一種GIS耐壓故障定位方法以及利用該方法的故障原因判斷方法、定位裝置與流程

文檔序號：12456104閱讀：407來源：國知局

本方面涉及組合電器故障定位技術領域，具體地說是一種GIS耐壓故障定位方法以及利用該方法的故障原因判斷方法、定位裝置。

背景技術：

隨著我國智能變電站的快速發(fā)展，特高壓建設的不斷推進，GIS(Gas Insulated Switchgear)組合電器在智能變電站中的作用愈加突出。GIS組合電器的質量是智能變電站可靠供電的強力保障，因此在建設過程中對于GIS供電可靠性的考察尤為突出。而GIS耐壓試驗是考驗GIS整體質量的關鍵環(huán)節(jié)，在耐壓過程中，GIS內部一些絕緣缺陷都會被找到并由工作人員將缺陷排除掉，從而提高GIS的供電可靠性。

在尋找GIS絕緣缺陷即耐壓過程中的放電點時，是整個耐壓過程的重要環(huán)節(jié)。最原始的做法是聽聲定位法，將工作人員分布在GIS周邊，然后由試驗人員升壓，在發(fā)生擊穿時再由工作人員根據(jù)聽到的聲音判斷GIS故障點的位置。這種做法最原始也是效率最低的，因為發(fā)生擊穿時的聲音會伴有回音，所以工作人員往往聽不真切，所以得重復性的升壓多聽幾次后才能找到故障點。由于耐壓試驗屬于破壞性試驗，重復壓也給設備帶來一定的損害，因此這種聽聲定位法已經逐步停止使用?，F(xiàn)在使用最廣泛的一種故障定位方法是振動法，利用GIS擊穿故障時產生的機械振動信號來定位故障點，采用振動法進行GIS耐壓中擊穿故障定位也須要在被試GIS上布置大量振動傳感器，在耐壓試驗過程中，所有傳感器同時工作，監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于振動信號也是向故障點兩側同時傳播，因此，采用振動法時在采取特殊位置的振動信號時較難一次性確定故障點。在后來添加算法改進后，振動法的準確性才得以提高。

無論是聽聲定位法還是振動法都得在GIS上分布好工作人員或者振動傳感器，效率比較低。因此，如何提出一種能夠快速精確的定位GIS故障點的裝置也成為大家比較關注的事情并成為亟待解決的課題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種GIS耐壓故障定位方法以及利用該方法的故障原因判斷方法、定位裝置，用于解決現(xiàn)有判斷GIS組合電器故障發(fā)生的位置只能通過人工聽聲定位和振動的方法來解決，故障定位困難、定位手段繁瑣的問題。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種GIS耐壓故障定位方法，用于判斷GIS組合電器故障的發(fā)生位置，其特征是，具體包括：

1)、設置有不同編號的光電傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的信號；或/和，設置有不同編號的氣體壓力傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的氣體壓力；或/和，設置有不同編號的電流采集單元采集GIS組合電器每個氣室電回路的負載電流；設置有不同編號的溫度傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的溫度；設置有不同編號的電壓傳感器檢測GIS組合電器每個氣室負載兩端的端電壓；

2)、處理單元判斷是否出現(xiàn)光信號，或/和氣體壓力是否出現(xiàn)瞬增；如果出現(xiàn)光信號，或/和氣體壓力瞬增，或/和電流大于電流預設值，則執(zhí)行3)，否則繼續(xù)執(zhí)行2)；

3)、處理單元將編號以及故障原因發(fā)送給故障報警單元，故障報警單元進行報警提示。

進一步地，處理單元判斷氣壓的方法為：

處理單元根據(jù)

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

式中，P_t為實時電壓；ΔP為升高的電壓；P為正常時的電壓，為已知值；V_a為電弧電壓，為計算值；I為故障電流值，為測量值，由電流采集單元測得；t為電弧燃燒的時間，為測量值，與光電傳感器檢測到有光的時間一致；T₀為氣室內的起始溫度，為測量值；C_V為絕緣氣體的定容比熱，為已知值；G為絕緣氣體的重量，為已知值；

計算實時壓力值，如果實時壓力值瞬增，或實時壓力值瞬增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿；

或/和，

氣體壓力傳感器檢測實時電壓，如果實時壓力瞬增，或實時壓力順增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿。

進一步地，電弧電壓V_a的計算方法為：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S為電源電壓，V_R為負載端電壓。

一種GIS耐壓故障原因判斷方法，利用一種GIS耐壓故障定位方法，其特征是，包括

1)、處理單元判斷電流采集單元采集的負載電流是否為0，如果為0，則判斷故障的原因是出現(xiàn)故障電流，否則執(zhí)行2)；

2)、處理單元判斷實時電壓是否大于正常時的電壓，如果是，則表示故障原因為過電壓，則否執(zhí)行3)；

3)、處理單元判斷故障原因為GIS本身不符合規(guī)定要求而導致。

一種GIS耐壓故障定位裝置，利用一種GIS耐壓故障原因判斷方法，其特征是，包括多個光電傳感器，用于檢測氣室內的光信號；多個氣體壓力傳感器，用于檢測氣室內的絕緣氣體壓力；多個電流采集單元，用于采集氣室內電回路的故障電流；多個溫度傳感器，用于檢測氣室內的起始溫度；多個電壓傳感器，用于檢測氣室內負載的端電壓；處理單元，用于處理接收到的信號；故障報警單元，用于將故障信息進行及時報警；電源模塊，用于給光電傳感器、氣體壓力傳感器、溫度傳感器和處理單元提供供電電源；

在GIS組合電器的每個氣室內的絕緣盆上分別設置有一個光電傳感器和一個氣體壓力傳感器，在每個氣室的電回路上均連接有一電流采集單元，在每個氣室的負載兩端分別設置有一電壓傳感器用于檢測負載端電壓；光電傳感器、氣體壓力傳感器、電流采集單元和電壓傳感器分別與處理單元的信號輸入端相連，處理單元的輸出控制端與故障報警單元相連。

進一步地，所述的處理單元包括信號處理模塊，信號處理模塊包括51單片機電路；電流采集單元包括電流傳感器，所述的電源模塊包括電源轉換電路；所述的光電傳感器包括光電轉換電路。

進一步地，所述的單片機電路包括STM32F103VET6芯片及其外圍電路；所述的電源轉換電路包括220V轉12V電路和12V轉3.3V電路。

進一步地，所述信號處理模塊處理接收到的信號的方法為：

信號處理模塊根據(jù)

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

計算實時壓力值，如果實時壓力值瞬增，或實時壓力值順增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿；

或/和，

氣體壓力傳感器檢測實時電壓，如果實時壓力瞬增，或實時壓力順增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿。

進一步地，電弧電壓V_a的計算方法為：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S為電源電壓，V_R為負載端電壓。

進一步地，所述的故障報警單元包括文字報警，或燈光報警，或聲音報警。

本發(fā)明的有益效果是：

在耐壓過程發(fā)生擊穿時，產生的出來振動信號外在GIS內部還會產生光信號，這個光信號是故障時電壓擊穿絕緣物件產生的。本發(fā)明通過光信號是否產生，來判斷故障的發(fā)生位置。

為了增大判斷的準確率，本發(fā)明還通過封閉氣室氣體壓力來判斷絕緣氣體是否發(fā)生擊穿；判斷氣體壓力本發(fā)明公開了兩種方法，其一，是通過氣體壓力傳感器來檢測實時氣壓；其二，是處理單元根據(jù)公式來計算出實時氣體壓力；當實時電壓與初始電壓相比，出現(xiàn)了突增時，則表明絕緣物體發(fā)生了擊穿。

本發(fā)明不僅能夠判斷故障發(fā)生的位置，還能夠判斷故障產生的原因。本發(fā)明根據(jù)負載電流、實時電壓的大小來判斷故障的原因，包括發(fā)生故障電流、發(fā)生過電壓、由于GIS本身的生產或安裝不符合要求。

本發(fā)明采用的光電傳感器、電流采集單元、電壓傳感器、溫度傳感器均設置有不同的編號，能準確定位是哪一個氣室發(fā)生了故障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明故障定位方法流程圖之一；

圖2為本發(fā)明故障定位方法流程圖之二；

圖3為本發(fā)明故障定位方法流程圖之三；

圖4為本發(fā)明模塊功能連接圖；

圖5為本發(fā)明光電轉換電路圖；

圖6為本發(fā)明單片機電路圖；

圖7為本發(fā)明220V轉12V電路圖；

圖8為本發(fā)明12V轉3.3V電路。

具體實施方式

如圖1所示，GIS耐壓故障定位方法，用于判斷GIS組合電器故障的發(fā)生位置，具體步驟為：

1)、設置有不同編號的光電傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的光信號；

2)、處理單元判斷是否出現(xiàn)光信號，如果出現(xiàn)光信號，則執(zhí)行3)，否則繼續(xù)執(zhí)行2)；

3)、處理單元將編號以及故障位置發(fā)送給故障報警單元，故障報警單元進行報警提示。

如圖2所示，GIS耐壓故障定位方法，用于判斷GIS組合電器故障的發(fā)生位置，具體步驟為：

1)、設置有不同編號的氣體壓力傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的氣體壓力；

2)、氣體壓力是否瞬增，如果氣體壓力瞬增，則執(zhí)行3)，否則繼續(xù)執(zhí)行2)；

3)、處理單元將編號以及故障位置發(fā)送給故障報警單元，故障報警單元進行報警提示。

如圖3所示，GIS耐壓故障定位方法，用于判斷GIS組合電器故障的發(fā)生位置，具體步驟為：

1)、設置有不同編號的電流采集單元采集GIS組合電器每個氣室電回路的電流；設置有不同編號的溫度傳感器檢測GIS組合電器每個氣室的溫度；設置有不同編號的電壓傳感器檢測GIS組合電器每個氣室負載兩端的端電壓；

2)、處理單元判斷氣體壓力是否出現(xiàn)瞬增，如果出現(xiàn)氣體壓力瞬增，則執(zhí)行3)，否則繼續(xù)執(zhí)行2)；

3)、處理單元將編號以及故障位置發(fā)送給故障報警單元，故障報警單元進行報警提示。

三種方法可根據(jù)實際情況選擇性使用。

處理單元根據(jù)公式1和公式2計算實時壓力值，如果實時壓力值瞬增，或實時壓力值瞬增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿；

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

一種GIS耐壓故障原因判斷方法，利用一種GIS耐壓故障定位方法，具體包括：

1)、處理單元判斷電流采集單元采集的負載電流是否為0，如果為0，則判斷故障的原因是出現(xiàn)故障電流，否則執(zhí)行2)；

2)、處理單元判斷實時電壓是否大于正常時的電壓，如果是，則表示故障原因為過電壓，則否執(zhí)行3)；

3)、處理單元判斷故障原因為GIS本身不符合規(guī)定要求而導致。

如圖4所示，一種GIS耐壓故障定位裝置，包括多個光電傳感器，用于檢測氣室內的光信號；多個氣體壓力傳感器，用于檢測氣室內的絕緣氣體壓力；多個電流采集單元，用于采集氣室內電回路的故障電流；多個溫度傳感器，用于檢測氣室內的起始溫度；多個電壓傳感器，用于檢測氣室內負載的端電壓；處理單元，用于處理接收到的信號；故障報警單元，用于將故障信息進行及時報警；電源模塊，用于給光電傳感器、氣體壓力傳感器、溫度傳感器和處理單元提供供電電源；

處理單元包括信號處理模塊，信號處理模塊包括51單片機電路；電流采集單元包括電流傳感器，電源模塊包括電源轉換電路；光電傳感器包括光電轉換電路。

單片機電路包括STM32F103VET6芯片及其外圍電路；電源轉換電路包括220V轉12V電路和12V轉3.3V電路。

如圖5所示，光電傳感器包括光電轉換電路，光電轉換電路包括光電二極管SFH2701、運放U10A、電阻R1、電阻R2、電容C1、電容C2、電容C5；光電二極管SFH2701根據(jù)光的變化輸出電壓的變化，輸出的電壓通過電阻和電容的濾波后，經過運放U10A進行信號放大，輸出電壓信號。

如圖6所示，單片機電路包括STM32F103VET6芯片，用于給定基準頻率的晶振電路，由多個電容并聯(lián)組成的用于退耦的退耦電路，串口電路，用于上傳或下載的BOOT電路。

如圖7和圖8所示，電源轉換電路包括220V轉12V電路和12V轉3.3V電路。

220V轉12V電路用于給各個傳感器進行供電，先經過電壓互感器T1進行初步降壓處理，由于傳感器的供電電壓需要直流電壓，因此初步降壓后的交流電壓經過一個整流橋D1進行整流處理；經過整流后的電壓通過由電容和穩(wěn)壓芯片構成的濾波穩(wěn)壓電路，分別輸出+12V和-12V的電壓；LM7812穩(wěn)壓芯片輸出+12V的穩(wěn)壓電壓，LM7912CT穩(wěn)壓芯片輸出-12V的穩(wěn)壓電壓。

一般單片機的工作電壓在3.3V-5V之間，因此本發(fā)明設計了12V轉3.3V電路，用于給單片機電路供電；+12V電壓先經過電容和電阻的濾波后，通過DC-DC芯片進行降壓，降壓后再次進行濾波電路，輸出+3.3V電壓。

信號處理模塊處理接收到的信號的方法為：

信號處理模塊根據(jù)

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

計算實時壓力值，如果實時壓力值瞬增，或實時壓力值瞬增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿；

電弧電壓V_a的計算方法為：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S為電源電壓，V_R為負載端電壓。

信號處理模塊還可以根據(jù)氣體壓力傳感器檢測實時電壓，如果實時壓力瞬增，或實時壓力瞬增后下降，則表示氣室內的絕緣氣體被擊穿。

兩種方法可根據(jù)需求選擇性使用。

故障報警單元包括文字報警，或燈光報警，或聲音報警。