_CHNS|>U

低端阀组：

|DV_UDM_CHNS-DN_UDM_CHNS|>U

式中，U

(2)换流器阀组连接线故障判别配置阀组连接线差动判据：

判别换流器阀组连接线出现阀组连接线差动故障的公式如下：

I

式中，I

(3)换流器旁通开关故障判别配置旁通开关判据：

判别换流器旁通开关出现旁通开关故障的公式如下：

高端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC1N_CHNS|>I

低端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC2N_CHNS|>I

式中，I

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的直流判别区的故障判别模型建立如下：

(1)所述的极母线和中性母线故障判别配置极差动判据、极母线差动判据、极中性线差动判据、直流过压判据：

判别极母线和中性母线出现极差动故障的公式如下：

式中，I

判别极母线和中性母线出现极母线差动故障的公式如下：

I

式中，I

判别极母线和中性母线出现极中性线差动故障的公式如下：

式中，I

判别极母线和中性母线出现直流过压故障的公式如下：

判据1：

DV_UDL_CHNS>U

判据2：

式中，U

(2)直流线路故障判别配置电压突变量判据、低电压判据：

判别直流线路出现电压突变量故障的公式如下：

式中，U

判别直流线路出现低电压故障的公式如下：

|DV_UDL_CHNS|

式中，U

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的直流滤波器判别区的故障判别模型建立如下：

直流滤波器故障判别配置差动判据，判别直流滤波器出现差动故障的公式如下：

式中，I

一种基于故障录波的换流站故障判别方法，根据直流换流站结构，将换流站按区域划分为：交流滤波器及其母线判别区、换流变压器判别区、换流器判别区、直流判别区、直流滤波器判别区，建立了不同判别区的故障判别模型，同时根据各判别区域配置的判据，进行故障协调判别，实现精准故障定位。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的交流滤波器及其母线判别区的故障判别模型建立如下：

(1)交流滤波器故障判别配置差动判据、电容不平衡判据，用于判别交流滤波器是否出现差动、电容不平衡故障；

判别交流滤波器出现差动故障的公式如下：

I

式中，I

判别交流滤波器出现电容不平衡故障的公式如下：

高压电容器：

I

低压电容器：

I

式中，I

(2)交流滤波器母线故障判别配置母线差动判据、过电压判据，用于判别交流滤波器是否出现母线差动、过电压故障；

判别交流滤波器出现母线差动故障的公式如下：

式中，I

判别交流滤波器出现过电压故障的公式如下：

TV_CHNS>U

式中，U

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的换流变压器判别区的故障判别模型建立如下：

换流变压器故障判别配置差动判据、过电压判据、引线差动判据，用于判别换流变压器是否出现差动、过电压故障、引线故障；

判别换流变压器出现差动故障的公式如下：

式中，I

判别换流变压器出现过电压故障的公式如下：

TV_UAC_CHNS>U

式中，U

判别换流变压器出现引线故障的公式如下：

I

式中，I

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的换流器判别区的故障判别模型建立如下：

(1)换流器故障判别配置直流差动判据、阀短路判据、直流过压判据：

判别换流器出现直流差动故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

判别换流器出现阀短路故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

判别换流器出现直流过压故障的公式如下：

高端阀组：

|DV_UDL_CHNS-DV_UDM_CHNS|>U

低端阀组：

|DV_UDM_CHNS-DN_UDM_CHNS|>U

式中，U

(2)换流器阀组连接线故障判别配置阀组连接线差动判据：

判别换流器阀组连接线出现阀组连接线差动故障的公式如下：

I

式中，I

(3)换流器旁通开关故障判别配置旁通开关判据：

判别换流器旁通开关出现旁通开关故障的公式如下：

高端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC1N_CHNS|>I

低端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC2N_CHNS|>I

式中，I

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的直流判别区的故障判别模型建立如下：

(1)所述的极母线和中性母线故障判别配置极差动判据、极母线差动判据、极中性线差动判据、直流过压判据：

判别极母线和中性母线出现极差动故障的公式如下：

式中，I

判别极母线和中性母线出现极母线差动故障的公式如下：

I

式中，I

判别极母线和中性母线出现极中性线差动故障的公式如下：

式中，I

判别极母线和中性母线出现直流过压故障的公式如下：

判据1：

DV_UDL_CHNS>U

判据2：

式中，U

(2)直流线路故障判别配置电压突变量判据、低电压判据：

判别直流线路出现电压突变量故障的公式如下：

式中，U

判别直流线路出现低电压故障的公式如下：

|DV_UDL_CHNS|

式中，U

作为本发明技术方案的进一步改进，所述的直流滤波器判别区的故障判别模型建立如下：

直流滤波器故障判别配置差动判据，判别直流滤波器出现差动故障的公式如下：

式中，I

本发明的优点在于：

(1)本发明的技术方案基于不同判别区域的故障判别模型，考虑了换流站各区域之间的协调配合，不依赖单一判据且不依赖于故障典型数据，实现故障快速精准定位；建立了快速通讯网络，实现了换流站各区域之间信息的快速交互，具有故障判别准确、速度快的特点，能够最大限度地保持换流站的稳定运行；相比于传统换流站各故障独立判断，未考虑各判别区域之间的相互配合，本发明提出的故障判别方法，考虑了换流站各区域之间的协调配合，不依赖单一判据，实现故障快速定位，把故障锁定在最小范围内，极大减少了故障带来的损失，有效增强了换流站供电的可靠性。

(2)本发明的技术方案建立了WEB发布服务器，建立数据库，能够准确监测故障事件，实现换流站的远程监控，全方位、精确化提供异常事故简报同时实现可视化的WEB发布服务，实现故障快速定位，为调度运行人员开展事故应急及事后分析提供支持。

附图说明

图1为本发明实施例的系统示意图；

图2为本发明实施例的换流站分区图；

图3为本发明实施例的交流滤波器及其母线判别区域图；

图4为本发明实施例的换流变压器判别区域图；

图5为本发明实施例的换流器判别区域图；

图6为本发明实施例的直流判别区域图；

图7为本发明实施例的直流滤波器判别区域图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种基于故障录波的换流站故障判别系统，包括：故障录波器、录波采集服务器、直流系统故障分析模块、物理隔离装置、WEB发布服务器；

故障录波器布置在I区接入调度数据网，录波采集服务器和直流系统故障分析模块均布置在II区，WEB发布服务器布置在III区，II区和III区之间采用物理隔离装置，II区服务器数据自动同步到III区WEB发布服务器；

录波采集服务器接入调度数据网，与厂站端的故障录波器互联互通，并定时巡检故障录波器，依据各分区的测点图，确定各测点与故障录波器的通道对应关系，获取最新的录波文件，并将录波文件传输到直流系统故障分析模块；

所述故障录波器采样率为10kHz，采用了连锁启动机制，实现在扰动或者故障情况下整站故障录波器的同时启动，且启动的时间误差控制在0.1ms以内。

直流系统故障分析模块根据直流换流站结构，将换流站按区域划分，建立了不同判别区域的故障判别模型，同时根据各判别区域配置的判据，进行故障协调判别，实现精准故障定位，并针对故障判别结果实现故障识别及报警。

WEB发布服务器在主系统基础上建立的故障判别发布子系统。子系统将信息数据库中的录波数据、工况信息及统计报表等信息利用网络以WEB方式发布给授权用户。

所述WEB发布服务器通过浏览器软件，实现对录波数据、故障分析报告、装置配置以及工况等信息的检索、查看及下载；利用部署在应用服务器上的录波图形显示器，授权用户更加及时、直观的获取到各类实时信息(如发生故障、通信链路异常等)。

WEB发布服务器向用户提供的主要功能包括：①装置信息查看：浏览设备台账以及录波装置的基本配置，通信状态、启动统计和录波记录等信息。并可利用组合查询实现对上述信息的分类检索，结果集则可导出为报表；②故障信息查询及查看：支持按时间区间、故障类型、跳闸相别等条件的组合查询方式对故障录波进行检索。支持录波文件以及故障简报的查看、下载。显示工具将以自动方式下载至本地，以便用户在本地实现对波形数据的查看、分析及打印等功能；③工况报表查看：查询、查看及下载区域工况统计报表，如：周报、月报、季报等；④对故障录波器进行远程操作：召唤录波列表和文件。

如图2为本发明的换流站分区图，划分直流换流站的判别区域为：交流滤波器及其母线判别区、换流变压器判别区、换流器判别区、直流判别区、直流滤波器判别区。

如图3所示，所述交流滤波器及其母线判别区包括：交流滤波器故障判别和交流滤波器母线故障判别，根据确定的各测点与故障录波器的通道对应关系建立交流滤波器及其母线判别区的故障判别模型，其参数节见下表1。

表1交流滤波器及其母线判别区的故障判别模型的参数节

所述的交流滤波器及其母线判别区的故障判别模型建立如下：

(1)交流滤波器故障判别配置差动判据、电容不平衡判据，用于判别交流滤波器是否出现差动、电容不平衡故障；

①判别交流滤波器出现差动故障的公式如下：

I

式中，I

②判别交流滤波器出现电容不平衡故障的公式如下：

高压电容器：

I

低压电容器：

I

式中，I

(2)交流滤波器母线故障判别配置母线差动判据、过电压判据，用于判别交流滤波器是否出现母线差动、过电压故障；

①判别交流滤波器出现母线差动故障的公式如下：

式中，I

②判别交流滤波器出现过电压故障的公式如下：

TV_CHNS>U

式中，U

如图4所示，所述换流变压器判别区，根据确定的各测点与故障录波器的通道对应关系建立故障判别模型，其参数节见下表2。

表2换流变压器判别区的故障判别模型的参数节

所述的换流变压器判别区的故障判别模型建立如下：

(1)换流变压器故障判别配置差动判据、过电压判据、引线差动判据，用于判别换流变压器是否出现差动、过电压故障、引线故障；

①判别换流变压器出现差动故障的公式如下：

式中，I

②判别换流变压器出现过电压故障的公式如下：

TV_UAC_CHNS>U

式中，U

③判别换流变压器出现引线故障的公式如下：

I

式中，I

如图5所示，所述换流器判别区包括：换流器故障判别、换流器阀组连接线故障判别和换流器旁通开关故障判别，根据确定的各测点与故障录波器的通道对应关系建立了换流器判别区的故障判别模型，其参数节见下表3。

表3换流器判别区的故障判别模型的参数节

所述的换流器判别区的故障判别模型建立如下：

(1)换流器故障判别配置直流差动判据、阀短路判据、直流过压判据：

①判别换流器出现直流差动故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

②判别换流器出现阀短路故障的公式如下：

高端阀组：

I

低端阀组：

I

式中，I

I

③判别换流器出现直流过压故障的公式如下：

高端阀组：

|DV_UDL_CHNS-DV_UDM_CHNS|>U

低端阀组：

|DV_UDM_CHNS-DN_UDM_CHNS|>U

式中，U

(2)换流器阀组连接线故障判别配置阀组连接线差动判据：

判别换流器阀组连接线出现阀组连接线差动故障的公式如下：

I

式中，I

(3)换流器旁通开关故障判别配置旁通开关判据：

判别换流器旁通开关出现旁通开关故障的公式如下：

高端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC1N_CHNS|>I

低端阀组：

|DA_IDNC_CHNS-DA_IDC2N_CHNS|>I

式中，I

如图6所示，所述直流判别区包括：极母线和中性母线故障判别、直流线路故障判别，根据确定的各测点与故障录波器的通道对应关系建立直流判别区的故障判别模型，其参数节见下表4。

表4直流判别区的故障判别模型的参数节

所述的直流判别区的故障判别模型建立如下：

(1)所述的极母线和中性母线故障判别配置极差动判据、极母线差动判据、极中性线差动判据、直流过压判据：

①判别极母线和中性母线出现极差动故障的公式如下：

式中，I

②判别极母线和中性母线出现极母线差动故障的公式如下：

I

式中，I

③判别极母线和中性母线出现极中性线差动故障的公式如下：

式中，I

④判别极母线和中性母线出现直流过压故障的公式如下：

判据1：

DV_UDL_CHNS>U

判据2：

式中，U

(2)直流线路故障判别配置电压突变量判据、低电压判据：

①判别直流线路出现电压突变量故障的公式如下：

直流线路发生故障时，会造成直流电压的跌落，故障位置的不同，电压跌落的速度也不同，通过对电压跌落的速度进行判断，可以检测出直流线路上的故障。

式中，U

②低电压判据：

当直流线路发生故障时，会造成直流电压无法维持，通过对直流电压的检测，如果发现直流电压持续一定的时间低，同时没有发生交流系统故障、也没有发生换相失败，判断为直流线路故障。

|DV_UDL_CHNS|

式中，U

如图7所示，所述直流滤波器判别区根据确定的各测点与故障录波器的通道对应关系建立了直流滤波器判别区的故障判别模型，其参数节见下表5。

表5直流滤波器判别区的故障判别模型的参数节

所述的直流滤波器判别区的故障判别模型建立如下：

直流滤波器故障判别配置差动判据，判别直流滤波器出现差动故障的公式如下：

式中，I

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。