一种GIS耐压故障定位方法以及利用该方法的故障原因判断方法、定位装置与流程

本方面涉及组合电器故障定位技术领域，具体地说是一种GIS耐压故障定位方法以及利用该方法的故障原因判断方法、定位装置。

背景技术：

随着我国智能变电站的快速发展，特高压建设的不断推进，GIS(Gas Insulated Switchgear)组合电器在智能变电站中的作用愈加突出。GIS组合电器的质量是智能变电站可靠供电的强力保障，因此在建设过程中对于GIS供电可靠性的考察尤为突出。而GIS耐压试验是考验GIS整体质量的关键环节，在耐压过程中，GIS内部一些绝缘缺陷都会被找到并由工作人员将缺陷排除掉，从而提高GIS的供电可靠性。

在寻找GIS绝缘缺陷即耐压过程中的放电点时，是整个耐压过程的重要环节。最原始的做法是听声定位法，将工作人员分布在GIS周边，然后由试验人员升压，在发生击穿时再由工作人员根据听到的声音判断GIS故障点的位置。这种做法最原始也是效率最低的，因为发生击穿时的声音会伴有回音，所以工作人员往往听不真切，所以得重复性的升压多听几次后才能找到故障点。由于耐压试验属于破坏性试验，重复压也给设备带来一定的损害，因此这种听声定位法已经逐步停止使用。现在使用最广泛的一种故障定位方法是振动法，利用GIS击穿故障时产生的机械振动信号来定位故障点，采用振动法进行GIS耐压中击穿故障定位也须要在被试GIS上布置大量振动传感器，在耐压试验过程中，所有传感器同时工作，监测数据。由于振动信号也是向故障点两侧同时传播，因此，采用振动法时在采取特殊位置的振动信号时较难一次性确定故障点。在后来添加算法改进后，振动法的准确性才得以提高。

无论是听声定位法还是振动法都得在GIS上分布好工作人员或者振动传感器，效率比较低。因此，如何提出一种能够快速精确的定位GIS故障点的装置也成为大家比较关注的事情并成为亟待解决的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种GIS耐压故障定位方法以及利用该方法的故障原因判断方法、定位装置，用于解决现有判断GIS组合电器故障发生的位置只能通过人工听声定位和振动的方法来解决，故障定位困难、定位手段繁琐的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种GIS耐压故障定位方法，用于判断GIS组合电器故障的发生位置，其特征是，具体包括：

1)、设置有不同编号的光电传感器检测GIS组合电器每个气室的信号；或/和，设置有不同编号的气体压力传感器检测GIS组合电器每个气室的气体压力；或/和，设置有不同编号的电流采集单元采集GIS组合电器每个气室电回路的负载电流；设置有不同编号的温度传感器检测GIS组合电器每个气室的温度；设置有不同编号的电压传感器检测GIS组合电器每个气室负载两端的端电压；

2)、处理单元判断是否出现光信号，或/和气体压力是否出现瞬增；如果出现光信号，或/和气体压力瞬增，或/和电流大于电流预设值，则执行3)，否则继续执行2)；

3)、处理单元将编号以及故障原因发送给故障报警单元，故障报警单元进行报警提示。

进一步地，处理单元判断气压的方法为：

处理单元根据

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

式中，P_t为实时电压；ΔP为升高的电压；P为正常时的电压，为已知值；V_a为电弧电压，为计算值；I为故障电流值，为测量值，由电流采集单元测得；t为电弧燃烧的时间，为测量值，与光电传感器检测到有光的时间一致；T₀为气室内的起始温度，为测量值；C_V为绝缘气体的定容比热，为已知值；G为绝缘气体的重量，为已知值；

计算实时压力值，如果实时压力值瞬增，或实时压力值瞬增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿；

或/和，

气体压力传感器检测实时电压，如果实时压力瞬增，或实时压力顺增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿。

进一步地，电弧电压V_a的计算方法为：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S为电源电压，V_R为负载端电压。

一种GIS耐压故障原因判断方法，利用一种GIS耐压故障定位方法，其特征是，包括

1)、处理单元判断电流采集单元采集的负载电流是否为0，如果为0，则判断故障的原因是出现故障电流，否则执行2)；

2)、处理单元判断实时电压是否大于正常时的电压，如果是，则表示故障原因为过电压，则否执行3)；

3)、处理单元判断故障原因为GIS本身不符合规定要求而导致。

一种GIS耐压故障定位装置，利用一种GIS耐压故障原因判断方法，其特征是，包括多个光电传感器，用于检测气室内的光信号；多个气体压力传感器，用于检测气室内的绝缘气体压力；多个电流采集单元，用于采集气室内电回路的故障电流；多个温度传感器，用于检测气室内的起始温度；多个电压传感器，用于检测气室内负载的端电压；处理单元，用于处理接收到的信号；故障报警单元，用于将故障信息进行及时报警；电源模块，用于给光电传感器、气体压力传感器、温度传感器和处理单元提供供电电源；

在GIS组合电器的每个气室内的绝缘盆上分别设置有一个光电传感器和一个气体压力传感器，在每个气室的电回路上均连接有一电流采集单元，在每个气室的负载两端分别设置有一电压传感器用于检测负载端电压；光电传感器、气体压力传感器、电流采集单元和电压传感器分别与处理单元的信号输入端相连，处理单元的输出控制端与故障报警单元相连。

进一步地，所述的处理单元包括信号处理模块，信号处理模块包括51单片机电路；电流采集单元包括电流传感器，所述的电源模块包括电源转换电路；所述的光电传感器包括光电转换电路。

进一步地，所述的单片机电路包括STM32F103VET6芯片及其外围电路；所述的电源转换电路包括220V转12V电路和12V转3.3V电路。

进一步地，所述信号处理模块处理接收到的信号的方法为：

信号处理模块根据

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

式中，P_t为实时电压；ΔP为升高的电压；P为正常时的电压，为已知值；V_a为电弧电压，为计算值；I为故障电流值，为测量值，由电流采集单元测得；t为电弧燃烧的时间，为测量值，与光电传感器检测到有光的时间一致；T₀为气室内的起始温度，为测量值；C_V为绝缘气体的定容比热，为已知值；G为绝缘气体的重量，为已知值；

计算实时压力值，如果实时压力值瞬增，或实时压力值顺增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿；

或/和，

气体压力传感器检测实时电压，如果实时压力瞬增，或实时压力顺增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿。

进一步地，电弧电压V_a的计算方法为：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S为电源电压，V_R为负载端电压。

进一步地，所述的故障报警单元包括文字报警，或灯光报警，或声音报警。

本发明的有益效果是：

在耐压过程发生击穿时，产生的出来振动信号外在GIS内部还会产生光信号，这个光信号是故障时电压击穿绝缘物件产生的。本发明通过光信号是否产生，来判断故障的发生位置。

为了增大判断的准确率，本发明还通过封闭气室气体压力来判断绝缘气体是否发生击穿；判断气体压力本发明公开了两种方法，其一，是通过气体压力传感器来检测实时气压；其二，是处理单元根据公式来计算出实时气体压力；当实时电压与初始电压相比，出现了突增时，则表明绝缘物体发生了击穿。

本发明不仅能够判断故障发生的位置，还能够判断故障产生的原因。本发明根据负载电流、实时电压的大小来判断故障的原因，包括发生故障电流、发生过电压、由于GIS本身的生产或安装不符合要求。

本发明采用的光电传感器、电流采集单元、电压传感器、温度传感器均设置有不同的编号，能准确定位是哪一个气室发生了故障。

附图说明

图1为本发明故障定位方法流程图之一；

图2为本发明故障定位方法流程图之二；

图3为本发明故障定位方法流程图之三；

图4为本发明模块功能连接图；

图5为本发明光电转换电路图；

图6为本发明单片机电路图；

图7为本发明220V转12V电路图；

图8为本发明12V转3.3V电路。

具体实施方式

如图1所示，GIS耐压故障定位方法，用于判断GIS组合电器故障的发生位置，具体步骤为：

1)、设置有不同编号的光电传感器检测GIS组合电器每个气室的光信号；

2)、处理单元判断是否出现光信号，如果出现光信号，则执行3)，否则继续执行2)；

3)、处理单元将编号以及故障位置发送给故障报警单元，故障报警单元进行报警提示。

如图2所示，GIS耐压故障定位方法，用于判断GIS组合电器故障的发生位置，具体步骤为：

1)、设置有不同编号的气体压力传感器检测GIS组合电器每个气室的气体压力；

2)、气体压力是否瞬增，如果气体压力瞬增，则执行3)，否则继续执行2)；

3)、处理单元将编号以及故障位置发送给故障报警单元，故障报警单元进行报警提示。

如图3所示，GIS耐压故障定位方法，用于判断GIS组合电器故障的发生位置，具体步骤为：

1)、设置有不同编号的电流采集单元采集GIS组合电器每个气室电回路的电流；设置有不同编号的温度传感器检测GIS组合电器每个气室的温度；设置有不同编号的电压传感器检测GIS组合电器每个气室负载两端的端电压；

2)、处理单元判断气体压力是否出现瞬增，如果出现气体压力瞬增，则执行3)，否则继续执行2)；

3)、处理单元将编号以及故障位置发送给故障报警单元，故障报警单元进行报警提示。

三种方法可根据实际情况选择性使用。

处理单元根据公式1和公式2计算实时压力值，如果实时压力值瞬增，或实时压力值瞬增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿；

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

式中，P_t为实时电压；ΔP为升高的电压；P为正常时的电压，为已知值；V_a为电弧电压，为计算值；I为故障电流值，为测量值，由电流采集单元测得；t为电弧燃烧的时间，为测量值，与光电传感器检测到有光的时间一致；T₀为气室内的起始温度，为测量值；C_V为绝缘气体的定容比热，为已知值；G为绝缘气体的重量，为已知值；

一种GIS耐压故障原因判断方法，利用一种GIS耐压故障定位方法，具体包括：

1)、处理单元判断电流采集单元采集的负载电流是否为0，如果为0，则判断故障的原因是出现故障电流，否则执行2)；

2)、处理单元判断实时电压是否大于正常时的电压，如果是，则表示故障原因为过电压，则否执行3)；

3)、处理单元判断故障原因为GIS本身不符合规定要求而导致。

如图4所示，一种GIS耐压故障定位装置，包括多个光电传感器，用于检测气室内的光信号；多个气体压力传感器，用于检测气室内的绝缘气体压力；多个电流采集单元，用于采集气室内电回路的故障电流；多个温度传感器，用于检测气室内的起始温度；多个电压传感器，用于检测气室内负载的端电压；处理单元，用于处理接收到的信号；故障报警单元，用于将故障信息进行及时报警；电源模块，用于给光电传感器、气体压力传感器、温度传感器和处理单元提供供电电源；

在GIS组合电器的每个气室内的绝缘盆上分别设置有一个光电传感器和一个气体压力传感器，在每个气室的电回路上均连接有一电流采集单元，在每个气室的负载两端分别设置有一电压传感器用于检测负载端电压；光电传感器、气体压力传感器、电流采集单元和电压传感器分别与处理单元的信号输入端相连，处理单元的输出控制端与故障报警单元相连。

处理单元包括信号处理模块，信号处理模块包括51单片机电路；电流采集单元包括电流传感器，电源模块包括电源转换电路；光电传感器包括光电转换电路。

单片机电路包括STM32F103VET6芯片及其外围电路；电源转换电路包括220V转12V电路和12V转3.3V电路。

如图5所示，光电传感器包括光电转换电路，光电转换电路包括光电二极管SFH2701、运放U10A、电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C5；光电二极管SFH2701根据光的变化输出电压的变化，输出的电压通过电阻和电容的滤波后，经过运放U10A进行信号放大，输出电压信号。

如图6所示，单片机电路包括STM32F103VET6芯片，用于给定基准频率的晶振电路，由多个电容并联组成的用于退耦的退耦电路，串口电路，用于上传或下载的BOOT电路。

如图7和图8所示，电源转换电路包括220V转12V电路和12V转3.3V电路。

220V转12V电路用于给各个传感器进行供电，先经过电压互感器T1进行初步降压处理，由于传感器的供电电压需要直流电压，因此初步降压后的交流电压经过一个整流桥D1进行整流处理；经过整流后的电压通过由电容和稳压芯片构成的滤波稳压电路，分别输出+12V和-12V的电压；LM7812稳压芯片输出+12V的稳压电压，LM7912CT稳压芯片输出-12V的稳压电压。

一般单片机的工作电压在3.3V-5V之间，因此本发明设计了12V转3.3V电路，用于给单片机电路供电；+12V电压先经过电容和电阻的滤波后，通过DC-DC芯片进行降压，降压后再次进行滤波电路，输出+3.3V电压。

信号处理模块处理接收到的信号的方法为：

信号处理模块根据

ΔP＝PV_aIt×10³/T₀C_VG (公式1)；

P_t＝P+ΔP (公式2)；

计算实时压力值，如果实时压力值瞬增，或实时压力值瞬增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿；

式中，P_t为实时电压；ΔP为升高的电压；P为正常时的电压，为已知值；V_a为电弧电压，为计算值；I为故障电流值，为测量值，由电流采集单元测得；t为电弧燃烧的时间，为测量值，与光电传感器检测到有光的时间一致；T₀为气室内的起始温度，为测量值；C_V为绝缘气体的定容比热，为已知值；G为绝缘气体的重量，为已知值。

电弧电压V_a的计算方法为：

V_a＝V_S-V_R (公式3)；

式中，V_S为电源电压，V_R为负载端电压。

信号处理模块还可以根据气体压力传感器检测实时电压，如果实时压力瞬增，或实时压力瞬增后下降，则表示气室内的绝缘气体被击穿。

两种方法可根据需求选择性使用。

故障报警单元包括文字报警，或灯光报警，或声音报警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。