一种GIL监测传感器的优化布置方法和系统

技术领域

本发明属于GIL监测技术领域，涉及一种GIL监测传感器的优化布置方法和系统。

背景技术

GIL(Gas Insulated transmission Line，气体绝缘输电线路)以其具有高电压、大电流、结构紧凑、布置方式灵活、稳定运行、使用寿命长、技术指标优越且不受外界影响等优点，已经广泛的应用在国内外电力系统中。

GIL系统模块化的结构设计使其安装工艺复杂，发生故障时，抢修工作量大，停电时间长。根据故障案例的统计，因金属颗粒引发的绝缘故障在GIL故障中占有很大比例，因此对GIL中的金属颗粒进行准确监测具有非常重要的现实意义。

现有GIL中金属颗粒的监测方法基本都是通过在GIL外壳上安装监测传感器，通过监测传感器接受到的信号进行综合诊断。为了保证监测的准确性，往往需要布置非常多的监测传感器，经常出现监测传感器监测范围重叠的情况，甚至有些监测传感器的安装毫无作用，造成了很大的经济损失。因此，在保证系统监测的准确性和可监测性的前提下，如何确定监测传感器的数量和安装位置是现阶段GIL监控系统急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种GIL监测传感器的优化布置方法和系统，满足监测传感器布置需要的最大经济性和可监测性，具有较强的工程实用性。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种GIL监测传感器的优化布置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据GIL拓扑结构和线路长度，构建GIL系统数学模型；

步骤2：计算GIL系统数学模型中每一线路区段对所有节点的放电临界点值，对应的放电点位置即为放电临界点；

步骤3：根据步骤2得到的放电临界点值，判断GIL系统是否存在监测盲区；

若存在监测盲区，则在所有节点上安装监测传感器，否则执行步骤4；

步骤4：构建并求解监测传感器优化布置目标函数，得到安装监测传感器的节点位置。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，步骤1中，对GIL系统中各个节点进行编号，结合GIL系统中节点间的拓扑关系和线路长度绘制GIL系统的无向图，作为GIL系统数学模型。

优选地，步骤2中，线路区段l上的第k个节点所对应的放电临界点值

其中，L

优选地，步骤3中，对于任一线路区段，若其最小和最大放电临界点值均分别为0和1，则GIL系统不存在监测盲区，否则GIL系统存在监测盲区。

优选地，步骤4中，假设放电临界点将线路区段l分解成R个小区段，将这R个小区段看作新的线路区段，那么线路区段l的监测传感器优化布置目标函数为：

其中，G

X

I

矩阵B

N为节点数量。

优选地，线路区段l对应的电磁波的传播路径矩阵G

优选地，约束向量B

b

若第k个节点已安装监测传感器，则B

若第k个节点不能安装监测传感器，则B

本发明还公开了一种GIL监测传感器的优化布置系统，所述系统包括：

模型构建模块，用于根据GIL拓扑结构和线路长度，构建GIL系统数学模型；

计算模块，用于计算GIL系统数学模型中每一线路区段对所有节点的放电临界点值，对应的放电点位置即为放电临界点；

判断模块，根据计算模块得到的放电临界点值，判断GIL系统是否存在监测盲区；

若存在监测盲区，则在所有节点上安装监测传感器，否则进入优化模块；

优化模块，用于构建并求解监测传感器优化布置目标函数，得到安装监测传感器的节点位置。

本申请所达到的有益效果：

本发明可优化GIL系统监测传感器的布置，满足监测传感器布置需要的最大经济性和可监测性，为GIL监测传感器优化布置策略提供了理论依据，具有较强的工程实用性。

附图说明

图1为本发明一种GIL监测传感器的优化布置方法的流程图；

图2为本发明实施例中电磁波传播最短路径示意图；

图3为本发明实施例中电磁波传播最短路径函数图；

图4为本发明实施例中线路放电临界点值示意图；

图5为本发明实施例中GIL系统结构图；

图6为本发明实施例中GIL系统拓扑结构的无向图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。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申请的保护范围。

如图1所示，本发明的一种GIL监测传感器的优化布置方法，包括以下步骤：

步骤1：根据GIL拓扑结构和线路长度，构建GIL系统数学模型；

GIL整个系统根据实际情况可以分为几条线路区段，而每一个线路区根据GIL结构通过设置节点划分为更小部分。节点设置在每节腔体的连接处和拐点处。

在GIL系统中，如果任一区段线路的放电点产生的电磁波到达已布置的监测传感器的路径，至少有一个经过区段线路的始端，有一个经过区段线路的末端，则此区段线路是放电可监测的。

以x

式中：1≤k≤N，N为区段线路的节点总数。

如图2所示，以

式中：i和j分别表示区段线路l的始端和末端；τ为放电点距线路区段始端长度占线路区段长度的比例；L

以

监测传感器的布置要求是，对于1≤k≤N，至少有一个

步骤2：计算GIL系统数学模型中每一线路区段对所有节点的放电临界点值；

所述放电临界点值即为放电电磁波到达某一节点从线路区段两端传播的距离相等时，放电点距线路区段始端长度占线路区段长度的比例，对应的放电点位置即为放电临界点值；

分析如图3所示的始端和末端路径

解得：

当放电点距线路区段始端长度占线路区段长度的比例

进而有：

因此

因为一个区段线路有N个节点，故此可以分解为N个放电临界点值，由于某些放电临界点值的值可能相等，即1个放电临界点值对应多个节点，所以最终得到n个放电临界点值，1≤n＜N，区段线路放电临界点值示意图如图4所示。

如果

步骤3：根据步骤2得到的放电临界点值，判断GIL系统是否存在监测盲区；

若存在监测盲区，则在所有节点上安装监测传感器，以监测是否存在金属颗粒，否则执行步骤4；

对于任一线路区段，若其最小和最大放电临界点值均分别为0和1，则GIL系统不存在监测盲区，否则GIL系统存在监测盲区。

步骤4：构建并求解监测传感器优化布置目标函数，得到安装监测传感器的节点位置。

假设放电临界点值将区段线路l分解成R个小区段线路，将这些小区段线路看成新的线路，那么线路区段l的监测传感器优化布置目标函数为：

其中，G

X

I

矩阵B

B

b

若第k个节点已安装监测传感器，则B

若节点所处环境电磁干扰太大、两个转接头之间没有连接腔体，直接相连等情况，此时第k个节点不能安装监测传感器，则B

本发明的一种GIL监测传感器的优化布置系统，包括：

模型构建模块，用于根据GIL拓扑结构和线路长度，构建GIL系统数学模型；

计算模块，用于计算GIL系统数学模型中每一线路区段对所有节点的放电临界点值，对应的放电点位置即为放电临界点；

判断模块，根据计算模块得到的放电临界点值，判断GIL系统是否存在监测盲区；

若存在监测盲区，则在所有节点上安装监测传感器，否则进入优化模块；

优化模块，用于构建并求解监测传感器优化布置目标函数，得到安装监测传感器的节点位置。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

本发明实施例以GIL系统作为监测对象，监测传感器的优化布置具体包括以下步骤：

步骤1：根据图5的GIL系统的拓扑结构图，将GIL系统中各个节点进行编号，节点间的拓扑关系、线路长度如表1所示。根据节点间的拓扑结构画出GIL系统的无向图，即根据图5的结构图设置节点得到图6的GIL系统的无向图，因为GIL是将一节节腔体通过转接头连接，那么一节腔体的两端分别有两个转接头，那么这个就是两个节点。而比如环形的就是根据图5的实际结构换出来的，实际的腔体通过转接头连接后是环形的，那么图6也就是环形的。

表1GIL拓扑参数

步骤2：在已知线路长度和系统拓扑结构的情况下，由式(6)计算各区段线路对所有节点的放电临界点值，各线路最小和最大放电临界点值如表2所示。

表2各线路最小/最大放电临界点值

步骤3：表2中，所有线路的最小和最大放电临界点值均是0和1，因此这些线路完全可监测的，不存在监测盲区。

步骤4：假设GIL系统处于新建阶段，各个节点全部没有安装监测传感器，则存在安装监测传感器需求，将权重向量W

最终求得配置向量：

X

综上所述：发明旨在优化GIL监测系统中监测传感器的布置策略，满足监测传感器布置需要的最大经济性和可监测性，具体包括：(1)根据GIL实际工作系统，对数学模型进行优化计算；(2)根据数学模型计算系统中所有节点的临界值，判断系统中是否存在检测盲区，从而决定节点是否需要全部布置监测传感器；(3)计算传播路径矩阵，根据实际情况对权重向量取值，得到配置监测传感器的节点位置。本发明为GIL监测传感器优化布置策略提供了理论依据，具有较强的工程实用性。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。