CN111222085A - 一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法 - Google Patents

一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法，涉及电网技术领域，包括：获取待评价电容式电压互感器台帐信息；获取电网拓扑结构，构建待评价电容式电压互感器比较对象群；获取比较对象群内所有电容式电压互感器电压遥测值历史数据，形成离散型电压随机变量；计算相关系数作为评价指标；判断是否满足健康标准；当满足健康标准时，待电压遥测值刷新后更新离散型电压随机变量，返回执行计算相关系数作为评价指标；当不满足健康标准时产生异常报警。本发明无需增加任何硬件设备，利用能量管理***中电压遥测值历史数据在不停电的情况下实现了电容式电压互感器健康状态的实时评价。

Description

一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法
技术领域
本发明涉及电网技术领域，更具体地，涉及一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法。
背景技术
电容式电压互感器是电力***中一种广泛应用的高压设备，其作用是作为电压测量元件来测量高电压幅值的大小，长期以来采用周期性停电预防性试验的方式实现健康状态的监督与评价。电容式电压互感器在结构上由主电容和分压电容串联而成，分压电容的电容量一般是主电容电容量的五倍，两个电容串联，电容量越大其两端电压越小，所以利用这种电容分压的原理可以将高电压转换为低电压实现高电压的测量。
分压电容和主电容均有多个电容元件串联而成，为保证电压均匀分布，在制造时每个电容元件的电容量是一致的，串联元件个数越少，电容量就越大，当由元件发生击穿时，相当于串联元件个数减少，这时电容量就会增大，所以无论是主电容还是分压电容出现电容元件发生击穿，测量得到的电压值即电压遥测值便会跟着发生变化，所以会导致电压测量不准确，当劣化发展到一定程度还会引起***，所以判断电容式电压互感器是否有元件发生击穿是评价其健康状态最直接有效的方法。
预防性试验是通过周期性停电测量电容量的大小来判断电容式电压互感器是否有元件发生击穿，这种方法需要停电，会影响供电可靠性，而且预防性试验周期根据电压等级不同分为三年和六年，在两个周期之间电容式电压互感器的健康状态处于管控真空，因此需要一种不用停电、不影响供电可靠性的电容式电压互感器健康状态的实时评价方法。
发明内容
本发明提供一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法，解决周期性停电试验带来的供电可靠性问题以及两个试验周期之间电容式电压互感器的健康状态处于管控真空的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容式电压互感器台账信息；
S2：获取电网拓扑结构，构建待评价电容式电压互感器比较对象群；
S3：获取比较对象群内所有电容式电压互感器电压遥测值历史数据，形成离散型电压随机变量；
S4：计算相关系数作为评价指标，所述相关系数为比较对象群中待评价电容式电压互感器与其它所有电容式电压互感器的相关系数；
S5：判断是否满足健康标准；
S6：当满足健康标准时，待电压遥测值刷新后更新离散型电压随机变量，返回S4执行计算相关系数作为评价指标；当不满足健康标准时产生异常报警。
上述方案中，由于同一电气节点的电容式电压互感器之间的电气距离短，电压波动规律具有很强的相似性，若健康状态发生变化，电压变化趋势高度一致性将会被打破的原理，可以通过电容式电压互感器电压遥测值历史数据的挖掘分析，在无需设备停电情况先实现电容式电压互感器健康状态的实时评价，解决了周期性停电试验带来的供电可靠性问题以及两个试验周期之间电容式电压互感器的健康状态处于管控真空的问题。
优选地，由于每一台电容式电压互感器台账信息包括所属站点名称、电压等级、功能位置、生产厂家、出厂时间、型号、出厂编号、主要参数等，步骤S1所述的台账信息从资产管理***导出，包括待评价电容式电压互感器所属站点名称、电压等级、功能位置信息。
优选地，步骤S2所述的电网拓扑结构从能量管理***获得，包括SVG图形、CIM模型、数据文件。
优选地，任意一台电容式电压互感器与跟它挂接在同一段高压母线下的所有电容式电压互感器均属于同一电气节点，步骤S2所述的比较对象群包括待评价电容式电压互感器和与其处于同一电气节点的所有电容式电压互感器。
优选地，步骤S3所述电压遥测值历史数据包括待评价电容式电压互感器的电压测量值历史数据，所述电压遥测值历史数据从能量管理***的PI数据库获取。
优选地，步骤S3中的离散型电压随机变量表示为：
Figure 182934DEST_PATH_IMAGE001
式中，U1为比较对象群中待评价电容式电压互感器的离散型电压随机变量，U2～ Un为比较对象群中其它电容式电压互感器的离散型电压随机变量，Uij为比较对象群中编号为i的电容式电压互感器在时间点j的电压遥测值，，i=1,2，…,n,j=1,2,…，n。
优选地，步骤S4所述相关系数
Figure 303337DEST_PATH_IMAGE002
具体计算方法如下：
Figure 286336DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 399655DEST_PATH_IMAGE002
表示待评价电容式电压互感器与比较对象群中编号为n的其它电容式电压 互感器的相关系数，
Figure 151710DEST_PATH_IMAGE004
表示离散型电压随机变量U1与离散型电压随机变量Un 的协方差，
Figure 426702DEST_PATH_IMAGE005
表示离散型电压随机变量U1的方差，
Figure 162577DEST_PATH_IMAGE006
表示离散型电压随机变 量Un的方差，
Figure 830319DEST_PATH_IMAGE007
表示待评价电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，
Figure 702460DEST_PATH_IMAGE008
表示比较对 象群中其他编号为n的电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，
Figure 154213DEST_PATH_IMAGE009
表示待评价电容式 电压互感器在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值，
Figure 846226DEST_PATH_IMAGE010
表示比较对象群中其他编号 为n的电容式电压互感器在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值。
优选地，步骤S5中所述健康标准为相关系数的判断阈值，具体为：
所述判断阈值为95%，不满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数小于95%，满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数不小于95%。
优选地，步骤S6中更新离散型电压随机变量，具体为：
步骤S6所述满足健康标准的电容式电压互感器在电压遥测值刷新后形成更新后的离散型电压随机变量，由于同一电气节点所有电容式电压互感器健康状态均发生劣化而且导致电压变化趋势一致的情况属于小概率事件，因此只要半数及以上相关系数不小于0.95即可认定满足健康标准，在满足计算精度的前提下为了不增加计算量，离散型电压随机变量的更新遵循保持时间窗宽度不变的原则，出现一个新的数据时即丢弃最早的一个历史数据，更新后的离散型电压随机变量再次开展相关系数计算，更新后的离散型电压随机变量表示为：
Figure 35767DEST_PATH_IMAGE011
。
优选地，步骤S6中，当所有相关系数都小于95%才产生异常报警，由于同一电气节点所有电容式电压互感器健康状态均发生劣化而且导致电压变化趋势一致的情况属于小概率事件，因此所有相关系数都小于95%才产生异常报警。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明可以解决周期性停电试验带来的供电可靠性问题以及两个试验周期之间电容式电压互感器的健康状态处于管控真空的问题，通过电容式电压互感器电压遥测值历史数据的挖掘分析，在不停电的情况下即可实现电容式电压互感器健康状态的实时评价。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为实施例提供的电网拓扑图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法，如图1，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容式电压互感器台账信息；
S2：获取电网拓扑结构，构建待评价电容式电压互感器比较对象群；
S3：获取比较对象群内所有电容式电压互感器电压遥测值历史数据，形成离散型电压随机变量；
S4：计算相关系数作为评价指标，所述相关系数为比较对象群中待评价电容式电压互感器与其它所有电容式电压互感器的相关系数；
S5：判断是否满足健康标准；
S6：当满足健康标准时，待电压遥测值刷新后更新离散型电压随机变量，返回S4执行计算相关系数作为评价指标；当不满足健康标准时产生异常报警。
步骤S1所述的台账信息从资产管理***导出，包括待评价电容式电压互感器所述站点名称、电压等级、功能位置信息。
步骤S2所述的电网拓扑结果从能量管理***获得，包括SVG图形、CIM模型、数据文件。
步骤S2所述的比较对象群包括待评价电容式电压互感器和与其处于同一电气节点的所有电容式电压互感器。
步骤S3所述电压遥测值历史数据包括待评价电容式电压互感器的电压测量值历史数据，所述电压遥测值历史数据从能量管理***的PI数据库获取。
步骤S3中的离散型电压随机变量表示为：
Figure 762415DEST_PATH_IMAGE012
式中，U1为比较对象群中待评价电容式电压互感器的离散型电压随机变量，U2～ Un为比较对象群中其它电容式电压互感器的离散型电压随机变量，Uij为比较对象群中编号为i的电容式电压互感器在时间点j的电压遥测值。
步骤S4所述相关系数
Figure 661101DEST_PATH_IMAGE013
具体计算方法如下：
Figure 355256DEST_PATH_IMAGE014
式中，
Figure 833642DEST_PATH_IMAGE013
表示待评价电容式电压互感器与比较对象群中编号为n的其它电容式电压 互感器的相关系数，
Figure 664064DEST_PATH_IMAGE015
表示离散型电压随机变量U1与离散型电压随机变量Un的 协方差，
Figure 468072DEST_PATH_IMAGE016
表示离散型电压随机变量U1的方差，
Figure 400256DEST_PATH_IMAGE017
表示离散型电压随机变量Un的 方差，
Figure 947912DEST_PATH_IMAGE018
表示待评价电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，
Figure 898419DEST_PATH_IMAGE019
表示比较对象群中其 他编号为n的电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，
Figure 873328DEST_PATH_IMAGE020
表示待评价电容式电压互感器 在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值，
Figure 276496DEST_PATH_IMAGE021
表示比较对象群中其他编号为n的电容 式电压互感器在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值。
步骤S5中所述健康标准为相关系数的判断阈值，具体为：
所述判断阈值为95%，不满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数小于95%，满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数不小于95%。
步骤S6中更新离散型电压随机变量，具体为：
离散型电压随机变量的更新遵循保持时间窗宽度不变的原则，出现一个新的数据时即丢弃最早的一个历史数据，更新后的离散型电压随机变量再次开展相关系数计算，更新后的离散型电压随机变量表示为：
Figure 362264DEST_PATH_IMAGE011
。
步骤S6中，当所有相关系数都小于95%才产生异常报警。
在具体实施过程中，如图2所示，110kV文华变电站共有2台主变压器，#1主变压器连接110kV 1M母线，#2主变压器连接110kV 2M母线。110kV 1M母线有三条出线，110kV 2M母线有两条出线，每条出线均采用电容式电压互感器测量线路电压，每台电容式电压互感器测量的电压会随着母线电压的变化而变化，因此电压会呈现一定的波动，每一电容式电压互感器每隔15分钟就会上传一个电压量测数据至能量管理***，每天有96个测量点，所有上传数据均被保存在PI数据库中，在本发明的具体实施方式中，已知110kV罗文甲线出现了电容元件击穿故障，即健康状态发生劣化，选取它作为待评价电容式电压互感器，来说明本发明技术方案的有效性及实用性。
执行步骤S1，获得了待评价电容式电压互感器台帐信息，具体为110kV文华站110kV罗文甲线电容式电压互感器。
执行步骤2，获得了110kV文华站的电网拓扑结构，通过拓扑结构发现110kV罗文甲线、110kV罗文乙线、110kV罗文丙线均挂接在110kV 1M母线，属于同一电气节点，上述三个电容式电压互感器构成比较对象群。
执行步骤3，获取比较对象群内所有电容式电压互感器即110kV罗文甲线、110kV罗文乙线、110kV罗文丙线三个电容式电压互感器的电压遥测值历史数据，形成离散型电压随机变量。考虑篇幅的限制及将所有历史数据全部导出到篇幅里的不切实际性，使本发明提供的匹配方法更加具备精准性，要求实际应用中历史数据的获得不应少于10天，每天的采样时间点不得少于96个。导出2020年1月1日至30日的历史数据，为方便易懂，采用表1表示，受篇幅限制部分数据略去。
表1
Figure 918010DEST_PATH_IMAGE022
Figure 578668DEST_PATH_IMAGE023
Figure 219865DEST_PATH_IMAGE024
Figure 109323DEST_PATH_IMAGE025
Figure 34423DEST_PATH_IMAGE026
执行步骤S4，计算相关系数为
Figure 616714DEST_PATH_IMAGE027
=0.9214、
Figure 276365DEST_PATH_IMAGE028
=0.9223。
执行步骤S5，所有相关系数均小于0.95，判断110kV罗文甲线电容式电压互感器健康状态发生劣化，与实际相符。
为了更加明确本发明技术方案的有效性及实用性，采用1月1日至15日数据进行相 关系数计算，具体为
Figure 969515DEST_PATH_IMAGE029
=0.9726、
Figure 499853DEST_PATH_IMAGE030
=0.9798，相关系数大于0.95，说明在1月15日之后 110kV罗文甲线电容式电压互感器健康状态才发生劣化的。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容式电压互感器台账信息；
S2：获取电网拓扑结构，构建待评价电容式电压互感器比较对象群；
S3：获取比较对象群内所有电容式电压互感器电压遥测值历史数据，形成离散型电压随机变量；
S4：计算相关系数作为评价指标，所述相关系数为比较对象群中待评价电容式电压互感器与其它所有电容式电压互感器的相关系数；
S5：判断是否满足健康标准；
S6：当满足健康标准时，待电压遥测值刷新后更新离散型电压随机变量，返回S4执行计算相关系数作为评价指标；当不满足健康标准时产生异常报警。
2.根据权利要求1的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S1所述的台账信息从资产管理***导出，包括待评价电容式电压互感器所属站点名称、电压等级、功能位置信息。
3.根据权利要求1所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2所述的电网拓扑结构从能量管理***获得，包括SVG图形、CIM模型、数据文件。
4.根据权利要求3所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2所述的比较对象群包括待评价电容式电压互感器和与其处于同一电气节点的所有电容式电压互感器。
5.根据权利要求1所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S3所述电压遥测值历史数据包括待评价电容式电压互感器的电压测量值历史数据，所述电压遥测值历史数据从能量管理***的PI数据库获取。
6.根据权利要求5所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S3中的离散型电压随机变量表示为：
Figure 69622DEST_PATH_IMAGE001
式中，U1为比较对象群中待评价电容式电压互感器的离散型电压随机变量，U2～ Un为比较对象群中其它电容式电压互感器的离散型电压随机变量，Uij为比较对象群中编号为i的电容式电压互感器在时间点j的电压遥测值，i=1,2，…,n，j=1,2,…，n。
7.根据权利要求6所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤 S4所述相关系数
Figure 580238DEST_PATH_IMAGE002
具体计算方法如下：
Figure 94396DEST_PATH_IMAGE004
式中，
Figure 83081DEST_PATH_IMAGE002
表示待评价电容式电压互感器与比较对象群中编号为n的其它电容式电压 互感器的相关系数，
Figure 897453DEST_PATH_IMAGE005
表示离散型电压随机变量U1与离散型电压随机变量Un 的协方差，
Figure 15188DEST_PATH_IMAGE006
表示离散型电压随机变量U1的方差，
Figure 751063DEST_PATH_IMAGE007
表示离散型电压随机变量 Un的方差，
Figure 809018DEST_PATH_IMAGE008
表示待评价电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，表示比较对象 群中其他编号为n的电容式电压互感器在时间点i的电压遥测值，
Figure 736839DEST_PATH_IMAGE011
表示待评价电容式电 压互感器在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值，
Figure 350223DEST_PATH_IMAGE012
表示比较对象群中其他编号为 n的电容式电压互感器在所选时间段内的所有电压遥测值的平均值。
8.根据权利要求7所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S5中所述健康标准为相关系数的判断阈值，具体为：
所述判断阈值为95%，不满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数小于95%，满足健康标准的电容式电压互感器计算得出的所述相关系数不小于95%。
9.根据权利要求8所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S6中更新离散型电压随机变量，具体为：
离散型电压随机变量的更新遵循保持时间窗宽度不变的原则，出现一个新的数据时即丢弃最早的一个历史数据，更新后的离散型电压随机变量再次开展相关系数计算，更新后的离散型电压随机变量表示为：
Figure 556077DEST_PATH_IMAGE014
。
10.根据权利要求7至9任一项所述的电容式电压互感器健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S6中，当所有相关系数都小于95%才产生异常报警。
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