基于Qt的换流变压器状态评价工具设计与实现.pdf

2023 年第 44 卷第 7 期东北电力技术NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY53 基于 Qt 的换流变压器状态评价工具设计与实现章玉杰,庞家彧,刘 绪(国网江苏省电力有限公司超高压分公司,江苏 南京 210028)摘要:针对目前换流变压器缺乏综合评价指标及相应分析工具不足的问题,提出一种用于状态检修的新型综合状态评价指标,并在此基础上应用跨平台开发工具 Qt 开发了一种可视化评估分析软件,并给出软件框架结构、功能模块和实例应用情况。软件以换流变状态检修量测数据作为输入,实现换流变状态检修监测数据和运行状态指标的可视化展示,具有离线数据查看、变化态势分析、运行状态评价等功能。国内某换流站数台换流变应用实例验证了所开发软件的有效性和实用性。关键词:直流输电;换流变压器;状态评价;可视化评估中图分类号 TM721.1文献标志码 A文章编号 1004-7913(2023)07-0053-05Design and Implementation of Converter Transformer State Assessment Tool Based on QtZHANG Yujie,PANG Jiayu,LIU Xu(Ultra High Voltage Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210028,China)Abstract:In view of the lack problem of comprehensive evaluation index and corresponding analysis tools of converter transformers at present,a new comprehensive state evaluation index for condition based maintenance is proposed.On this basis,a visual assessment and analysis software is developed by using the cross-platform development tool Qt.The software frame structure,function modules and application examples are given.The software takes the rheological status maintenance measurement data as input.It realizes the visual display of the converter transformer status maintenance monitoring data and running status indicators.Meanwhile it has the functions of offline data viewing,variation trend analysis and operation state evaluation.The application of several converter transformers in a do-mestic converter stations verifies the effectiveness and practicability of the developed software.Key words:HVDC(high voltage direct current);converter transformer;state evaluation;visual assessment0 引言随着特高压输电技术的发展及特高压交直流电网的逐步建成,高压直流输电成为大送端和大受端电力输送的重要方式1-3。换流变压器(简称换流变)作为高压直流输电系统的关键设备,其运行可靠性直接关系到大电网的安全稳定运行。以往的年度检修往往会对换流变造成过修或失修等问题,通过状态检修可以大大改善这种情况。但状态检修依赖于状态评估,因此换流变状态评估是实现状态检修的基础4-6。换流变状态评估通常指利用换流变监测数据、基于理论分析算法得出能够反映其运行状态的指标7-10。文献7将半监督分类方法引入变压器故障诊断问题中,建立新的变压器故障诊断模型,综合利用少量标签数据和大量未标签数据来增强学习效果。文献8针对主观、客观权重单一评估方法存在的整体评估片面性问题,提出一种基于最小方差理论的最优组合赋权方法,合理分配各参量的权重,并将雷达图法的特征量计算方法应用到变压器状态评估中,使评估结果更加直观简洁。文献9对变压器状态评估方法进行对比研究,总结不同评估方法的优缺点和共同规律,为变压器的状态检修提供更全面有效的评估依据。文献10针对当前换流变油中溶解气体诊断方法存在准确性问题,从现场运行实用的角度出发,研发一套完整的变压器在线诊断分析软件。上述各变压器状态评价或故障诊断方法各有利弊,如使用进化类方法计算时会出现收敛时间过长、易陷入局部最优解等问题;而专家系统所54 东北电力技术2023 年第 44 卷第 7 期依赖的结构模型及学习参数难以确定,需要大量样本进行训练,限制了实际工程应用。为提高换流变运行状态评估的效率,本文提出一种应用于工程实际的综合状态评价指标,综合加权考虑了换流变各状态检修参数的裕度情况。在此基础上,采用跨平台开发工具 Qt 开发一种换流变状态评估软件。通过某换流站数台换流变实际运行数据进行实例分析,结果表明,本文所开发工具能够用于换流变状态评估,为准确判断换流变运行状况提供有效的分析工具,提高运维人员的工作效率。1 状态评价指标表征换流变运行状态的量测数据多且繁杂,本文选取常见的几个变电站日常巡检抄录的状态检修数据,如表 1 所示。表 1 给出换流变状态检修抄录数据及其报警跳闸值等信息。表 1 换流变状态检修数据项别报警值跳闸值换流变油温/85绕组温度/115本体油位/%80分接头油位/%80SF6套管压力 A/kPa280100SF6套管压力 B/kPa280100环境温度/40双极功率/MW3000基于表 1 所列各状态检修测量数据,定义换流变运行状态指标如下。H0=11008i=1i(Vi-Li)(1)式中:H0为换流变状态指标;i、Vi、Li依次为表 1 中第 i 个状态检修数据的权重系数、报警值、实际测量值。换流变正常运行状态下,各状态检修数据均小于报警值,即该参量存在一定裕度,由式(1)可知,此时状态指标 H0应大于零。若某一状态参数超过报警值,即裕度为零或为负值,状态指标则会减小并趋于零。因此,可根据状态指标大小对每台换流变进行排序,能够直观量化分析比较各换流变的运行状态,对于指标很小甚至为负值的换流变可及时填报缺陷,进行状态检修。各状态参量的权重系数可人为设定,更为灵活,状态评价流程如图 1所示。图 1 换流变状态评价流程2 综合评价工具Qt 是一种面向对象的、易扩展的 C+图形界面应用程序开发框架,在电力系统领域有着广泛的应用11-16,其丰富的应用程序界面接口(API)能为软件模块的开发提供便利。本文以 Qt 为平台,基于面向对象技术和模块化设计思想方法设计开发换流变状态评估软件。2.1 总体框架设计调度运行领域的高级应用借助灵活的数据支撑和应用集成平台实现了功能解耦和模块化16,可以为本文软件的开发提供借鉴。基于模块化思路完成功能模块的设计与实现,保证软件具有较高的灵活性和扩展性。按照软件的功能需求及各模块间相互独立、视图数据相互分离的设计思想,将软件划分为文件数据、状态评估计算和可视化输出 3 个层次结构。2.2 主要功能模块软件主要功能模块包括状态检修数据文件管理、数据解析、变化态势分析、可视化展示、批量状态评估等模块。2.2.1 文件管理模块由于换流变状态检修数据须每日进行抄录,数据量巨大。为有效管理状态检修数据文件,软件开发了如图 2 所示的文件管理模块。模块支持多种文档类型(如 xls、xlsx、dat、txt 等)数据文件分类管理,输出变化态势曲线和状态评估结果文件。2.2.2 数据解析模块软件开发了如图 3 所示的数据接口模块,文件格式与巡检系统数据库导出的状态检修数据文件一致,通过解析状态检修抄录数据文件得到表 1 所示各参数值。2023 年第 44 卷第 7 期章玉杰,等:基于 Qt 的换流变压器状态评价工具设计与实现55 图 2 输入输出文件结构图 3 数据解析流程2.2.3 可视化展示模块换流变运行数据和状态评估结果以图形的方式显示,有助于运维人员直观观察分析。软件可视化展示如图 4 所示,主要包括状态检修数据可视化、参数设置可视化、文件管理可视化及评估结果可视化等。图 4 可视化展示2.2.4 批量状态评估模块换流站运维人员在进行换流变状态检修数据分析、设备态势分析及缺陷隐患排查等工作时,需考虑交直流系统不同运行方式、不同直流传输功率等情况,工作量大。为了提高工作效率,软件设计了如图 5 所示的状态检修数据批量分析模块。扫描状态检修数据文件,确定个数,逐一对每日抄录数据文件进行解析,对各换流变运行状态进行评估,保存结果。重复进行上述过程,直至所有数据都计算完成。图 5 状态数据批量分析流程2.3 功能模块实现软件功能模块实现类图框架结构如图 6 所示,其中实线框部分为功能模块类实例对象,虚线部分为主要功能模块类。主要包括数据解析类、参数设置、状态评估类、可视化输出等功能模块类。基于面向对象设计理念,每类均留有开放接口,为后期功能和数据扩展提供便利。图 6 软件功能模块实现类图3 应用实例以某换流站双极直流系统 12 台换流变一周的实测状态检修抄录数据为基础,对本文所开发软件有效性进行校核。共计 84 条抄录数据、5208 个测量数据,式(1)中各参量权重均取值 1.0。采用软件批量分析模块逐日进行计算,用时 20 s。选取某日状态检修数据进行分析,当日环境温度为 33、双极直流功率为 3000 MW,计算结果如表 2 所示,表 2 给出所有换流变状态检修数据和状态评估结果。以极 1Y/Y 接线 B 相换流变 011B 为例,其一周的运行状态检修数据变化趋势及状态指标变化趋势如图 7 所示,环境温度及双极直流功率如表 3 所56 东北电力技术2023 年第 44 卷第 7 期表 2 换流变运行状态评估结果编号油温/线温/套管压力A/kPa套管压力B/kPa状态指标011A6576360034000.874011B6576340034000.655011C6273345035501.099012A61821.848012B65821.540012C63752.053021A6675350035000.869021B7076340034000.620021C6577345035000.807022A60742.392022B62742.200022C63791.848图 7 011A 换流变油温线温曲线表 3 011A 换流变一周温度功率时间环境温度/双极直流功率/MW星期一332944星期二322944星期三303000星期四333000星期五343000星期六333000星期日363000示。表 2 中 012A、012B、012C、022A、022B、022C为 Y/d 接线方式,因此没有阀侧套管 SF6压力值。011A 换流变套管 SF6压力曲线如图 8 所示,011A 换流变一周运行状态指标趋势如图 9 所示,由图 1 可知,随着环境温度的升高、夏季电网负荷的增长,双极直流功率随之增长并达到满负荷;换流变运行状态指标也呈现缓慢降低趋势。各换流变一周的运行状态评价结果如表 4 所示,由表 4 可知,由于每日环境温度、直流输送功图 8 011A 换流变套管 SF6压力图 9 011A 换流变一周运行状态指标率等因素的变化,换流变运行状态也不尽相同。通过本文所开发软件,换流站运维人员能够直观分析换流变各相状态检修数据变化趋势,根据软件状态评估结果及时发现换流变存在的问题和缺陷,以便及时有效地采取相关措施;同时软件便利的文件管理和批量分析功能大大提高了工作效率。表 4 换流变一周运行状态指标时间极1 换流变状态指标极2 换流变状态指标011A011B011C012A012B012C021A021B021C022A022B 022C星期一 1.3720 1.381 1.46221.441.501.461.5020 1.4203 1.43221.501.48 1.43星期二 1.2440 1.202 0.62941.251.271.261.2635 1.2215 1.25221.231.23 1.26星期三 0.6825 0.631 0.63360.710.700.700.7240 0.661 0.71200.690.67 0.71星期四 0.6840 0.682 0.73410.650.610.700.6840 0.682 0.67350.740.72 0.66星期五 0.7440 0.713 0.70490.630.710.670.7640 0.662 0.76380.730.70 0.73星期六 0.7340 0.693 0.67490.600.680.620.7240 0.752 0.72380.690.65 0.73星期日 0.6640 0.643 0.61510.550.620.560.6640 0.722 0.69380.660.61 0.654 结语换流变在高压直流输电中具有重要地位,其运行状态对于电网的安全稳定运行具有重要影响。本文提出一种新型综合评价指标,综合加权考虑了换流变各状态检修参数影响,为评估设备运行状态提供了参考。在此基础上,基于 Qt 开发了一种综合状态评价工具,以设备测量数据为输入,实现了设2023 年第 44 卷第 7 期章玉杰,等:基于 Qt 的换流变压器状态评价工具设计与实现57 备的参数变化趋势及运行状态的可视化评估,为换流站运行人员提供了有效的分析工具,大大提高了工作效率。应用实例表明,本工具可为换流变压器的状态检修提供全面有效的评估分析,对电网的安全稳定运行具有现实意义。另外,目前各状态检修参量权重的选取是通过基于大量历史数据计算整定得到的,难免存在无法计及或超出已有范围外的情况,更合理地确定各权重系数将是下一步的研究方向。参考文献:1 中国电力科学研究院.特高压直流输电技术 M.北京:中国电力出版社,2012:1-6.2 汤广福,罗湘,魏晓光.多端直流输电与直流电网技术J.中国电机工程学报,2013,33(10):8-17,24.3 刘振亚,张启平.国家电网发展模式研究 J.中国电机工程学报,2013,33(7):1-10.4 郝思鹏,张济韬,张仰飞,等.融合在线监测数据的变压器状态评估 J.电力自动化设备,2017,37(11):176-181.5 皮 杰,宋佳翰,张先捷,等.基于故障本征证据和特征指标的换流变压器状态评估 J.电力自动化设备,2020,40(6):128-134.6 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