CN110361686B - 基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法 - Google Patents

基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法 Download PDF

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CN110361686B CN201910799950.8A CN201910799950A CN110361686B CN 110361686 B CN110361686 B CN 110361686B CN 201910799950 A CN201910799950 A CN 201910799950A CN 110361686 B CN110361686 B CN 110361686B
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Abstract

本发明公开了基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，根据电容式电压互感器的中压电容电流
Figure DDA0002996416860000011
中间变压器一次电流
Figure DDA0002996416860000012
二次电压
Figure DDA0002996416860000013
计算得到高压电容电流
Figure DDA0002996416860000014
和中压电容电压
Figure DDA0002996416860000015
并经过信号处理，计算得到9个状态参数：IC2、IT、UC2、|ZC2|、|ZT|、
Figure DDA0002996416860000016
Figure DDA0002996416860000017
基于主因子分析法对多项状态参数进行降维筛选，根据不同的参数值变化情况，对应判断电容式电压互感器的各类故障。本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。

Description

基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法
技术领域
本发明属于电容式电压互感器故障诊断技术领域，涉及一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法。
背景技术
作为电力***保护及信号测量的重要设备，电容式电压互感器(CVT)的稳定运行对电网安全至关重要。在实际运行中，由于受设计水平、制造工艺、及***过电压等因素的限制，电容式电压互感器投运后经常会发生电容单元介质损耗过大、电容层击穿、中间变压器受潮、补偿电抗器发生短路等故障，严重影响电网的安全运行。因此，对电容式电压互感器的运行状态进行检测，及时发现并消除电容式电压互感器的运行故障，确保电网的安全可靠运行，已经变得越来越重要了。
目前，用于电容式电压互感器的带电检测和在线监测方法较少，主要有电容监测、介损监测以及基于二次电压的状态检测方法。但现有的介损检测技术缺乏准确性，在故障预测方面存在不足；基于二次电压的状态检测方法只能在一定程度上反映分压电容值的变化，无法实现对电容式电压互感器的各单元有效检测；此外，这些方法都依赖电容式电压互感器外部信号，测量方式复杂，干扰因素多，故障诊断不精确。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。
为了达到上述目的，本发明提供如下方案：
一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，包括以下步骤：
步骤1，获取多种状态参数，具体包括：
步骤101，获取电容式电压互感器的中压电容电流
Figure GDA0002996416850000021
中间变压器的一次电流
Figure GDA0002996416850000022
二次电压
Figure GDA0002996416850000023
并计算得到高压电容电流
Figure GDA0002996416850000024
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000025
步骤102，基于傅里叶分析，分别提取
Figure GDA0002996416850000026
的幅值、相角和频率，提取高压电容电流
Figure GDA0002996416850000027
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000028
的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：
中压电容电流
Figure GDA0002996416850000029
的幅值IC2，中间变压器一次电流
Figure GDA00029964168500000210
的幅值IT，中压电容电压
Figure GDA00029964168500000211
的幅值UC2；中压电容电压
Figure GDA00029964168500000212
与中压电容电流
Figure GDA00029964168500000213
幅值比|ZC2|，中压电容电压
Figure GDA00029964168500000214
与中间变压器一次电流
Figure GDA00029964168500000215
的幅值比|ZT|；高压电容电流
Figure GDA00029964168500000216
与中压电容电压
Figure GDA00029964168500000217
的相角差
Figure GDA00029964168500000218
中间变压器一次电流信号
Figure GDA00029964168500000219
与中压电容电压
Figure GDA00029964168500000220
的相角差
Figure GDA00029964168500000221
中压电容电流
Figure GDA00029964168500000222
与高压电容电流
Figure GDA00029964168500000223
的相角差
Figure GDA00029964168500000224
中压电容电流
Figure GDA00029964168500000225
与中间变压器一次电流
Figure GDA00029964168500000226
的相角差
Figure GDA00029964168500000227
步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：
以电容式电压互感器的出厂值和“稳定运行状态值”为参考，所述的“稳定运行状态值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现变化之前稳定运行状态下的平均值，当电容式电压互感器参数值增量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显增大”，当电容式电压互感器参数值减小量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显减小”；
步骤201，将参数IC2、IT、UC2、
Figure GDA0002996416850000031
作为电容式电压互感器的高压电容介损超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值均明显增大，而
Figure GDA0002996416850000032
的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器的高压电容介损超标；
步骤202，将参数IC2、IT、UC2、
Figure GDA0002996416850000033
作为电容式电压互感器的高压电容值超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值都明显增大，而且
Figure GDA0002996416850000034
的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器的高压电容值超标；
步骤203，将参数IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000035
作为电容式电压互感器的中压电容介损超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000036
的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器的中压电容介损超标；
步骤204，将参数IC2、IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000037
作为电容式电压互感器的中压电容值超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000038
的数值均明显减小，而IC2、
Figure GDA0002996416850000039
的数值增大，则说明电容式电压互感器的中压电容值超标；
步骤205，将参数IC2、IT、UC2、|ZT|、
Figure GDA00029964168500000310
作为电容式电压互感器电磁单元故障的判别依据：若IC2、UC2、|ZT|、
Figure GDA00029964168500000311
的数值明显减小，IT、
Figure GDA00029964168500000312
的数值明显增大，则说明电容式电压互感器的电磁单元存在故障，在此基础上：若
Figure GDA0002996416850000041
的数值明显增大，则说明电磁单元的等值电阻R大幅度减小，原因可能是电磁单元严重受潮、避雷器严重受潮或发生短路；若
Figure GDA0002996416850000042
的数值明显减小，则说明电磁单元的等值电抗X大幅度减小，原因可能是电磁单元的补偿电抗器发生短路等。
可选的，所述步骤101，获取电容式电压互感器的中压电容电流
Figure GDA0002996416850000043
中间变压器一次电流
Figure GDA0002996416850000044
二次电压
Figure GDA0002996416850000045
并计算得到高压电容电流
Figure GDA0002996416850000046
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000047
具体包括：
利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器的中压电容电流
Figure GDA0002996416850000048
中间变压器一次电流
Figure GDA0002996416850000049
二次电压
Figure GDA00029964168500000410
根据公式
Figure GDA00029964168500000411
计算出电容式电压互感器的高压电容电流
Figure GDA00029964168500000412
和中压电容电压
Figure GDA00029964168500000413
其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。
可选的，所述步骤201中电容式电压互感器的高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器的中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；
所述步骤202中电容式电压互感器的高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器的中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。
本发明与现有的技术对比，具有如下的优点：
本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，通过测定电容式电压互感器运行的电流、电压信号，推算出多项参数，根据各个参数的数值变化情况实现电容式电压互感器的高压电容、中压电容以及电磁单元的故障诊断，这一方法能够方便、及时、快速的判断电容式电压互感器的故障类型；相比于现有的检测技术，该方法不需要依赖外部信号，接线简单，测量误差小，易于推广实施；此外，基于多参数的检测方法可以扩大检测范围，增加置信度，提高电容式电压互感器故障诊断的可靠性；基于主因子分析法筛选主要状态参数，可以在不降低诊断精度的情况下显著减少计算时间，提高故障诊断的快速性和实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法流程图；
图2为本发明实施例提供的电容式电压互感器电路原理图；
图3为本发明实施例提供的电容式电压互感器电流和电压信号向量图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法流程图，图2为本发明实施例提供的电容式电压互感器电路原理图，图3为本发明实施例提供的电容式电压互感器电流和电压信号向量图，其中，C1为电容式电压互感器的高压电容，C2为电容式电压互感器的中压电容，T为电容式电压互感器的中间变压器，L为补偿电抗器，P为保护间隙。
如图1所示，本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，具体包括以下步骤：
步骤1，获取多种状态参数，具体包括：
步骤101，获取电容式电压互感器的中压电容电流
Figure GDA0002996416850000061
中间变压器的一次电流
Figure GDA0002996416850000062
二次电压
Figure GDA0002996416850000063
并计算得到高压电容电流
Figure GDA0002996416850000064
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000065
步骤102，基于傅里叶分析，分别提取
Figure GDA0002996416850000066
的幅值、相角和频率，提取高压电容电流
Figure GDA0002996416850000067
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000068
的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：
中压电容电流
Figure GDA0002996416850000071
的幅值IC2，中间变压器一次电流
Figure GDA0002996416850000072
的幅值IT，中压电容电压
Figure GDA0002996416850000073
的幅值UC2；中压电容电压
Figure GDA0002996416850000074
与中压电容电流
Figure GDA0002996416850000075
幅值比|ZC2|，中压电容电压
Figure GDA0002996416850000076
与中间变压器一次电流
Figure GDA0002996416850000077
的幅值比|ZT|；高压电容电流
Figure GDA0002996416850000078
与中压电容电压
Figure GDA0002996416850000079
的相角差
Figure GDA00029964168500000710
中间变压器一次电流
Figure GDA00029964168500000711
与中压电容电压
Figure GDA00029964168500000712
的相角差
Figure GDA00029964168500000713
中压电容电流
Figure GDA00029964168500000714
与高压电容电流
Figure GDA00029964168500000715
的相角差
Figure GDA00029964168500000716
中压电容电流
Figure GDA00029964168500000717
与中间变压器一次电流
Figure GDA00029964168500000721
的相角差
Figure GDA00029964168500000719
如表1所示，表1为本发明实施例提供的符号说明表；
表1符号说明表
Figure GDA00029964168500000720
步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，如表2所示，所述主因子分析法用于筛选主要参数，对应不同参数数值变化情况，分析对应故障，具体包括：
以电容式电压互感器的出厂值和“稳定运行状态值”为参考，所述的“稳定运行状态值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现变化之前稳定运行状态下的平均值，当电容式电压互感器参数值增量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显增大”，当电容式电压互感器参数值减小量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显减小”；
上述阈值的设定依据如下：在考虑电网电压偏差为额定电压的±10％的条件下，分别模拟CVT介质损耗因数超过0.002、电容值增量超过额定值5％的运行状态，通过计算各状态参数的变化率，并考虑一定的安全裕度，将阈值设定为所述的“6％”，“-6％”，“4％”，“-4％”；
步骤201，将参数IC2、IT、UC2、
Figure GDA0002996416850000081
作为电容式电压互感器的高压电容介损超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值均明显增大，而
Figure GDA0002996416850000082
的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器的高压电容介损超标；主要原因可能是高压电容进水受潮或发生严重老化等；
步骤202，将参数IC2、IT、UC2、
Figure GDA0002996416850000083
作为电容式电压互感器的高压电容值超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值都明显增大，而且
Figure GDA0002996416850000084
的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器的高压电容值超标；原因可能是由高压电容的绝缘缺陷或局部放电等引起的电容层击穿；
步骤203，将参数IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000085
作为电容式电压互感器中压的电容介损超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000086
的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器的中压电容介损超标；原因可能是中压电容进水受潮或发生严重老化；
步骤204，将参数IC2、IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000091
作为电容式电压互感器的中压电容值超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure GDA0002996416850000092
的数值均明显减小，而IC2、
Figure GDA0002996416850000093
的数值增大，则说明电容式电压互感器的中压电容值超标；原因可能是由中压电容的绝缘缺陷或局部放电等引起的电容层击穿；
步骤205，将参数IC2、IT、UC2、|ZT|、
Figure GDA0002996416850000094
作为电磁单元典型故障的判别依据：若IC2、UC2、|ZT|、
Figure GDA0002996416850000095
的数值明显减小，IT、
Figure GDA0002996416850000096
的数值明显增大，则说明电容式电压互感器的电磁单元存在故障。
在此基础上：若
Figure GDA0002996416850000097
的数值明显增大，则说明电磁单元的等值电阻R大幅度减小，原因可能是电磁单元严重受潮、避雷器严重受潮或发生短路；若
Figure GDA0002996416850000098
的数值明显减小，则说明电磁单元的等值电抗X大幅度减小，原因可能是电磁单元的补偿电抗器发生短路等。
表2电容式电压互感器故障诊断表
Figure GDA0002996416850000099
Figure GDA0002996416850000101
其中，所述步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号
Figure GDA0002996416850000102
中间变压器一次电流信号
Figure GDA0002996416850000103
二次电压信号
Figure GDA0002996416850000104
高压电容电流
Figure GDA00029964168500001013
和中压电容电压
Figure GDA0002996416850000106
具体包括：
利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器中压电容电流信号
Figure GDA0002996416850000107
中间变压器一次电流信号
Figure GDA0002996416850000108
二次电压信号
Figure GDA0002996416850000109
根据公式
Figure GDA00029964168500001010
计算出电容式电压互感器高压电容电流
Figure GDA00029964168500001011
和中压电容电压
Figure GDA00029964168500001012
其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。
其中，所述步骤201中电容式电压互感器的高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器的中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；
所述步骤202中电容式电压互感器的高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器的中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。
本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，通过测定电容式电压互感器运行的电流、电压信号，推算出多项参数，根据各个参数的数值变化情况实现电容式电压互感器的高压电容、中压电容以及电磁单元的故障诊断，这一方法能够方便、及时、快速的判断电容式电压互感器的故障类型；相比于现有的检测技术，该方法不需要依赖外部信号，接线简单，测量误差小，易于推广实施；此外，基于多参数的检测方法可以扩大检测范围，增加置信度，提高电容式电压互感器故障诊断的可靠性；基于主因子分析法筛选主要状态参数，可以在不降低诊断精度的情况下显著减少计算时间，提高故障诊断的快速性和实时性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取多种状态参数，具体包括：
步骤101，获取电容式电压互感器的中压电容电流
Figure FDA0002996416840000011
中间变压器的一次电流
Figure FDA0002996416840000012
二次电压
Figure FDA0002996416840000013
并计算得到高压电容电流
Figure FDA0002996416840000014
和中压电容电压
Figure FDA0002996416840000015
步骤102，基于傅里叶分析，分别提取
Figure FDA0002996416840000016
的幅值、相角和频率，提取高压电容电流
Figure FDA0002996416840000017
和中压电容电压
Figure FDA0002996416840000018
的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：
中压电容电流
Figure FDA0002996416840000019
的幅值IC2，中间变压器一次电流
Figure FDA00029964168400000110
的幅值IT，中压电容电压
Figure FDA00029964168400000111
的幅值UC2；中压电容电压
Figure FDA00029964168400000112
与中压电容电流
Figure FDA00029964168400000113
幅值比|ZC2|，中压电容电压
Figure FDA00029964168400000114
与中间变压器一次电流
Figure FDA00029964168400000115
的幅值比|ZT|；高压电容电流
Figure FDA00029964168400000116
与中压电容电压
Figure FDA00029964168400000117
的相角差
Figure FDA00029964168400000118
中间变压器一次电流信号
Figure FDA00029964168400000119
与中压电容电压
Figure FDA00029964168400000120
的相角差
Figure FDA00029964168400000121
中压电容电流
Figure FDA00029964168400000122
与高压电容电流
Figure FDA00029964168400000123
的相角差
Figure FDA00029964168400000124
中压电容电流
Figure FDA00029964168400000125
与中间变压器一次电流
Figure FDA00029964168400000126
的相角差
Figure FDA00029964168400000127
步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：
以电容式电压互感器的出厂值和“稳定运行状态值”为参考，所述的“稳定运行状态值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现变化之前稳定运行状态下的平均值，当电容式电压互感器参数值增量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显增大”，当电容式电压互感器参数值减小量大于出厂值的6％或者“稳定运行状态值”的4％则视为参数值“明显减小”；
步骤201，将参数IC2、IT、UC2、
Figure FDA0002996416840000021
作为电容式电压互感器的高压电容介损超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值均明显增大，而
Figure FDA0002996416840000022
的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器的高压电容介损超标；
步骤202，将参数IC2、IT、UC2、
Figure FDA0002996416840000023
作为电容式电压互感器的高压电容值超标的判别依据：若IC2、IT、UC2的数值都明显增大，而且
Figure FDA0002996416840000024
的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器的高压电容值超标；
步骤203，将参数IT、UC2、|ZC2|、
Figure FDA0002996416840000025
作为电容式电压互感器的中压电容介损超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure FDA0002996416840000026
的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器的中压电容介损超标；
步骤204，将参数IC2、IT、UC2、|ZC2|、
Figure FDA0002996416840000027
作为电容式电压互感器的中压电容值超标的判别依据：若IT、UC2、|ZC2|、
Figure FDA0002996416840000028
的数值均明显减小，而IC2、
Figure FDA0002996416840000029
的数值增大，则说明电容式电压互感器的中压电容值超标；
步骤205，将参数IC2、IT、UC2、|ZT|、
Figure FDA00029964168400000210
作为电容式电压互感器电磁单元故障的判别依据：若IC2、UC2、|ZT|、
Figure FDA00029964168400000211
的数值明显减小，IT、
Figure FDA00029964168400000212
的数值明显增大，则说明电容式电压互感器的电磁单元存在故障，在此基础上：若
Figure FDA00029964168400000213
的数值明显增大，则说明电磁单元的等值电阻R大幅度减小，原因可能是电磁单元严重受潮、避雷器严重受潮或发生短路；若
Figure FDA00029964168400000214
的数值明显减小，则说明电磁单元的等值电抗X大幅度减小，原因可能是电磁单元的补偿电抗器发生短路等。
2.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤101，获取电容式电压互感器的中压电容电流
Figure FDA0002996416840000031
中间变压器一次电流
Figure FDA0002996416840000032
二次电压
Figure FDA0002996416840000033
并计算得到高压电容电流
Figure FDA0002996416840000034
和中压电容电压
Figure FDA0002996416840000035
具体包括：
利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器的中压电容电流
Figure FDA0002996416840000036
中间变压器一次电流
Figure FDA0002996416840000037
二次电压
Figure FDA0002996416840000038
根据公式
Figure FDA0002996416840000039
计算出电容式电压互感器的高压电容电流
Figure FDA00029964168400000310
和中压电容电压
Figure FDA00029964168400000311
其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。
3.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤201中电容式电压互感器的高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器的中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；
所述步骤202中电容式电压互感器的高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器的中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。
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