一种换流阀故障预警方法及系统与流程

1.本发明涉及直流输电领域，具体涉及一种换流阀故障预警方法及系统。


背景技术：

2.特高压直流换流阀是直流输电的核心装备，单个换流阀通常由几十个到上百个晶闸管
①
串联组成，如图1所示。为了保证每个晶闸管电压分布均匀，晶闸管两端并联了阻尼回路和直流均压回路
②
（阻尼均压回路）：1）阻尼回路由阻尼电容
③
和阻尼电阻
④
串联组成，作用是在晶闸管关断恢复期间降低换流阀的换相电压过冲，同时起到串联晶闸管的动态均压作用，从而保护晶闸管不受关断过电压的侵害及保持电压均匀分布；2）直流均压回路通常由多个电阻串联组成，作用是保持每个晶闸管两端稳态均压。因此，换流阀晶闸管及其阻尼回路和直流均压回路是整个换流阀的最基本功能单元。其中，阻尼回路和直流均压回路是保证晶闸管安全运行的关键部件。
3.在换流阀运行时，阻尼电容值越大，换流阀换相过电压峰值越小，但是会增加换流阀的损耗，不利于换流阀长期运行。然而，阻尼电容值太小，则起不到对换流阀换相过电压的阻尼作用，存在晶闸管被过电压击穿风险。直流均压电阻使每个晶闸管及阻尼回路两端电压均匀分配，若直流均压电阻、阻尼电阻、阻尼电容损坏或参数异常，造成串联的晶闸管级电压分布不均匀，会使得晶闸管级出现多种故障，甚至击穿晶闸管。因此，直流均压电阻、阻尼电阻、阻尼电容的参数对整个换流阀的安全稳定运行至关重要，需要在换流阀运维中保证参数在设计范围内。
4.目前，国内外直流输电工程中，换流阀阻尼电阻阻值、阻尼电容容值和直流均压电阻阻值的参数只在年度检修时进行检测，并根据测量结果进行更换等维护工作，即只能定期检修。这种运维方式存在如下缺陷：1）存在滞后性。在两次年度检修周期内，换流阀运行过程中阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻出现故障导致参数变化并超出允许范围时，将引起分压不均，引起设备损坏或者故障范围扩大的风险。2）运维效率低。为了保证全面掌握阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻参数，需要在年度检修期间开展大量的检测工作，一个换流站的换流阀检修时间通常需要10天左右，费时费力，不利于提高设备可用率和检修效率。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法对换流阀实现故障预警而导致故障和只能定期检修造成设备可用率相对低的缺陷，从而提供一种换流阀故障预警方法及系统。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：第一方面，本发明实施例提供一种换流阀故障预警方法，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂上均有多个串联连接的晶闸管级回路，每个晶闸管级回路均与一个晶闸管触发监测单元连接，故障预警方法包括：接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号，将每个回
报信号均与预设回报信号相比较，得到每个回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差；若回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差达到预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路参数改变；检测参数改变的晶闸管级回路中各元器件参数，当晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障。
7.在一实施例中，在接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号之前，还包括：晶闸管触发监测单元实时监测晶闸管级回路的电气参数；晶闸管触发监测单元在取能完成，且晶闸管触发监测单元监测到晶闸管级回路的电气参数达到第一预设阈值时，生成回报信号。
8.在一实施例中，在接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号之前，还包括：晶闸管触发监测单元实时监测晶闸管级回路的电气参数；晶闸管触发监测单元监测到晶闸管级回路的电气参数达到第二预设阈值时，生成回报信号。
9.在一实施例中，基于回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差的正负性，判断晶闸管级回路参数变化情况及晶闸管级回路故障类型。
10.在一实施例中，晶闸管级回路由晶闸管、均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻，阻尼电容与阻尼电阻串联连接后分别与晶闸管及均压电阻并联连接；当回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差为正值时，判定回报信号滞后于预设回报信号，均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻构成的电路的等效阻抗变小；当回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差为负值时，判定回报信号超前于预设回报信号，均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻构成的电路的等效阻抗变大。
11.在一实施例中，换流阀故障预警方法还包括：将接收的每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差进行存储，并得到每个晶闸管级回路的时间差历史曲线；基于每个晶闸管级回路的时间差历史曲线，得到每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势；基于每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势，当实时接收到的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差表征晶闸管级回路内各元器件参数向异常参数方向变化时，且时间差逼近预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路故障。
12.第二方面，本发明实施例提供一种换流阀故障预警系统，包括：回报信号模块，用于接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号，将每个回报信号均与预设回报信号相比较，得到每个回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差；参数判别模块，用于若回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差达到预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路参数改变；故障判别模块，用于检测参数改变的晶闸管级回路中各元器件参数，当晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障。
13.第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的换流阀故障预警方法。
14.第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的换流阀故障预警
方法。
15.本发明技术方案，具有如下优点：1.本发明提供的换流阀故障预警方法及系统，接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号，将每个回报信号均与预设回报信号相比较，得到每个回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差；若回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差达到预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路参数改变；检测参数改变的晶闸管级回路中各元器件参数，当晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障，从而实现对晶闸管级回路的等效阻抗的在线监测、晶闸管的故障诊断。
16.2.本发明提供的换流阀故障预警方法及系统，将接收的每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差进行存储，并得到每个晶闸管级回路的时间差历史曲线；基于每个晶闸管级回路的时间差历史曲线，得到每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势；基于每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势，当实时接收到的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差表征晶闸管级回路内各元器件参数向异常参数方向变化时，且时间差逼近预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路故障，从而实现对晶闸管运行状态的预判，以及时制定检修策略、减少设备检修时间，提高设备可用率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提供的换流阀结构示意图；图2为本发明实施例提供的换流阀故障预警方法的流程图；图3为本发明实施例提供的晶闸管级两端运行电压（逆变侧为例）及取能回报信号信号示意图；图4为本发明实施例提供的晶闸管级两端运行电压（逆变侧为例）及任意电压值回报信号信号示意图；图5为本发明实施例提供的换流阀故障预警系统的组成图；图6为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明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做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。
20.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
21.实施例1本发明实施例提供一种换流阀故障预警方法，应用于对晶闸管级回路参数进行监
控及换流阀维修的场合，如图1所示，换流阀由多个桥臂构成，每个桥臂上均有多个串联连接的晶闸管级回路，每个晶闸管级回路均与一个晶闸管触发监测单元连接，晶闸管触发监测单元用于对晶闸管的触发控制、保护和运行状态监测，其中，运行状态监测功能主要包括触发监测单元取能状态、晶闸管保护触发状态和晶闸管故障状态等信息，并通过回报信号光纤通道实时反馈到上层监控系统，如阀基电子设备，如图2所示，故障预警方法包括：步骤s11：接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号，将每个回报信号均与预设回报信号相比较，得到每个回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差。
22.基于阀基电子设备发出的控制信号，本发明实施例的晶闸管触发监测单元触发或关断晶闸管，且监测晶闸管的运行状态及晶闸管级回路的电气参数，此外，为了实现对晶闸管级回路参数变化的监测，通过判断接收晶闸管触发监测单元发送的回报信号的时间，判断晶闸管级回路参数是否发生变化。
23.具体地，晶闸管触发监测单元生成回报信号的过程包括步骤s21~步骤s22：步骤s21：晶闸管触发监测单元实时监测晶闸管级回路的电气参数。
24.步骤s22：晶闸管触发监测单元在取能完成，且晶闸管触发监测单元监测到晶闸管级回路的电气参数达到第一预设阈值时，生成回报信号。
25.具体地，本发明实施例的晶闸管触发监测单元可以为现有技术中的监测单元，利用其在取能后、且在将晶闸管两端电压达到第一预设阈值后自动产生回报信号的特点，以及当一个单换流阀中的某个晶闸管级回路中的阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻参数发生变化时，单换流阀中晶闸管级回路的均压也发生变化，导致晶闸管触发监测单元产生回报信号的时刻不同的情况，通过检测接收到每个回报信号的初始时刻，即可判断晶闸管级回路参数是否变化。
26.具体地，如图3所示，在晶闸管两端电压达到第一预设阈值后，晶闸管触发监测单元产生回报信号
⑩
~
⑬
，其中，回报信号
⑩
、
⑫
对应电压
⑧
，回报信号
⑪
、
⑬
对应电压
⑨
，假设电压
⑧
为预设回报信号，则电压
⑨
的回报信号滞后时间差
∆
t。
27.具体地，晶闸管触发监测单元生成回报信号的过程还可以包括步骤s31~步骤s32：步骤s31：晶闸管触发监测单元实时监测晶闸管级回路的电气参数。
28.步骤s32：晶闸管触发监测单元监测到晶闸管级回路的电气参数达到第二预设阈值时，生成回报信号。
29.具体地，本发明实施例的晶闸管触发监测单元可以为专用的监测单元，其不必在取能之后，而是在晶闸管两端电压达到第二预设阈值时，即产生回报信号，其中第一预设阈值与第二预设阈值依据实际测试情况设定。
30.具体地，如图4所示，在晶闸管两端电压达到第二预设阈值后，晶闸管触发监测单元产生回报信号
⑰
~
⑳
，其中，回报信号
⑰
、
⑲
对应电压
⑮
，回报信号
⑱
、
⑳
对应电压
⑯
，假设电压
⑮
为预设回报信号，则电压
⑯
的回报信号滞后时间差
∆
t。
31.需要说明的是，本发明实施例的预设回报信号可以为对具有出厂数据参数的晶闸管进行回报信号测试，依照步骤s21~步骤s22、步骤s31~步骤s32，晶闸管触发监测单元生成预设回报信号，或者，由于换流阀包含多级晶闸，故实际运行时会有几十级晶闸管的电压波形，并且每个波形会对应一个回报信号，统计全部回报信号的相对位置，换流阀的大部分晶闸管的参数是可靠变化不大的，因此可以将可靠变化不大的晶闸管对于的回报信号作为预
设回报信号，基于预设回报信号，然后找出相对偏差大的回报信号。
32.步骤s12：若回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差达到预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路参数改变。
33.由于当一个单换流阀中的某个晶闸管级回路中的阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻参数发生变化时，单换流阀中晶闸管级回路的均压也发生变化，导致晶闸管触发监测单元产生回报信号的时刻不同，本发明实施例可以通过判断每个回报信号与预设回报信号的初始时刻是否相同或相近，来判断晶闸管级回路的参数是否改变。
34.具体地，本发明实施例基于回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差的正负性，判断晶闸管级回路参数变化情况及晶闸管级回路故障类型。当时间差为正值时，判定回报信号滞后于预设回报信号，当时间差为负值时，判定回报信号滞后于预设回报信号，需要说明的是，上述判断原理是基于回报信号的初始时刻与预设回报信号的初始时刻相减得到的时间差，若时间差为预设回报信号的初始时刻与回报信号的初始时刻，则当时间差为正值时，回报信号超前于预设回报信号，当时间差为负值时，回报信号滞后于预设回报信号。
35.具体地，当时间差（具体指时间差的绝对值）达到预设时间差阈值时，判定晶闸管级回路的等效参数改变，其中，若晶闸管级回路由晶闸管、均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻，阻尼电容与阻尼电阻串联连接后分别与晶闸管及均压电阻并联连接，以回报信号的初始时刻与预设回报信号的初始时刻相减得到的时间差为例，当回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差为正值时，判定回报信号滞后于预设回报信号，均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻构成的电路的等效阻抗变小，如阻尼电容容值变大等；当回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差为负值时，判定回报信号超前于预设回报信号，均压电阻、阻尼电容及阻尼电阻构成的电路的等效阻抗变大，如阻尼电阻阻值变小、阻尼电容容值变大等。
36.需要说明的是，当晶闸管级回路的具体电路结构不限于图1所示的电路结构时，同样可以利用上述判别方法，判断晶闸管级回路的参数是否改变。
37.步骤s13：检测参数改变的晶闸管级回路中各元器件参数，当晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障。
38.本发明实施例中，当判定晶闸管级回路的参数变化时，利用检测仪器检测晶闸管级回路中各元器件参数，并将检测结果与其出厂数据相比较，当比较结果显示晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障。
39.在一具体实施例中，换流阀故障预警方法还包括：步骤s41：将接收的每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差进行存储，并得到每个晶闸管级回路的时间差历史曲线。
40.步骤s42：基于每个晶闸管级回路的时间差历史曲线，得到每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势。
41.步骤s43：基于每个晶闸管级回路内各元器件参数历史变化趋势，当实时接收到的回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差表征晶闸管级回路内各元器件参数向异常参数方向变化时，且时间差逼近预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路故障。
42.具体地，将实时监测的各个晶闸管级回路的回报信号的时间差
∆
t进行存储，并形成时间差历史曲线。分析时间差历史曲线，可以得出每个晶闸管级回路的阻尼电容、阻尼电
阻和直流均压电阻参数变化趋势。当某个或者某些晶闸管级回路的阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻参数呈现持续向异常参数方向变化，并接近预设时间差阈值时，则可以提前预判故障隐患，将上报专家系统，回报故障预判情况。
43.本发明实施例采用晶闸管阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻出厂数据、实时诊断晶闸管的运行状态以及故障诊断，并结合换流阀检修记录和直流系统运行工况等数据融合和智能诊断，并制定阻尼电容、阻尼电阻和直流均压电阻状态检修策略，从而实现智能化运维。
44.实施例2本发明实施例提供一种换流阀故障预警系统，如图5所示，包括：回报信号模块1，用于接收每个晶闸管触发监测单元发送的回报信号，将每个回报信号均与预设回报信号相比较，得到每个回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差；此模块执行实施例1中的步骤s11所描述的方法，在此不再赘述。
45.参数判别模块2，用于若回报信号与预设回报信号的初始时刻时间差达到预设时间差阈值时，判定该回报信号对应的晶闸管级回路参数改变；此模块执行实施例1中的步骤s12所描述的方法，在此不再赘述。
46.故障判别模块3，用于检测参数改变的晶闸管级回路中各元器件参数，当晶闸管级回路中各元器件参数的变化量超过对应的预设变换量阈值时，判定晶闸管级回路故障；此模块执行实施例1中的步骤s13所描述的方法，在此不再赘述。
47.实施例3本发明实施例提供一种计算机设备，如图6所示，包括：至少一个处理器401，例如cpu（central processing unit，中央处理器），至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏（display）、键盘（keyboard），可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速ram存储器（ramdom access memory，易挥发性随机存取存储器），也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1的换流阀故障预警方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1的换流阀故障预警方法。
48.其中，通信总线402可以是外设部件互连标准（peripheral component interconnect，简称pci）总线或扩展工业标准结构（extended industry standard architecture，简称eisa）总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
49.其中，存储器404可以包括易失性存储器（英文：volatile memory），例如随机存取存储器（英文：random-access memory，缩写：ram）；存储器也可以包括非易失性存储器（英文：non-volatile memory），例如快闪存储器（英文：flash memory），硬盘（英文：hard disk drive，缩写：hdd）或固降硬盘（英文：solid-state drive，缩写：ssd）；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
50.其中，处理器401可以是中央处理器（英文：central processing unit，缩写：cpu），网络处理器（英文：network processor，缩写：np）或者cpu和np的组合。
51.其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（英文：application-specific integrated circuit，缩写：asic），可编程逻辑器件（英文：programmable logic device，缩写：pld）或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件（英文：complex programmable logic device，缩写：cpld），现场可编程逻辑门阵列（英文：field-programmable gate array，缩写：fpga），通用阵列逻辑（英文：generic array logic, 缩写：gal）或其任意组合。
52.可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本技术执行实施例1中的换流阀故障预警方法。
53.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的换流阀故障预警方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory，rom）、随机存储记忆体（random access memory，ram）、快闪存储器（flash memory）、硬盘（hard disk drive，缩写：hdd）或固降硬盘（solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。