一种利用基准态分析的gis状态评估方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种利用基准态分析的GIS状态评估方法及装置，该方法包括：根据GIS的关键状态量，从设备老化、设备强度和电网强度三个方面评估GIS的健康度，得到GIS健康度指标BI;根据GIS的设备基本参数，从电网性能、安全性能和修复能力三个角度评估GIS的设备重要度，得到重要度指标MI;根据BI与MI两个指标，通过关联模型相互联系，计算风险矩阵中的风险度指标；根据风险度指标，实现设备在基于重要度与健康度二维指标下的优先级排序，指导检修决策。本发明提出了一种针对GIS设备的“基准态”分析方法，能够准确了解设备状态，实现对设备基本性能由好到坏顺序排列，指导运维决策的目的。
【专利说明】一种利用基准态分析的GIS状态评估方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输变电设备状态评价领域，尤其涉及一种利用基准态分析的GIS状态 评估方法及装置。
【背景技术】
[0002] GIS (gas insulated switchgear)是指一种将断路器、隔离开关、快速接地开关、 电流互感器、电压互感器、避雷器、母线、套管等功能部件封闭组合在接地的金属外壳中并 采用SF6作为绝缘介质的电器装置。
[0003] 长期以来，我国对电力设备状态检修工作的研究，主要集中在对电力变压器状态 评估的研究，对GIS设备的研究明显滞后，少量研究主要集中于对在线监测技术以及基于 该监测技术对GIS运行状态评估的研究。且研究主要是针对GIS设备各部分状态所提出相 应的在线检测手段，方法比较单一，没有建立其一整套完善的评估方法，只能对GIS设备的 某一部分的状态进行研究，不能全面的衡量GIS设备的健康状况。
【发明内容】
[0004] 针对目前GIS状态评价效果不理想的情况，本发明提出设备"基准 态"（Benchmark)分析，在设备状态评价导则的基础上，通过从特征量优选、特征量分析、建 立设备老化模型、设备强度模型、电网强度模型，再综合设备老化、设备强度、电网强度三方 面进行设备健康度评估，解决设备的状态到底如何，能否正常运行，可能发生的故障率到底 有多高等关切问题，使得在缺少现场新的试验或测试数据情况下也能实现对设备的状态的 初步分析，实现对设备基本性能由好到坏顺序排列，指导运维决策的目的。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供的一种利用基准态分析的GIS状态评估方法及 装直。
[0006] 本发明提供的利用基准态分析的GIS状态评估方法，包括：
[0007] 利用GIS的关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模型三 个健康度评估模型，对GIS进行设备健康度进行评估；
[0008] 利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备的重 要度进行评估；
[0009] 根据所述GIS设备健康度三个模型评估结果，获得所述GIS的设备健康度指标；用 于根据所述GIS设备重要度三个层面评估结果，获得所述GIS的设备重要度指标；
[0010] 根据所述GIS设备健康度指标和GIS设备重要度指标，计算所述GIS的设备风险 度；
[0011] 根据所述的风险度指标对所述GIS进行排序，并依据排序的结果确定需要重点关 注的GIS及对应的检修策略。
[0012] 其中，所述GIS的关键特征量包括敏感性、有效性、可获取性和时效性四个属性； 每种属性由低至高分为：低、较低、中、较高、高，五个级别；
[0013] 所述GIS的关键特征量具体分为：盆式绝缘子关键特征量、断路器关键特征量、隔 离开关及接地开关关键特征量、互感器关键特征量、母线关键特征量、避雷器关键特征量和 套管关键特征量；
[0014] 其中盆式绝缘子关键特征量包括：内部应力、绝缘子场强、盆式绝缘子表面电荷、 局放谱图；断路器关键特征量包括：行程特性曲线、分合闸线圈电流、开断电流；隔离开关 及接地开关关键特征量包括：转角时间特性曲线、触头温度；互感器关键特征量包括但不 限于：绝缘电阻、介质损耗、电容量；母线关键特征量包括于：主回路电阻、母线温度；避雷 器关键特征量包括：运行电压下交流泄露电流阻性分量；套管关键特征量包括：导电连接 占红外执。
[0015] 其中，利用GIS的关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模 型三个健康度评估模型，对GIS进行设备健康度进行评估中 ：
[0016] 所述老化模型分析细化到部件的层面，通过量化评分机制得到各个部件老化模型 的健康评分指标，其中：
[0017] 盆式绝缘子老化指标Ιπζ = f ( ω JYZ-JXi ω JYZ-DQJ IjYZ-JXJ IjYZ-Dq) ? 其中， ω JYZ-JX 为绝缘 子机械性能权重系数，ωπζ_Β(3为绝缘子电气性能权重系数，Ι^χ为绝缘子机械性能指标， Ijyhw为绝缘子机械性能指标；
[0018] 断路器老化指标IDM = f ( ω DLQ-JXSM，OdLQ-CDJG，OdLQ-MHS，IdLQ-JXSM，IdLQ-CDJG，IdLQ-MHS)， 其中， ?DUMKiM为断路器机械寿命权重系数，《DliMIW：为断路器操动机构权重系数，ωΒΙ^ΚΒ为断路 器灭弧室权重系数，IDUMXSM为断路器机械寿命性能指标，为断路器操动机构性能指 标，Idumde为断路器灭弧室性能指标；
[0019] 隔离开关及接地开关老化指标IKe = f (ω KG-JXSM，ω KG-CDJG，ω KG-CT，IkG-JXSM，IkG-CDJG，IkG-C T)，其中，《Ke_TXSM为隔离开关及接地开关机械寿命权重系数，为隔离开关及接地开关 操动机构权重系数，《Ke_CT为隔离开关及接地开关触头权重系数，iKe_ TXSM为隔离开关及接地 开关机械寿命性能指标，1^〇^为隔离开关及接地开关操动机构性能指标，1^"为隔离开 关及接地开关触头性能指标；
[0020] 互感器老化指标IHTO = f ( ω HGQ-RZ, ω?Κ---WD，ω?Κ---YZ, IhGQ-RZ，IhGQ-WD，IhGQ-ΥΖ)， 其中 ? ω HGQ-EZ 为互感器绕组权重系数，《HeQ_TO为互感器温度权重系数，c〇HeQ_ YZ为互感器油质权重系数， IHeQ-KZ为互感器绕组性能指标，IHTO-TO为互感器温度性能指标，I HeQ-YZ为互感器油质性能指 标；
[0021] 母线老化Jh标Ijk 一 f ( ω ix-DZ，ω MX-1D，Iffid，IffiHTO)，其中，ω 为母线电阻权重系 数，ωΜχ_"为母线温度权重系数，IM_DZ为母线电阻性能指标，为母线温度性能指标；
[0022] 避雷器老化指标IBM = f(IBMi)，其中IBMi为避雷器运行电压下交流泄露电流阻 性分量性能指标；
[0023] 套管老化指标ITC = f (ITC_TO)，其中ITC_TO为套管的红外热点温度性能指标；
[0024] 根据设备强度评估模型和电网强度评估模型，通过统一的量化评分指标，得到GIS 设备强度指标和GIS电网强度指标，其中：
[0025] 从GIS设备已发现缺陷的评估指标SQX、已发生故障的评估指标Sez、设备当前状态 的评估指标S ZT_SF6&SZT_S()2和质量与安装的评估指标四个维度分析GIS设备单个间隔的强 度，得到表征GIS设备强度的星化指标I SBQD = f (SQX，Sez，SZT_SF6，SZT_ SQ2，SZI};
[0026] 从表征设备运行环境的评估指标SYXU和表征设备开关动作情况的评估指标S KeM 两个维度分析GIS设备单个间隔的电网强度，得到表征GIS电网强度的量化指标IDWQD = f (Syxhj，SKGDZ);
[0027] 所述利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备 的重要度进行评估中：
[0028] 所述电网性能对GIS设备重要度的衡量参数为：变电站的重要等级pzy、备品备件 Pbp、到达难易程度pdd、功能位置pwz、客户类型Pkh和现场是否有人p x。六个参数衡量，对应的 性能指标 PDW = f (Pzy，Pbp，Pdd， Pwz， Pkh，Pxc);
[0029] 所述安全性能对GIS设备重要度的衡量参数为：GIS设备的运行环境？1^_，对应的性 能指标 PAQ = f (Pw);
[0030] 所述修复能力对GIS设备重要度的衡量参数为：厂家的类型P#对应的性能指标 Ρχρ = f (Pcj) °
[0031] 其中，利用GIS的关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模 型三个健康度评估模型，对GIS进行设备健康度进行评估，具体为：
[0032] 所述根据老化模型、设备强度评估模型和电网强度评估模型得到的设备状态量化 指标，综合间隔内所有部件的评分和间隔本身的设备强度和电网强度评分，综合形成设备 健康度评估指标：BI = f(BIfac;tOT，W);其中，BIfac;tOTSGIS设备健康度分模型量化指标向量， Bifactor - (IjYZ，IdLQ，...，IsBQD， I_) ;w = (?Η, ω", ···，ω2, ω3)为相应的权重向量；
[0033] 利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备的重 要度进行评估，具体为：
[0034] 根据电网性能、安全性能和修复能力三个层面综合评估，形成GIS设备重要度评 估指标：MI = f(MIfaetOT, Wp)。其中，MIfaetOT为GIS设备重要度量化指标向量，MIfaetOT = (PDW,PAQ,PXF) ;WP = (ωΜ, c〇AQ, ωχΡ)为相应的权重向量。
[0035] 其中，所述根据所述GIS设备健康度指标和GIS设备重要度指标，计算所述GIS的 设备风险度，包括 ：
[0036] 设定BI为GIS健康度指标，MI为GIS重要度指标；则GIS设备A在"ΒΙ-MI"坐标 系中的坐标为（BI A，MIA)，其中0彡BIA彡100,0彡MIA彡100 ;GIS设备A的风险度F定义
【权利要求】
1. 一种利用基准态分析的GIS状态评估方法，其特征在于，包括： 利用GIS的关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模型三个健 康度评估模型，对GIS进行设备健康度进行评估； 利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备的重要度 进行评估； 根据所述GIS设备健康度三个模型评估结果，获得所述GIS的设备健康度指标；用于根 据所述GIS设备重要度三个层面评估结果，获得所述GIS的设备重要度指标； 根据所述GIS设备健康度指标和GIS设备重要度指标，计算所述GIS的设备风险度； 根据所述的风险度指标对所述GIS进行排序，并依据排序的结果确定需要重点关注的 GIS及对应的检修策略。
2. 如权利要求1所述的利用基准态分析的GIS状态评估方法，其特征在于，所述GIS 的关键特征量包括敏感性、有效性、可获取性和时效性四个属性；每种属性由低至高分为： 低、较低、中、较高、高，五个级别； 所述GIS的关键特征量具体分为：盆式绝缘子关键特征量、断路器关键特征量、隔离开 关及接地开关关键特征量、互感器关键特征量、母线关键特征量、避雷器关键特征量和套管 关键特征量； 其中盆式绝缘子关键特征量包括：内部应力、绝缘子场强、盆式绝缘子表面电荷、局放 谱图；断路器关键特征量包括：行程特性曲线、分合闸线圈电流、开断电流；隔离开关及接 地开关关键特征量包括：转角时间特性曲线、触头温度；互感器关键特征量包括但不限于： 绝缘电阻、介质损耗、电容量；母线关键特征量包括于：主回路电阻、母线温度；避雷器关键 特征量包括：运行电压下交流泄露电流阻性分量；套管关键特征量包括：导电连接点红外 热。
3. 如权利要求2所述的利用基准态分析的GIS状态评估方法，其特征在于，利用GIS的 关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模型三个健康度评估模型，对 GIS进行设备健康度进行评估中： 所述老化模型分析细化到部件的层面，通过量化评分机制得到各个部件老化模型的健 康评分指标，其中： 盆式绝缘子老化指标ITYZ = f ( ω JYZ-JXi ω JYZ-DQJ IjYZ-JXJ IjYZ-Dq) ? 其中， ω JYZ-JX 为绝缘子机械 性能权重系数，ωπζ_Β(3为绝缘子电气性能权重系数，Ι^χ为绝缘子机械性能指标，Ι πζ_Μ为 绝缘子机械性能指标； 断路器老化指标IDM = f ( ω DLQ-JXSM，ω DLQ-CDJG，ω DLQ-MHS，IdLQ-JXSM，IdLQ-CDJG，IdLQ-MHS)， 其中， ?DUMKiM为断路器机械寿命权重系数，《DliMIW：为断路器操动机构权重系数，ωΒΙ^ΚΒ为断路 器灭弧室权重系数，IDUMXSM为断路器机械寿命性能指标，为断路器操动机构性能指 标，Idumde为断路器灭弧室性能指标； 隔离开关及接地开关老化指标IKe = f ( ω KG-JXSM，ω KG-CDJG，ω KG-CT，IkG-JXSM，IkG-CDJG，IkG-CT)，其 中，为隔离开关及接地开关机械寿命权重系数，《low；为隔离开关及接地开关操动 机构权重系数，《Ke_CT为隔离开关及接地开关触头权重系数，iKe_ TXSM为隔离开关及接地开关 机械寿命性能指标，Iiow；为隔离开关及接地开关操动机构性能指标，IKp CT为隔离开关及 接地开关触头性能指标； 互感器老化指标IHeQ = f ( ω?κ---RZ? OhGQ-WD，ω?κ---ΥΖ? IhGQ-RZ，IhGQ-WD，IhGQ-YZ ),其中，ω hgq-rz 为 互感器绕组权重系数，《HeQ_TO为互感器温度权重系数，c〇HeQ_ YZ为互感器油质权重系数，IHeQ_KZ 为互感器绕组性能指标，为互感器温度性能指标，IHe"z为互感器油质性能指标； 母线老化指标Imx = f ( ω MX-DZ，ω MX-WD，I·-DZ，I·-WD )，其中， ω MX-DZ 为母线电阻权重系数， 为母线温度权重系数，IM_M为母线电阻性能指标，IMX_TO为母线温度性能指标； 避雷器老化指标IBM = f(IBMi)，其中I_i为避雷器运行电压下交流泄露电流阻性分 量性能指标； 套管老化指标ITe = f (IT(Mffi)，其中IT(MTO为套管的红外热点温度性能指标； 根据设备强度评估模型和电网强度评估模型，通过统一的量化评分指标，得到GIS设 备强度指标和GIS电网强度指标，其中： 从GIS设备已发现缺陷的评估指标SQX、已发生故障的评估指标Sez、设备当前状态的评 估指标SZT_SF6&SZT_S()2和质量与安装的评估指标心四个维度分析GIS设备单个间隔的强度， 得到表征 GIS 设备强度的量化指标 ISBQD = f(SQX, SGZ, SZT_SF6, SZT_SQ2, SZL); 从表征设备运行环境的评估指标SYXU和表征设备开关动作情况的评估指标SKeDZ两个 维度分析GIS设备单个间隔的电网强度，得到表征GIS电网强度的量化指标IDM = f (SYHU， Skgdz); 所述利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备的重 要度进行评估中： 所述电网性能对GIS设备重要度的衡量参数为：变电站的重要等级pzy、备品备件pbp、 到达难易程度Pdd、功能位置Pwz、客户类型Pkh和现场是否有人P x。六个参数，对应的性能指 标 Pdw - f (pzy) Pbp) Pdd) P wz， Pkh，Pxc); 所述安全性能对GIS设备重要度的衡量参数为：GIS设备的运行环境？1^_，对应的性能指 标 paq = f (Phj); 所述修复能力对GIS设备重要度的衡量参数为：厂家的类型p#对应的性能指标PXF = f (pcj)。
4. 如权利要求3所述的利用基准态分析的GIS状态评估方法，其特征在于，利用GIS的 关键特征量，根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模型三个健康度评估模型，对 GIS进行设备健康度进行评估，具体为： 所述根据老化模型、设备强度评估模型和电网强度评估模型得到的设备状态量化指 标，综合间隔内所有部件的评分和间隔本身的设备强度和电网强度评分，综合形成设备健 康度评估指标：BI = f (BIfac;tOT，W);其中，BIfac;tOT为GIS设备健康度分模型量化指标向量， factor - (IjYZ，IdLQ，...，IsBQD， I_) ;w = (?Η, ω", ···，ω2, ω3)为相应的权重向量； 利用GIS的基本参数从电网性能、安全性能和修复能力三个层面，对GIS设备的重要度 进行评估，具体为： 根据电网性能、安全性能和修复能力三个层面综合评估，形成GIS设备重要度评估 指标：MI = f (MIfaetOT，Wp)。其中，MIfaetOT为GIS设备重要度量化指标向量，MI faetOT = (PDW，PAQ，PXF) ;WP = (ωΜ, c〇AQ, ωχΡ)为相应的权重向量。
5. 如权利要求4所述的利用基准态分析的GIS状态评估方法，其特征在于，所述根据所 述GIS设备健康度指标和GIS设备重要度指标，计算所述GIS的设备风险度，包括 ： 设定BI为GIS健康度指标，MI为GIS重要度指标；则GIS设备A在"BI-MI"坐标系中 的坐标为（BIA，MIA)，其中0彡BIA彡100,0彡MI A彡100 ;GIS设备A的风险度F定义为点 (BIAMIA)到参考线L的距离，
其中所述参考线lc!的方程式为：x+y = 〇。
6. -种利用基准态分析的GIS状态评估装置，其特征在于，包括： 性能评估模块，用于根据建立的老化模型、设备强度模型和电网强度模型三个健康度 评估模型，对GIS进行设备健康度进行评估；用于利用GIS的基本参数从电网性能、安全性 能和修复能力三个层面，对GIS设备的重要度进行评估； 总基准态指标计算模块，用于根据所述GIS设备健康度三个模型评估结果，获得所述 GIS的设备健康度指标；用于根据所述GIS设备重要度三个层面评估结果，获得所述GIS的 设备重要度指标； 设备风险度计算模块，用于根据所述GIS设备健康度指标和GIS设备重要度指标，计算 所述GIS的设备风险度； 检修策略管理模块，用于根据所述GIS的设备风险度指标对GIS进行排序，并依据排序 的结果选择需要重点关注的GIS并选择对应的检修策略。
7. 如权利要求6所述的利用基准态分析的GIS状态评估装置，其特征在于，所述性能评 估模块包括： 第一评估单元，用于对GIS的老化程度进行评估，所述GIS的老化程度评估指标包括： 盆式绝缘子老化指标Ιπζ，断路器老化指标，隔离开关及接地开关老化指标IKe，互感器老 化指标I H(；Q，母线老化指标IlX，避雷器老化指标ΙβΜ，套管老化指标Ιπ：; 第二评估单元，用于对GIS的设备强度进行评估，所述GIS的设备强度评估指标：发现 缺陷指标SQX、已发生故障指标Sez、设备当如状态指标SZT_ SF6&SZT_s〇2，质量与安装指标S ZI；; 第三评估单元，用于对GIS的电网强度进行评估，所述GIS的电网强度评估指标包括： 设备运行环境的评估指标SYXU，表征设备开关动作情况评估指标SKeDZ ; 第四评估单元，用于对GIS的设备重要度进行评估，所述GIS的设备重要度评估指标包 括：电网性能评估指标PDW、安全性能评估指标PAQ和修复能力评估指标PXF。
8. 如权利要求7所述的利用基准态分析的GIS状态评估装置，其特征在于，所述总基准 态指标计算模块包括： 第一计算单元，用于根据所述第一评估单元、第二评估单元、第三评估单元的评估结 果，综合形成GIS的设备健康度评估指标BI = f (BIfartOT，W);其中，BIfac;tOT为GIS设备健康 度分丰旲型里化?日标向里，BIfact()r - (Ijyz，！DLQ，…，IsBQD，IqWQD) ;W - ( ω Η，ω 卜2，···，ω 2，ω 3)为 相应的权重向量； 第二计算单元，根据所述第四评估单元对GIS的电网性能、安全性能和修复能力三个 层面综合评估，获得GIS设备重要度评估指标:MI = f (MIfac;tOT，Wp)。其中，MIfac;tOT为GIS设 备重要度量化指标向量，MI fac;tOT = (PDW，PAQ，PXF) ;Wp = (ωΜ, ωΑ0, ωχΡ)为相应的权重向量。
9. 如权利要求8所述的利用基准态分析的变压器状态评估装置，其特征在于，所述风 险矩阵的风险度计算模块，具体用于根据所述第一计算单元和第二计算单元的计算结果， 计算GIS的设备风险度，其中建立"BI-MI"坐标系，GIS设备A在中的坐标为（BIA，MIA)，其 中 0< BIA < 100,0 < MIA < 100 ;
GIS设备A的风险度F定义为点（BIA，MIA)到参考线L的距离， 9 其中所述参考线lc!的方程式为：x+y = 〇。
【文档编号】G06F19/00GK104217110SQ201410441270
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】章彬, 黄荣辉, 黄炜昭, 吕启深, 李林发, 邓世聪, 伍国兴, 卢文华, 张 林, 李励, 张海龙, 李穆, 文正其, 向冬冬 申请人:深圳供电局有限公司, 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司