[发明专利]一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，包括获取待建模避雷器的设备参数、运行数据以及外部信息，获取避雷器在电网拓扑中的安装信息；从电学角度对避雷器实体进行特征映射，根据改进的阻性电流算法建立考虑避雷器老化因素的避雷器数字孪生模型；考虑相间杂散电容干扰，对避雷器数字孪生模型进行修正；基于数字孪生模型，考虑谐波影响的避雷器在线检测，利用谐波分析法提出避雷器老化状态评估，根据计算结果将避雷器分为未老化、老化中期和完全老化三个等级；解决了常用的避雷器模型对于泄漏电流的检测虽然简单有效，但随着老化、受潮等影响，误差会逐渐变大，使得在线检测有效性不足等技术问题。

技术领域

本发明属于避雷器运行状态检测技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法。

背景技术

避雷器是电力系统中抑制过电压、释放冲击大电流和保护电力设备不受雷击损坏的重要保护装置，其运行状态极大影响到电网系统的稳定性。然而由于长期受外界环境、供电电压、电网谐波及设备内部受潮、老化现象等因素的影响，避雷器内部阀片的绝缘性能和灵敏度会出现不同程度的偏差，使得传统在线检测方法对避雷器误差较大，如何建立考虑老化、受潮等因素影响的避雷器模型，成为避雷器在线检测的难题。同时现电网站内设备往往排列较为密集，带电导体之间存在的耦合电容容易产生相间及空间干扰电流，会对避雷器泄漏电流等检测带来较大干扰，需要建立考虑相间和空间干扰的相关模型和算法。目前最常用的避雷器模型为仅考虑了正常状态的电阻和电容特性的小电流区模型，该模型对于泄漏电流的检测虽然简单有效，但随着老化、受潮等影响，误差会逐渐变大，使得在线检测有效性不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，以解决常用的避雷器模型为仅考虑了正常状态的电阻和电容特性的小电流区模型，该模型对于泄漏电流的检测虽然简单有效，但随着老化、受潮等影响，误差会逐渐变大，使得在线检测有效性不足等技术问题。

本发明技术方案是：

一种基于数字孪生的避雷器运行状态检测方法，所述方法包括：

步骤1：获取待建模避雷器的设备参数、运行数据以及外部信息，获取避雷器在电网拓扑中的安装信息；

步骤2：从电学角度对避雷器实体进行特征映射，根据改进的阻性电流算法建立考虑避雷器老化因素的避雷器数字孪生模型；

步骤3：考虑相间杂散电容干扰，对避雷器数字孪生模型进行修正；

步骤4：基于数字孪生模型，考虑谐波影响的避雷器在线检测；

步骤5：基于数字孪生模型信息，利用谐波分析法提出避雷器老化状态评估，根据计算结果将避雷器分为未老化、老化中期和完全老化三个等级。

获取待建模避雷器设备参数包括电气参数和结构参数；电气参数包括伏安特性曲线、额定电压、持续运行电压、标称放电电流下残压和最大放电电流，结构参数包括避雷器型号、阀片材质、质量和比热容参数。

电网拓扑中的安装信息的获取方法为：获取电网电压等级，明确避雷器的接入方式与保护范围，得到电网拓扑图和避雷器在电网安装分布图。

步骤2具体包括：

步骤2.1、基于获取的避雷器设备参数，建立避雷器基本数字孪生模型；

根据避雷器伏安特性曲线将避雷器等效为一个电容C支路与一个非线性电阻R支路的并联电路；避雷器的泄漏电流i_X分为阻性电流i_R和容性电流i_C两部分，计算公式如下：

其中u为施加于避雷器两端电压，k为避雷器自身老化程度决定的常数：