一种克服环境温湿度影响的避雷器故障预警方法与流程

本发明涉及避雷器在线监测技术领域，具体涉及一种克服环境温湿度影响的避雷器故障预警方法。

背景技术：

目前，大多数已运行避雷器监测装置的运行状态平稳，但部分避雷器由于安装环境、结构和生产厂家不同，造成部分避雷器在线监测数据受环境温度、湿度、降雨和避雷器外表面污秽的影响较为严重，避雷器监测装置无法准确预警。

技术实现要素：

本发明提供了一种克服环境温湿度影响的避雷器故障预警方法，以解决现有的避雷器通过监测阻性电流进行故障告警时容易受环境温湿度影响发生误告警的问题。

为解决上述技术问题，本发明的避雷器故障预警方法包括如下步骤：

1)在设定时间段内，计算M个时刻避雷器的阻性电流，并选取最小的阻性电流作为该设定时长的阻性电流最小值，其中M≥2；

2)以当前时刻为基准，向前连续选取N个设定时间段，按照步骤1)获取N个阻性电流最小值，其中，N≥2；

3)对N个阻性电流最小值进行直线拟合获得直线y＝ax+b，其中y表示阻性电流最小值，x表示时间；

4)根据上述拟合直线计算当前时刻阻性电流的拟合值，若当前时刻阻性电流的拟合值大于告警阈值，进行告警。

步骤4)中若当前时刻阻性电流的拟合值小于告警阈值，且当前时刻阻性电流实际值大于告警阈值小于跳变阈值时，进行告警。

步骤4)中若当前时刻阻性电流的拟合值小于告警阈值，且当前时刻阻性电流实际值大于告警阈值及跳变阈值时，判别相邻两相数据的跳变状态，若两相以上发生数据跳变，不告警，若仅有一相发生数据跳变，则进行告警。

所述跳变阈值为当前时刻阻性电流的拟合值加上避雷器正常运行时阻性电流的变化量δ_i。

所述告警阈值为避雷器初始投入运行稳定时刻的阻性电流增加100％的值。

所述设定时间段为1天，M＝24，N＝60。

所述当前时刻阻性电流的拟合值I_fit＝60a+b。

步骤3)中采用最小二乘法进行直线拟合。

所述阻性电流的计算过程为：1)采集避雷器三相电压、电流信号；2)采用全周傅里叶变换计算避雷器三相电压、电流的幅值和相位；3)采用基波投影法计算避雷器三相阻性电流值。

通过对避雷器泄漏电流和阻性电流历史数据的研究，特别对避雷器的研究发现环境温湿度对避雷器监测数据的影响存在某种周期性。避雷器阻性电流与环境的温度和湿度在一定时间间隔内的变化趋势一致。当环境温度或湿度影响变小时，避雷器阻性电流的数值趋向正常，同时其傅里叶频谱有一定的周期性。而避雷器阀片真实的老化或受潮的缺陷是不可逆的。由于避雷器老化或受潮变化缓慢，其阻性电流每天的最小值的曲线符合直线的特性，通过对每天避雷器电流的最小值的避雷器特性曲线进行直线拟合得到的拟合值能在避免环境温湿度的影响同时也可反映避雷器阻性电流的运行趋势。

本发明的有益效果：本发明利用阻性电流和环境温湿度的时间相关的关系，对一定时间间隔内避雷器阻性电流的最小值进行直线拟合，然后根据该拟合直线得到当前时刻的拟合值，将该拟合值与告警阈值进行比较判断避雷器是否发生故障。该拟合值避免了环境温湿度的影响，并且还能够反映避雷器阻性电流的运行趋势，因而，将该拟合值作为阻性电流进行避雷器故障监测时可以防止由于环境温度变化造成的装置误告警，提高避雷器监测预警的可靠性。

本发明还将阻性电流的实际值与告警阈值及跳变阈值进行比较，根据比较结果判断装置是否预警，避免了因环境影响而出现的误告警，也避免部分避雷器故障发生速度较快造成漏告警。

本发明装置在具体取值时，每个整点获取1个阻性电流值，每天取24个阻性电流值，并选取其中最小值作为阻性电流日最小值，如此连续获取60个阻性电流日最小值，以避免连续阴雨天气造成阻性电流日最小值有偏差，而造成拟合曲线偏差较大。

附图说明

图1为本实施例基于FT3光纤通信的避雷器监测系统图；

图2为本实施例避雷器数据准备流程图；

图3为本实施例随时间变化的避雷器阻性电流最小值拟合直线；

图4为本实施例避雷器相关诊断参量几何关系图；

图5为本实施例避雷器诊断预警流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

本实施例的预警方法包括如下步骤：

1)在设定时间段内，计算M个时刻避雷器的阻性电流，并选取最小的阻性电流作为该设定时长的阻性电流最小值，其中M≥2；

2)以当前时刻为基准，向前连续选取N个设定时间段，按照步骤1)获取N个阻性电流最小值，其中，N≥2；

3)对N个阻性电流最小值进行直线拟合获得直线y＝ax+b，其中y表示阻性电流最小值，x表示时间；

4)根据上述拟合直线计算当前时刻阻性电流的拟合值，若当前时刻阻性电流的拟合值大于告警阈值，进行告警。

下面以避雷器A相信号为例，其中，设定时间段为1天，M＝24，N＝60，对上述方法进行详细介绍：

首先，接收避雷器A相电流及电压信息，并进行重采样及数据同步，利用全周傅氏变换计算电流、电压信号的幅值和相位，然后采用基波投影法计算A相某一时刻的阻性电流，即1天内每整点计算一次阻性电流，共计算24个阻性电流，选取其中的最小值作为阻性电流日最小值。

为避免连续阴雨天造成阻性电流日最小值较大，从而造成拟合曲线偏差较大，连续存储60天的阻性电流日最小值数据，并存入数组I_r[60]。

在获取了阻性电流日最小值数据后，根据这些数据进行直线拟合，本实施例中的实现拟合是基于最小二乘法原理进行的，具体过程如下：

设避雷器阻性电流最小值的最小二乘直线拟合直线的带参方程如式(1)所示：

y＝ax+b (1)

对于数组I_r[60]，根据最小二乘法原理的误差Q如式(2)所示：

Q＝∑(y_i-y)²＝∑(y_i-ax-b)² (2)

则Q的最小的条件为从而可以计算出a，b的值如式(3)所示：

其中，n表示阻性电流日最小值的总个数。

作为其他实施方式，还可以采用现有技术中的其他直线拟合的方式进行直线拟合，如逐差法，这里不再一一介绍。

避雷器当前时刻的拟合值I_fit可以根据直线方程I_fit＝60a+b进行计算。该值可作为判别避雷器阻性电流是否预警的重要依据，图3为避雷器阻性电流拟合直线的变化趋势。

在计算避雷器当前时刻的拟合值时，需要进行曲线拟合，而拟合时所需要的数据，是以当前时刻为基准连续前60天的阻性电流日最小值。也就是说，初始投入运行时，取稳定后的阻性电流日最小值I_init对阻性电流数组进行初始化，然后每天进行数据更新，以保证计算当前时刻的拟合值时，进行曲线拟合的阻性电流最小值数据为最新的。

在获取了当前时刻的拟合值后，将当前时刻的拟合值、当前时刻的实际值同告警阈值、跳变阈值进行比较，实现避雷器阻性电流的预警，具体流程图5所示，步骤如下：

1)判断阻性电流实际值是否大于告警阈值，若大于，判断阻性电流拟合值是否大于告警阈值，否则，装置不告警；若阻性电流拟合值是否大于告警阈值，装置进行告警，否则，进入步骤2)；

2)判断阻性电流拟合值是否小于跳变阈值，若小于，装置进行预警，否则进入步骤3)。

3)综合判别相邻两相数据的跳变状态，若存在两相以上的避雷器数据跳变此时认为环境影响太大，该相不告警；若仅单相发生数据跳变，则该相预警，避免部分避雷器故障发生速度较快造成漏告警。

上述步骤中的告警阈值获取过程为：避雷器告警阈值采用与初始运行时的稳定值相比，根据变电设备带电检测工作指导意见的要求，当阻性电流增加100％时的值作为告警定值I_set，这里的阻性电流为初始投运正常运行后计算的当前时刻阻性电流值。

上述步骤中的跳变阈值的计算过程为：为避免阻性电流预警为某一因素造成的跳变，简单的将初始稳定时刻或上一时刻的值作为跳变阈值可能造成误判，本实施例将跳变值I_jump设置为当前时刻阻性电流的拟合值加上δ_i，如式(4)所示：

I_jump＝60a+b+δ_i (4)

其中，δ_i的取值为避雷器安装在正常环境下阻性电流变化量，不同环境设置有所不同。

上述步骤中当前时刻的实际值为：鉴于避雷器真实缺陷的发展速度不会太迅速同时阻性电流日监测最小值能在一定程度上避免环境温湿度的影响，因此采用最新阻性电流日最小值作为当前时刻的实际值I_real。

以图4为例，详细介绍避雷器阻性电流的预警过程：

1)对装置运行的实时阻性电流值I_real与避雷器告警阈值I_set进行比较，若I_real＞I_set时则转入2)，否则不进行后级预警处理。

2)对历史最小值数据进行直线拟合计算当前阻性电流拟合值I_fit，判断装置当前阻性电流拟合值是否大于告警阈值，即I_fit＞I_set时，如图中C区所示，装置固定进行告警；若I_fit＜I_set时，则进入3)。

3)若实际阻性电流值I_real＞I_set，则数据发生在A或者B区，若此时数据在B区，即I_real＜I_jump，则说明该实时数据未跳变，但是该值已经很大，因此当数据在B区时，该相固定预警。若在A区，则转入4)。

4)由于A区无法判别该相是否应该进行告警，因此需综合进行判别，此时A相固定跳变，引入横向比较法，分别判别同间隔的B相和C相数据是否发生跳变，转入5)。

5)以A相为例进行相关的判别，其中实际值大于跳变值为1，否则为0。若三相中有两相及以上存在跳变，则当前避雷器状态为闭锁告警状态，不进行告警：否则转入6)

6)当仅有A相发生跳变时，则进行预警，此时针对快速变化的故障情况下的预警。

本实施例中对于设定时间段、M、N的取值不限于上述取值可根据实际需要进行选取，如设定时间段可设置为两天，三天等，M可只设置为20、12等等，N可设置为50、70等等。