WO2014063570A1 - 一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法 - Google Patents

一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法 Download PDF

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WO2014063570A1
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transformer
sequence component
transmission line
electronic
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何建军
徐瑞林
陈涛
张友强
王洪彬
罗建
高晋
张晓勇
胡晓锐
钟加勇
刘祖建
姚树友
余红欣
何燕
李�杰
熊伟
魏甦
黄飞
王瑞妙
蒋昆
徐鑫
朱特
魏燕
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国家电网公司
国网重庆市电力公司电力科学研究院
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/02—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass of auxiliary devices, e.g. of instrument transformers according to prescribed transformation ratio, phase angle, or wattage rating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/62—Testing of transformers

Definitions

  • the invention relates to the technical field of fault detection of electric equipment electrical equipment, in particular to an online fault diagnosis method for gradual fault of an electronic current transformer.
  • the online verification method requires a specific standard current sensor to be connected to the power grid, and the standard channel requires an additional high-voltage side signal acquisition and processing system, a communication system, and a high-voltage side power supply.
  • the biggest drawback is that it can only be manually
  • the fixed electronic transformer is used for on-site verification, and the field flexibility is significantly reduced. This shows that this method is not true real-time online condition monitoring.
  • the state monitoring of electronic transformers in China still stays at the level of regular power outage maintenance.
  • the fault diagnosis of electronic transformers is abrupt, and the wavelet transform is used to extract the abrupt moment of the output signal of the electronic transformer, and the signal is detected by detecting whether there are two or more transformers at this moment.
  • the fault of the fault is also the fault of the grid itself. This method makes a useful exploration for the abrupt fault diagnosis of electronic transformers. However, the diagnosis of gradual faults is still incompetent. Force. When the electronic transformer has a gradual fault, the fault characteristic signal appears as a large span in the time domain and the local features are not obvious, which is difficult to directly use for fault diagnosis.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for diagnosing a gradual fault of an electronic current transformer, which does not require an external hardware detecting device, and can realize a gradual change under the condition that the electronic current transformer is not powered off or disconnected. Online diagnosis of sexual faults, accurately identifying faulty electronic current transformers in intelligent substations.
  • the first and second ends of the a-th transmission line have A gradual failure of the electronic current transformer.
  • the method further includes:
  • the three-phase current instantaneous signal and the three-phase voltage instantaneous signal at the head end of the collected transmission line calculate a three-phase theoretical current instantaneous value at the end of the transmission line ⁇ (0, specifically:
  • R is the equivalent resistance per unit length of the transmission line.
  • L is the equivalent inductance per unit length of the transmission line.
  • C is the equivalent capacitance per unit length of the transmission line.
  • x is the length of the transmission line
  • () is the theoretical calculation of the current sequence component at the end of the transmission line.
  • i jt x is ⁇ (0, for the current negative sequence component, (0 is 2 (0, for current zero sequence component, W is) ;
  • i m m (t) [i m (t)-i m (t-At)]/At ;
  • the time interval between the acquisition of the three-phase current transient signal and the three-phase voltage transient signal is ⁇ and 0.05 ms ⁇ At ⁇ 0.25 ms.
  • the embodiment of the invention further provides an online fault diagnosis method for a gradual fault of an electronic current transformer, comprising the following steps:
  • the three-phase current transient signal ⁇ (0, i lB (ti lc (t)) and the three-phase voltage transient signal 1A (0, u lB (t), u lc (0) of the primary side of the acquired transformer t) Calculate the theoretical value of the three-phase current on the secondary side of the transformer. (0, specifically:
  • Ul (t) is the primary side voltage instantaneous value of the transformer, and its corresponding three-phase voltage instantaneous value is lA ( , u lB (t) - u lc (t);
  • i, (t) is the instantaneous current value of the primary side of the transformer, and the corresponding instantaneous value of the three-phase current is ⁇ ( Is the primary winding resistance of the transformer;
  • S is the cross-sectional area of the ferromagnetic material
  • M m M (coth(—— ⁇ ⁇ ⁇ ) );
  • the magnetic flux density and magnetization ⁇ () at time t are substituted into the following formula to calculate the theoretical value of the secondary current at the time t of the transformer:
  • / is the equivalent magnetic circuit length
  • N2 is the secondary winding number of the transformer
  • the theoretical value of the three-phase current corresponding to 0 is ⁇ , i (t) . i 2jC (t).
  • the method further includes:
  • the electronic current transformer that has a gradual fault is located on the busbar side of the b-th transformer; if the sum of the current vectors flowing into the busbar is less than or equal to, the electronic current with a gradual fault occurs.
  • the transformer is located on the non-busbar side of the b-th transformer.
  • the time interval between the acquisition of the three-phase current transient signal and the three-phase voltage transient signal is ⁇ and 0.05 ms ⁇ At ⁇ 0.25 ms.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the invention constructs a diagnostic platform from the physical electrical characteristics of the primary system components of the substation, and constructs a circuit model of the transmission line and the transformer to establish electrical connection between the two ends of the component, and compares the current calculated value with the transformer output value to obtain residual fault information.
  • the extracted fault feature reference component is analyzed to identify the gradual fault of the transformer.
  • the fault transformer can be accurately positioned.
  • the operation cylinder has high calculation precision, and can accurately identify the gradual faults in the time domain which are characterized by large span and local features are not obvious; the invention utilizes the data collected by the electronic transformer of the intelligent substation once system; The electronic current transformer that recognizes a gradual fault in the substation network does not need to add any other hardware equipment; the invention can realize the online fault diagnosis of the electronic current transformer under the condition that the electronic transformer does not power off or disconnect off the network. It does not affect the operation of field devices; the fault threshold can be arbitrarily set according to needs, and can identify different levels of faults, with 4 reluctance.
  • FIG. 1 is a flow chart of a first embodiment of a method provided by the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a transmission line distribution parameter circuit model
  • Figure 3 is a circuit diagram of a unit of Figure 2;
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of a transformer model including an excitation branch
  • Figure 5 is a schematic structural view of a substation in an experimental example of the present invention.
  • FIG. 1 the figure is a flowchart of Embodiment 1 of a method provided by the present invention.
  • S101 collecting a three-phase current instantaneous signal outputted by the first-end electronic current transformer of each transmission line of the substation and a three-phase voltage instantaneous signal output by the electronic voltage transformer;
  • ; Represents the residual of the line a, a indicates the number of transmission lines, a 1, 2, 3...;
  • S105 comparing the first residual with a first set threshold, if the first residual is greater than or equal to the first set threshold, the first and last ends of the a-th transmission line are electronically A gradual failure of the current transformer.
  • the invention constructs a diagnostic platform from the physical electrical characteristics of the primary system components of the substation, and constructs a circuit model of the transmission line and the transformer to establish electrical connection between the two ends of the component, and compares the current calculated value with the transformer output value to obtain residual fault information.
  • the extracted fault feature reference component is analyzed to identify the gradual fault of the transformer. At the same time, according to the constraints of the Kirchhoff current law on the busbar, the fault transformer can be accurately located.
  • the operation cylinder has high calculation precision, and can accurately identify the gradual faults in the time domain which are characterized by large span and local features are not obvious; the invention utilizes the data collected by the electronic transformer of the intelligent substation once system; Identifying electronic current transformers with gradual faults in the substation network without any additional hardware equipment; the invention can be Under the condition that the electronic transformer does not power off or disconnect from the network, the online fault diagnosis of the electronic current transformer can be realized without affecting the operation of the field device; the fault threshold can be arbitrarily set according to the needs, and can identify different faults. , with 4 reluctant flexibility.
  • the invention includes the following steps:
  • step (1) calculate the current positive sequence component ml (), current negative sequence component and current at the first moment t of the transmission line.
  • R is the equivalent resistance per unit length of the transmission line.
  • L is the equivalent inductance per unit length of the transmission line.
  • C is the equivalent capacitance per unit length of the transmission line, for the positive sequence component, the negative sequence component and the zero sequence component Calculation, its corresponding value is CI, C2, CO;
  • x is the length of the transmission line
  • () is the theoretical calculation of the current sequence component at the end of the transmission line.
  • i jr t is ⁇ (0, for the current negative sequence component, (0 is 2 (0, for the current zero sequence component, w is );
  • m( ) is the current sequence component at the head end of the transmission line; for the positive sequence component of the current,
  • u m (1) (t) (u m (t)-u m (t-At) ) /At; for the voltage positive sequence component, m (0 is ⁇ (0; for the voltage negative sequence component, m (o That is ⁇ (0; for the voltage zero sequence component, m (0 is . () ;
  • i m m (t) [i m (t)-i m (t-At)]/At ;
  • the instantaneous signal of the primary side three-phase current 1 ⁇ ( ⁇ , ⁇ and three-phase voltage 1A (), II lc ( ) of the transformer at step t obtained in step (1) is substituted into the following formula to calculate the transformer excitation branch.
  • u, (t) is the instantaneous value of the primary side voltage of the transformer, and the corresponding instantaneous value of the three-phase voltage is lA ( , u lB (t) - u lc (t);
  • i, (t) is the instantaneous current value of the primary side of the transformer, and the instantaneous value of the corresponding three-phase current is ⁇ ( , ⁇ ⁇ is the primary winding resistance of the transformer;
  • S is the cross-sectional area of the ferromagnetic material
  • the magnetic flux density and magnetization ⁇ ( ) at time t are substituted into the following formula to calculate the theoretical value of the secondary current at time t of the transformer:
  • i 2] (t) - ⁇ [(B(t)/ o -M( iN, -3 ⁇ 4( ) where: / is the equivalent magnetic path length; N2 is the transformer secondary winding turns; 2j (0 The corresponding theoretical value of the three-phase current is ⁇ (), i 2iB (t) . i 2] C (t);
  • the residual of the transformer-secondary current transformer
  • , where: represents the residual of the b-th transformer, b represents the number of transformers, b l, 2, 3... ;
  • ⁇ ⁇ i ⁇ is the set threshold, it indicates that the galvanic current transformer in the substation primary system has a gradual fault, and + ⁇ is taken as the new time t, and step (2) is performed;
  • step (6) when. >s 0 , indicating that there is electronic power at the first and last ends of the transmission line of the ath power station in the power station; ⁇ L transformer has a gradual fault, perform step (5); 3. When >, it indicates that there is a gradual failure of the electronic current transformer on the secondary side of the b-th transformer in the substation, and step (6) is performed;
  • the invention constructs a diagnostic platform from the physical electrical characteristics of the primary system components of the substation, and constructs a circuit model of the transmission line and the transformer to establish electrical connection between the two ends of the component, and compares the current calculated value with the transformer output value to obtain residual fault information.
  • the extracted fault feature reference component is analyzed to identify the gradual fault of the transformer.
  • the fault transformer can be accurately positioned.
  • the present invention is to completely equate a transmission line into a circuit model in which an infinite number of units are connected in series, as shown in Fig. 2.
  • Each cell is made up of resistors, inductors and capacitors, as shown in Figure 3.
  • the basic idea is to establish a circuit parameter differential equation for each unit, and to perform superimposing and superpolating each differential equation to find the current value at each point along the equivalent circuit model.
  • the current zero-crossing point at both ends of the UHV line is taken as the common standard.
  • the sampling value is processed by the relative synchronization time, and the electromagnetic wave is circuitized along the line, so that the current at any point on the distributed parameter line is the distance ⁇ and The function relationship of time t.
  • a transformer model considering ferromagnetic hysteresis is constructed by electromagnetic coupling, as shown in Fig. 4, thereby establishing the electrical connection between the currents of the transformer components. Then, the instantaneous current value of the secondary side can be accurately calculated from the voltage and current sampling values of the primary side of the transformer.
  • the intelligent substation is a whole composed of primary system power components such as transformers, bus bars and transmission lines, and its electrical operating characteristics are constrained by the physical characteristics of the components and the Kirchhoff current law of the bus.
  • the invention can completely control the relative error within 1% according to actual needs, and can accurately calculate the instantaneous value of the current to the other end by the voltage and current sampling values at one end of the transmission line and the transformer component, and calculate the instantaneous value of the current and the current sampling of the current. Comparing the values, the fault characteristics of the electronic current transformer can be extracted, and the faulty electronic current transformer in the substation can be accurately identified according to the Kirchhoff current constraint.
  • the transmission line parameters are:
  • the total length of the five outgoing lines is 300km, 400km and 300km respectively;
  • the transformer parameters are:
  • line 1 starts from the third sampling point, and the residual ⁇ bl is 0.0211 0 and 0.0231, respectively. , 0.0241. , 0.0251. , 0.0261. , 0.0251. , 0.0261. , 0.0271.
  • Exceeding the set threshold the calculated residuals on other lines and transformers do not exceed the threshold, indicating that there is a gradual failure of the electronic current transformer on line 1, and that the line 2, line 3, and the electronic current transformer on the transformer are both No gradual failure.
  • the Kirchhoff detection is performed on the sampling instantaneous value of the electronic current transformer of all branches on the substation of the substation, and the detection result is greater than 0.027 I.
  • the sum of the current vectors flowing into the busbar is greater than ⁇ 0 , indicating that the electronic current transformer with a gradual fault is located at the head end of line 1, ie ECT3.
  • the actual inspection of the electronic current transformer ECT3 is carried out on site, and it is found that the electronic current transformer is faulty, which proves that the judgment is correct.
  • the experimental results verify the accuracy of the fault diagnosis method of the electronic current transformer of the present invention. .
  • line 3 starts from the fourth sampling point, and the residual ⁇ b3 is 0.0221 0 and 0.0211, respectively. , 0.0221. , 0.0231. , 0.0251. , 0.0271. , 0.0261. , all exceed the set threshold, the calculated residuals on other lines and transformers do not exceed the threshold, indicating that there is a gradual failure of the electronic current transformer on line 3, line 1, line 2, electronic current transformer on the transformer There is no gradual failure.
  • the Kirchhoff detection is performed on the sampling instantaneous value of the electronic current transformer of all branches of the substation bus, and the detection result is less than, that is, the current vector sum of the inflow bus is less than, indicating that the electronic current transformer with the gradual fault is located in the line The end of 3, ECT2.
  • the actual inspection of the electronic current transformer ECT2 is carried out on the spot, and it is found that the electronic current transformer is faulty, which proves that the judgment is correct.
  • the experimental results verify the accuracy of the fault diagnosis method of the electronic current transformer of the present invention. .
  • the transformer starts from the second sampling point and the residual e al is 0.0221 0 and 0.0231, respectively. , 0.0251. , 0.0261. , 0.0281. , 0.0271. , 0.0291. , 0.00301. , 0 ⁇ 031 ⁇ . , ⁇ exceeds the set threshold, the calculated residual on each line does not exceed the threshold, indicating that there is a gradual failure of the electronic current transformer on the transformer, and the electronic current transformers on line 1, line 2, and line 3 are No gradual failure.
  • the detection result is greater than, that is, the current vector sum of the inflow bus is greater than,
  • the electronic current transformer indicating a gradual fault is located on the busbar side of the transformer, ie ECT5.
  • the actual inspection of the electronic current transformer ECT5 is carried out on site, and it is found that the electronic current transformer is faulty, which proves that the judgment is correct.
  • the experimental results verify the accuracy of the fault diagnosis method of the electronic current transformer of the present invention. .
  • the transformer starts from the fifth sampling point, and the residual e al is 0.0221 0 and 0.0231, respectively. , 0.0251. , 0.0261. , 0.0271. , 0.0291. , all exceed the set threshold, the calculated residual on each line does not exceed the threshold, indicating that there is a gradual failure of the electronic current transformer on the transformer, and the electronic current transformers on line 1, line 2, and line 3 are No gradual failure.
  • the Kirchhoff detection is performed on the sampling instantaneous value of the electronic current transformer of all branches of the substation bus, and the detection result is less than, that is, the current vector sum of the inflow bus is less than, indicating that the electronic current transformer with the gradual fault is located in the transformer On the non-busbar side, ie ECT1.
  • the actual inspection of the electronic current transformer ECT1 is carried out on site, and it is found that the electronic current transformer is faulty, which proves that the judgment is correct.
  • the experimental results verify the accuracy of the fault diagnosis method of the electronic current transformer of the present invention. .

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Abstract

一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法，它包括有如下步骤：采集整个变电站电子式互感器的输出信号，并计算各时刻下的输电线路末端和变压器二次侧的理论电流瞬时值，再与对应采集值比较，分别计算出各输电线路首末两端和变压器一二次侧电子式电流互感器的残差，通过残差与设定阈值的比较来判断是否有电子式电流互感器发生渐变性故障，同时对母线注入电流做基尔霍夫检测即可定位故障互感器。本发明操作简便、计算精度高，可在电子式电流互感器不停电、不脱网、无需附加其它硬件设备的条件下，实现渐变性故障的在线诊断。

Description

一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法
本申请要求于 2012年 10月 24 日 提交中 国专利局、 申请号为 201210411341.9、 发明名称为"一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断 方法"的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电力***电气设备故障检测技术领域，特别涉及一种电子式电 流互感器的渐变性故障在线诊断方法。
背景技术
随着智能变电站的建设推广， 电子式互感器的应用日趋广泛。现场运行的 电子式互感器， 由于性能劣化和现场环境恶劣等原因， 其输出与理想状态下的 值往往存在测量误差， 降低了供电可靠性。 由于电子式互感器同电磁式互感器 在原理上有 4艮大的不同， 其可靠性也会呈现出一些新的特点。 实际挂网的电子 式互感器， 运行时间都不长， 大多具有较高的故障率， 且尚处于产品的早期故 障阶段， 电子式互感器在恶劣环境下长期运行后， 性能不再稳定。
目前，尚无有效手段对运行中的电子式电流互感器进行在线监测和故障诊 断。 当其状态出现异常， 将直接影响到站内二次设备功能的实现， 鉴于尚不能 消除电子式电流互感器的故障，研究电子式电流互感器的故障诊断方法具有重 大的现实意义。
目前，对电子式互感器可靠性的研究仅限于事前分析阶段， 大多以校验的 方式对互感器的品质进行离线评估。而在线校验方式则需要特定的标准电流传 感器挂入电网中，且标准通道还需额外的高压侧信号采集处理***、通讯*** 和高压侧供能电源，其最大的弊端是只能人工对单一固定的电子式互感器进行 现场校验，现场灵活性明显大大降低， 由此可见这种方式并不是真正意义上的 实时在线状态监测。国内对电子式互感器的状态监测还停留在定期停电维修的 水平。
基于信号处理的电子式互感器突变性故障诊断，利用小波变换提取电子式 互感器输出信号的突变时刻，并通过检测该时刻下是否有 2个及以上互感器发 生信号突变， 来判断是单互感器故障还是电网本身的故障。该方法对电子式互 感器的突变性故障诊断进行了有益探索， 然而对渐变性故障的诊断仍无能为 力。 当电子式互感器发生渐变性故障时，故障特征信号在时域中表现为跨度大 且局部特征不明显， 很难直接用于故障判断。
由此可见，目前国内外对于电子式电流互感器的故障诊断研究仍处于起步 阶段， 尤其对渐变性故障的诊断几乎处于空白， 尚无成熟的理论和方法可供借 鉴。鉴于针对电子式互感器运行状态识别的研究开展较少， 其监测还停留在定 期停电维修水平，对正在运行的电子式电流互感器进行在线监测， 判断其是否 发生渐变性故障是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电子式电流互感器渐变性故障的诊 断方法， 它无需附加外部硬件检测设备， 可在电子式电流互感器不停电、 不脱 网的条件下， 实现渐变性故障的在线诊断， 准确识别定位智能变电站中的故障 电子式电流互感器。
本发明实施例提供的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法，包括 以下步骤：
采集变电站各条输电线路首端电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信 号和电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号；
由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号和三相电压瞬时信号计 算输电线路末端的三相理论电流瞬时值 iout ( ；
采集各条输电线路末端的电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信号 in {t)；
由采集的输电线路末端的三相电流瞬时信号和计算出的所述三相理论电 流瞬时值计算输电线路首端和末端电流互感器的第一残差 = \in ( - iout ( |； 其 中： 代表第 a条线路的残差， a表示输电线路的条数， a=l、 2、 3... ;
将所述第一残差 与第一设定阈值 ε0进行比较， 如果所述第一残差 εα大于 或等于所述第一设定阈值 ,则第 a条输电线路的首末两端有电子式电流互感 器发生渐变性故障。
优选地， 当判断所述第 a条输电线路的首末两端有电子式电流互感器发生 渐变性故障时， 还包括：
对本变电站母线上所有输电线路的电子式电流互感器的三相电流瞬时信 号做基尔霍夫检测， 若流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障 的电子式电流互感器位于第 a条输电线路的首端；若流入母线的电流矢量和小 于或等于 ,则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 a条输电线路 的末端。
优选地，所述由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号和三相电压 瞬时信号计算输电线路末端的三相理论电流瞬时值^ (0 , 具体为：
由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号计算输电线路首端的电 流正序分量 ^(0、 电流负序分量m2(0和电流零序分量 (0 ; 由采集的输电线 路首端的所述三相电压瞬时信号计算输电线路首端的电压正序分量 ml ( 、 电 压负序分量 m2 ( 和电压零序分量 m。 ( ；
利用公式（ 1 )计算输电线路末端的电流正序分量^ (0、电流负序分量 2w 和电流零序分量 。();
i]n it) = it) - Cxum a) ( + x
Figure imgf000005_0001
(t)] ( 1 ) 其中， R是输电线路的单位长度等效电阻， 针对正序分量、 负序分量和零 序分量的计算， 它分别对应的取值是 Rl、 R2、 R0;
L是输电线路的单位长度等效电感， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Ll、 L2、 LO;
C是输电线路的单位长度等效电容， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Cl、 C2、 CO;
x是输电线路的长度；
()是输电线路末端的电流序分量理论计算值， 针对电流正序分量， ijtx 就是^ (0， 针对电流负序分量， (0就是 2(0， 针对电流零序分量， W就 是 )；
m()是输电线路首端的电流序分量； 针对电流正序分量， m(0就是 mlw; 针对电流负序分量， m( )就是 m2( ); 针对电流零序分量， ^ 就是^ ； um (1) (t) = (um(t)- um(t-At) ) /At-,针对电压正序分量， Wm(0就是 针对电压负序分量， Wm( )就是 Wm2(0; 针对电压零序分量， Wm(0就是 wm。();
im m(t) = [im(t)-im(t-At)]/At ;
L(2) (0 = [ (0 - 2 (t - Δ + im (t - 2Δί)] I At2； 由所述输电线路末端的电流正序分量^ (o、 电流负序分量 .„2(0和电流零 序分量 。(0， 计算输电线路末端的理论电流瞬时值。„,(0， 所对应的三相 理论电流瞬时值分别是^ W、 i 、 n
优选地，所述采集三相电流瞬时信号和所述三相电压瞬时信号的时间间隔 均为 Δ 且 0.05ms <At< 0.25ms。
本发明实施例还提供一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 包括如下步骤：
采集变电站各台变压器一次侧电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信 号和电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号；
由采集的变压器一次侧的所述三相电流瞬时信号 1A(o、 (o、 lc(o和三相 电压瞬时信号 WlA()、 ulB(t)、 ulc(t)计算变压器二次侧的三相电流理论值2j()； 采集变压器的二次侧的电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信号 i2 ( ； 由采集的变压器二次侧的三相电流瞬时信号 2(0和计算出的所述二次侧 的三相电流理论值 2j(o获得变压器一次侧和二次侧电流互感器的第二残差 sb =\i2(t)-i2j(t)\ ;其中： 代表第 b台变压器的残差， b表示变压器的台数， b=l、
2、 3...;
将所述第二残差 与第二设定阈值 进行比较，如果所述第二残差 大于 或等于所述第二设定阈值 , 则第 b 台变压器一次侧和二次侧有电子式电流 互感器发生渐变性故障。
优选地，所述由采集的变压器一次侧的所述三相电流瞬时信号 ^(0、 ilB(t ilc(t)和三相电压瞬时信号 1A(0、 ulB(t)、 ulc(t)计算变压器二次侧的三相电流理 论值 .(0， 具体包括：
利用公式（2)计算出变压器励磁支路的磁通密度增量 Δβ();
Figure imgf000006_0001
式中：
Ul (t)是变压器的一次侧电压瞬时值， 它所对应的三相电压瞬时值是 lA ( 、 ulB(t) - ulc(t)；
i, (t)是变压器的一次侧电流瞬时值， 它所对应的三相电流瞬时值是 ^ ( 、 是变压器一次侧绕组电阻；
是变压器一次侧绕组电感；
是变压器一次绕组匝数；
S是铁磁材料的横截面积；
以磁通密度增量 Δβ(0作为步长，采用四级四阶 Runge-Kutta法对以下方程 进行迭代求解， 从而计算出 t时刻下的磁化强度 Μ()：
Μ -Μ +kSc^^- dM an 氣
dB dMa
μ^δ + μ0 (ί-α)(Μ αη— Μ + kSc
dH, 式中：
d .„ M.
(―, + )； dHe a sinh2 ((B I μ0 + (α-\)Μ)Ι a) ((B I μ0 + (α -\)M) I a)
Mm = M (coth(——― ~ ~ ) )；
a ， Bl μ0 + (α-\)Μ'
M为磁化强度； Ms为饱和磁化强度； k为不可逆磁滞损耗参数， 表征铁 磁材料的阻塞损耗作用； /。为真空磁导率； 《为平均磁场系数， 反映了磁畴间 的耦合； a为表征非磁滞磁化曲线形状的参数； c为磁畴壁弯曲系数； δ = 为
At 方向系数；
将 t时刻下的磁通密度 和磁化强度 Μ()代入到如下公式中， 计算出变 压器 t时刻下的二次侧电流理论值：
Figure imgf000007_0001
式中： /为等效磁路长度； N2为变压器二次侧绕组匝数； (0所对应的三 相电流理论值是^ 、 i (t) . i2jC(t)。
优选地，当判断所述第 b台变压器一次侧和二次侧有电子式电流互感器发 生渐变性故障之后， 还包括：
对母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基尔霍夫检测，若 流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器 位于第 b 台变压器的母线侧； 若流入母线的电流矢量和小于或等于 , 则说 明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 b台变压器的非母线侧。
优选地，所述采集三相电流瞬时信号和所述三相电压瞬时信号的时间间隔 均为 Δ 且 0.05ms < At < 0.25ms。
相对于现有技术， 本发明具有以下有益效果：
本发明从变电站一次***元件的物理电气特性出发搭建诊断平台，通过构 造输电线路和变压器的电路模型， 以建立元件两端的电气联系，将电流计算值 和互感器输出值相比较得到残差故障信息，对提取出的故障特征参考分量进行 分析， 以此进行互感器渐变性故障的辨识。 同时根据母线上基尔霍夫电流定律 的约束， 可对故障互感器进行准确定位。 操作筒便、 计算精度高， 可对时域中 表现为跨度大且局部特征不明显的渐变性故障进行准确识别；本发明利用智能 变电站一次***自身的电子式互感器采集到的数据，即可识别变电站网络中发 生渐变性故障的电子式电流互感器， 无需附加其它任何硬件设备； 本发明可在 电子式互感器不停电、 不脱网的条件下， 实现电子式电流互感器的在线故障诊 断， 不影响现场设备的运行； 故障阈值可根据需要进行任意设定， 能针对不同 程度的故障进行识别， 具有 4艮强的灵活性。
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 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单地介绍，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 出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1是本发明提供的方法实施例一流程图；
图 2是输电线路分布参数电路模型结构示意图；
图 3是图 2中一个单元的电路图；
图 4是包含励磁支路的变压器模型结构示意图；
图 5是本发明实验例中的变电站结构示意图；
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图 1 , 该图为本发明提供的方法实施例一流程图。
本实施例提供的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法，包括以下 步骤：
S101 :采集变电站各条输电线路首端电子式电流互感器输出的三相电流瞬 时信号和电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号；
S102:由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号和三相电压瞬时信 号计算输电线路末端的三相理论电流瞬时值 iout ( ；
S 103：采集各条输电线路末端的电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信 号"）；
S104:由采集的输电线路末端的三相电流瞬时信号和计算出的所述三相理 论电流瞬时值计算输电线路首端和末端电流互感器的第一残差 ^ = ( - ( | ;其中： 代表第 a条线路的残差， a表示输电线路的条数， a=l、 2、 3...;
S105: 将所述第一残差 与第一设定阈值 进行比较， 如果所述第一残差 大于或等于所述第一设定阈值 , 则第 a条输电线路的首末两端有电子式电 流互感器发生渐变性故障。
本发明从变电站一次***元件的物理电气特性出发搭建诊断平台，通过构 造输电线路和变压器的电路模型， 以建立元件两端的电气联系，将电流计算值 和互感器输出值相比较得到残差故障信息，对提取出的故障特征参考分量进行 分析， 以此进行互感器渐变性故障的辨识。 同时根据母线上基尔霍夫电流定律 的约束， 可对故障互感器进行准确定位。 操作筒便、 计算精度高， 可对时域中 表现为跨度大且局部特征不明显的渐变性故障进行准确识别；本发明利用智能 变电站一次***自身的电子式互感器采集到的数据，即可识别变电站网络中发 生渐变性故障的电子式电流互感器， 无需附加其它任何硬件设备； 本发明可在 电子式互感器不停电、 不脱网的条件下， 实现电子式电流互感器的在线故障诊 断， 不影响现场设备的运行； 故障阈值可根据需要进行任意设定， 能针对不同 程度的故障进行识别， 具有 4艮强的灵活性。
下面具体介绍本发明的实现过程。
本发明包括有如下的步骤：
(1)、 采集整个变电站电子式互感器的输出信号
①、实时采集变电站各条输电线路首端电子式电流互感器输出的三相电流 瞬时信号、 电子式电压互感器输出的电压瞬时信号， 采集各条输电线路末端电 子式电流互感器输出的电流瞬时信号 0 , 它所对应的三相电流瞬时信号是 inA(t) , inB(t) , inC(t)； 获取电信号的时间间隔均为 Δ , JL0.05ms< At < 0.25ms ;
②、实时采集变电站各台变压器一次侧电子式电流互感器输出的三相电流 瞬时信号 1A(0、 i1B(0、 (0, 以及电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号 ulA(t), ιι1Β(0、 ulc(t) , 同时， 采集变压器二次侧电子式电流互感器输出的电流 瞬时信号2(0, 它所对应的三相电流瞬时信号是 2A(0、 i2B(t)、 i2c(t)； 获取电信 号的时间间隔均为 Δ , JL0.05ms< At < 0.25ms；
( 2 )、 计算 t时刻下的输电线路末端和变压器二次侧的理论电流瞬时值； ①、 计算 t时刻下的输电线路末端的理论电流瞬时值
用步骤（1)获取的 t时刻下输电线路首端的三相电流瞬时信号和三相电 压瞬时信号， 计算出输电线路首端 t时刻下的电流正序分量ml()、 电流负序分 量 和电流零序分量 (0以及电压正序分量 (0、 电压负序分量^ (0、 电 压零序分量 m。(o, 将它们代入到如下的公式中， 分别计算出输电线路末端的 电流正序分量 ( 、 电流负序分量 ijnl ( 、 电流零序分量 ijn0 ( ：
ijn(t) = (0 - Cxum a) ( + X
Figure imgf000010_0001
上面式中：
R是输电线路的单位长度等效电阻， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Rl、 R2、 R0;
L是输电线路的单位长度等效电感， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Ll、 L2、 L0;
C是输电线路的单位长度等效电容， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 CI、 C2、 CO;
x是输电线路的长度；
()是输电线路末端的电流序分量理论计算值， 针对电流正序分量， ijr t) 就是^ (0， 针对电流负序分量， (0就是 2(0， 针对电流零序分量， w就 是 )；
m( )是输电线路首端的电流序分量； 针对电流正序分量，
针对电流负序分量， 就是 m2(o; 针对电流零序分量， ^ 就是^ ；
um (1) (t) = (um(t)-um(t-At) ) /At;针对电压正序分量， m(0就是^ (0; 针对电压负序分量， m(o就是^ (0; 针对电压零序分量， m(0就是 。();
im m(t) = [im(t)-im(t-At)]/At ;
L(2) (0 = I (0 - 2m (t - Δ + im (t - 2Δί)] I At2；
根据计算得到的 t时刻下输电线路末端的电流正序分量 K)、电流负序分
()、 电流零序分量 ^。(0， 计算出输电线路末端的理论电流瞬时值 它所对应的三相理论电流瞬时值分别是^ (0、 i 、 ioutc(t) ;
②、 计算 t时刻下变压器二次侧的理论电流瞬时值；
将步骤（1)中获取的 t时刻下变压器一次侧三相电流1Α(ο、 ί具 和 三相电压 1A()、 II具 lc( )的瞬时信号代入到如下公式中， 计算出变压器励 磁支路的磁通密度增量 Δβ()：
AB( = ^[Ul(t - Α - ι(ί - Δ "卜 Δ0— "卜 2Δ0 +Μι ( Μ Αίΐ ]Α(
2N:S At At
式中：
u, (t)是变压器的一次侧电压瞬时值， 它所对应的三相电压瞬时值是 lA ( 、 ulB(t)- ulc(t)；
i, (t)是变压器的一次侧电流瞬时值， 它所对应的三相电流瞬时值是 ^ ( 、 τγ是变压器一次侧绕组电阻；
是变压器一次侧绕组电感；
是变压器一次绕组匝数；
S是铁磁材料的横截面积；
以磁通密度增量 Δβ(0作为步长，采用四级四阶 Runge-Kutta法对以下方程 进行迭代求解， 从而计算出 t时刻下的磁化强度 Μ( )：
Μ - Μ + kSc
dM dH
dB dMa
μ^δ + μ0 (1-α)(Μ αη— Μ + kSc
dH, 式中:
d m = s -1 + 1
dHe ~ a sinh2((51 μ0 + {α- 1) ) / a) + ((B I μ0 + ( -ί)Μ) I of an = Ms (coth( ~ ^―^——―) )；
an α Β/μ0 + (α-ϊ)Μ
M为磁化强度； Ms为饱和磁化强度； k为不可逆磁滞损耗参数， 表征铁 磁材料的阻塞损耗作用； /。为真空磁导率； 《为平均磁场系数， 反映了磁畴间 的耦合； a为表征非磁滞磁化曲线形状的参数； c为磁畴壁弯曲系数； δ = 为
At 方向系数；
将 t时刻下的磁通密度 和磁化强度 Μ( )代入到如下公式中， 计算出变 压器 t时刻下的二次侧电流理论值：
M r ，
i2](t) = -^[(B(t)/ o -M( iN、 -¾( ] 式中： /为等效磁路长度； N2为变压器二次侧绕组匝数； 2j(0所对应的三 相电流理论值是^ ()、 i2iB(t) . i2]C(t);
(3 )、分别计算所有输电线路首末两端和变压器一二次侧电子式电流互感 器的残差 、 sb; ①、 输电线路首末两端电流互感器的残差
Figure imgf000012_0001
其 中： 代表第 a条线路的残差， a表示输电线路的条数， a=l、 2、 3...;
②、 变压器一二次侧电流互感器的残差 =|2(0- (0|， 其中： 代表第 b 台变压器的残差， b表示变压器的台数， b=l、 2、 3...;
(4)、 电子式电流互感器渐变性故障判断；
①、 当^ ^^i ^ 时， 为所设定的阈值， 说明变电站一次***中无电 子式电流互感器发生渐变性故障， 将 + Δ作为新的时刻 t, 执行步骤（2);
②、 当 。>s0时, 说明更电站中第 a条输电线路的首末两端有电子式电；^ L 互感器发生渐变性故障， 执行步骤（5); ③、 当 > 时， 说明变电站中第 b台变压器的一二次侧有电子式电流互 感器发生渐变性故障， 执行步骤（6 );
( 5 ),对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基 尔霍夫检测， 若流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障的电子 式电流互感器位于第 a条输电线路的首端；若流入母线的电流矢量和小于或等 于 , 则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 a条输电线路的末 端； 将 + Δ作为新的时刻 t, 执行步骤（2 );
( 6 )、对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基 尔霍夫检测， 若流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障的电子 式电流互感器位于第 b台变压器的母线侧；若流入母线的电流矢量和小于或等 于 ,则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 b台变压器的非母线 侧； 将 + Δ作为新的时刻 t, 执行步骤（2 );
如此循环往复的重复步骤（2 )、 （3 )、 （4 )、 （5 )、 （6 ), 实现实时地对变电 站所有电子式电流互感器的渐变性故障进行在线诊断的目的。
本发明从变电站一次***元件的物理电气特性出发搭建诊断平台，通过构 造输电线路和变压器的电路模型， 以建立元件两端的电气联系，将电流计算值 和互感器输出值相比较得到残差故障信息，对提取出的故障特征参考分量进行 分析， 以此进行互感器渐变性故障的辨识。 同时根据母线上基尔霍夫电流定律 的约束， 可对故障互感器进行准确定位。
本发明是将输电线路完全等效为由无穷多个单元彼此串联而成的电路模 型， 如图 2所示。 每个单元是由电阻、 电感和电容构成， 如图 3所示。 基本思 想是将每个单元建立电路参数微分方程， 把每个微分方程进行反复叠加推算， 即可求出等值电路模型沿线各点的 电流值。 再根据波动原理以特高压线路两 端电流过零点作为共同标准， 利用相对同步时间处理采样值，将电磁波沿线路 的传播过程电路化， 便可得分布参数线路上任何一点的电流是距离 ^和时间 t 的函数关系。 同时， 结合变压器电路方程， 并通过电磁耦合构建了考虑铁磁磁 滞的变压器模型， 如图 4所示， 从而建立变压器元件两端的电流电气联系。 则 可以由变压器一次侧的电压、 电流采样值， 精确计算到二次侧的电流瞬时值。
智能变电站中的电子式电流互感器，输出的电流信号在正常情况下， 必须 满足两方面约束：
a: 一次***元件的电气特性约束；
b: 母线的基尔霍夫电流定律约束。
智能变电站是由变压器、母线和输电线路等一次***电力元件按一定形式 联结而成的整体，其电气运行特性受到元件物理特性约束和母线基尔霍夫电流 定律约束。 本发明可以根据实际需要， 完全控制相对误差在 1%以内， 可由输 电线路和变压器元件一端的电压、 电流采样值，精确计算到另一端的电流瞬时 值，将电流计算瞬时值与该侧电流采样值相比较， 即可提取出电子式电流互感 器的故障特征，进而根据基尔霍夫电流约束准确辨识变电站中的故障电子式电 流互感器。
现结合实验例对本发明作进一步说明：
本实验例所针对的是一 500kV变电站， 变电站结构如图 5所示， 具体参 数如下：
输电线路参数分别为：
1 电阻： Rl=R2=0.02083 Q/km, R0=0.300Q/km;
2 电感： Ll=L2=8.984mH/km,L0=3.159mH /km
3 电容： Cl=C2=0.0129 F/km, C0=0.010 μ F/km;
4 角频率： o =2 f« 314(rad/s);
5三条出线全长分别为 300km、 400km, 300km;
变压器参数为：
1 额定电压： 24 kV /512.5kV;
2 额定容量： 223MVA;
3 绕组匝数： 35/715;
4 高压绕组电阻： 0.7905 Ω ;
5 氐压绕组电阻： 0.0029 Ω ;
6短路阻抗百分比： 16.54%;
7铁心直径： 1200mm;
8铁心横截面积 9343cm2;
9 等效磁路长度 10.87m; 10磁滞回线参数： a=6.5A/m、 =1·49χ 10-5、 Ms=1.48>< 106A/m, k=8.6A/m、 c=0.1 ;
在 2011年 3月 Ί日至 2012年 2月 19 日期间， 对上述变电站中的电子式 电流互感器进行在线监测， 开展渐变性故障诊断， 其中阈值 设定为额定电流 10的 2%, 取 At =0.25ms。
实验例 1 : 2011年 3月 7日， 监测数据如下表 1所示
表 1 残差比较
对应元 各序列残差 /额定电流 （ ε a/Io或 ε b. /Io) 残差项
件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε al 变压器
0 1 3 2 1 2 2 3 2 1
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε bl 线路 1
0 1 1 1 1 1 3 2 1 1
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b2 线路 2
3 2 2 1 3 3 2 5 3 2
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b3 线路 3
1 0 1 1 1 2 1 1 0 1 在表 1中可看出， 各条输电线路与变压器的残差均小于阈值 , 说明变电 站中无电子式电流互感器发生渐变性故障， 经现场检测确无故障， 以此证明判 断正确， 实验结果验证了本发明电子式电流互感器故障诊断方法的准确性。 实验例 2: 2011年 6月 28日， 监测数据如下表 2所示
表 2 残差比较
对应元 各序列残差 /额定电流 （ ε a/Io或 ε b /Io) 残差项
件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε al 变压器
7 4 6 2 1 1 3 5 2 4 ε bi 线路 1 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 4 7 1 3 4 5 6 5 6 7
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε b2 线路 2
3 1 2 4 5 3 2 4 6 7
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε b3 线路 3
1 4 2 1 3 6 4 9 3 1 在表 2中可以看出，线路 1从第三个采样点开始，残差 ε bl分别是 0.02110、 0.0231。、 0.0241。、 0.0251。、 0.0261。、 0.0251。、 0.0261。、 0.0271。， 超过设定的 阈值 , 其它线路和变压器上的计算残差并不超过阈值 , 表明线路 1上有电 子式电流互感器发生渐变性故障， 线路 2、 线路 3、 变压器上电子式电流互感 器均无渐变性故障。对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采样瞬 时值做基尔霍夫检测， 检测结果大于 0.027 I。， 即流入母线的电流矢量和大于 ε0 , 说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于线路 1的首端， 即 ECT3。 此时， 到现场对电子式电流互感器 ECT3进行实际检查， 发现确为该电子式电 流互感器故障， 以此证明判断正确， 实验结果验证了本发明电子式电流互感器 故障诊断方法的准确性。
实验例 3: 2011年 8月 16日， 监测数据如下表 3所示
表 3 残差比较
对应元 各序列残差 /额定电流 （ ε a/Io或 ε b. /Io) 残差项
件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε al 变压器
4 2 5 3 1 2 3 4 2 3
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε bl 线路 1
2 1 1 1 2 4 3 5 1 1
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b2 线路 2
1 1 7 3 2 5 9 7 6 3
0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
£ b3 线路 3
5 9 0 2 1 2 3 5 7 6 在表 3中可看出， 线路 3从第四个采样点开始， 残差 ε b3分别是 0.02210、 0.0211。、 0.0221。、 0.0231。、 0.0251。、 0.0271。、 0.0261。， 均超过设定的阈值 ， 其它线路和变压器上的计算残差并不超过阈值 ，表明线路 3上有电子式电流 互感器发生渐变性故障， 线路 1、 线路 2、 变压器上电子式电流互感器均无渐 变性故障。对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采样瞬时值做基 尔霍夫检测， 检测结果小于 ， 即流入母线的电流矢量和小于 ， 说明发生渐 变性故障的电子式电流互感器位于线路 3的末端， 即 ECT2。 此时， 到现场对 电子式电流互感器 ECT2进行实际检查， 发现确为该电子式电流互感器故障， 以此证明判断正确，实验结果验证了本发明电子式电流互感器故障诊断方法的 准确性。
实验例 4: 2011年 12月 21 日， 监测数据如下表 4所示
表 4 残差比较
对应元 各序列残差 /额定电流 （ ε a/Io或 ε b. /Io)
残差项
件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 ε al 变压器
8 2 3 5 6 8 7 9 0 1
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε bl 线路 1
1 2 1 1 3 2 1 1 2 1
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b2 线路 2
2 2 1 3 4 1 3 4 6 5
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b3 线路 3
5 4 2 1 3 2 2 2 1 1 在表 4中可看出， 变压器从第二个采样点开始， 残差 e al分别是 0.02210、 0.0231。、 0.0251。、 0.0261。、 0.0281。、 0.0271。、 0.0291。、 0.00301。、 0·031 Ι。， ^ 超过设定的阈值 ， 各条线路上的计算残差并不超过阈值 ， 表明变压器上有 电子式电流互感器发生渐变性故障， 线路 1、 线路 2、 线路 3上电子式电流互 感器均无渐变性故障。对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采样 瞬时值做基尔霍夫检测， 检测结果大于 ， 即流入母线的电流矢量和大于 ， 说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于变压器的母线侧， 即 ECT5。 此 时， 到现场对电子式电流互感器 ECT5进行实际检查， 发现确为该电子式电流 互感器故障， 以此证明判断正确， 实验结果验证了本发明电子式电流互感器故 障诊断方法的准确性。
实验例 5: 2012年 1月 30日， 监测数据如下表 5所示
表 5 残差比较
对应元 各序列残差 /额定电流 （ ε a/Io或 ε b. /Io)
残差项
件 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 ε al 变压器
3 5 8 9 2 3 5 6 7 9
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ε bl 线路 1
2 1 1 3 5 4 2 3 1 2
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b2 线路 2
1 3 1 3 4 3 3 2 4 3
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
£ b3 线路 3
7 3 5 3 2 2 1 3 1 1 在表 5中可看出， 变压器从第五个采样点开始， 残差 e al分别是 0.02210、 0.0231。、 0.0251。、 0.0261。、 0.0271。、 0.0291。， 均超过设定的阈值 ， 各条线路 上的计算残差并不超过阈值 ，表明变压器上有电子式电流互感器发生渐变性 故障， 线路 1、 线路 2、 线路 3上电子式电流互感器均无渐变性故障。 对本变 电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采样瞬时值做基尔霍夫检测，检测 结果小于 ， 即流入母线的电流矢量和小于 ， 说明发生渐变性故障的电子式 电流互感器位于变压器的非母线侧， 即 ECT1。 此时， 到现场对电子式电流互 感器 ECT1进行实际检查， 发现确为该电子式电流互感器故障， 以此证明判断 正确， 实验结果验证了本发明电子式电流互感器故障诊断方法的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的 限制。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明。 任何 熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述 揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改 为等同变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本 于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

权 利 要 求
1、 一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于， 包 括以下步骤：
采集变电站各条输电线路首端电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信 号和电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号；
由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号和三相电压瞬时信号计 算输电线路末端的三相理论电流瞬时值 iout (t)；
采集各条输电线路末端的电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信号 由采集的输电线路末端的三相电流瞬时信号和计算出的所述三相理论电 流瞬时值计算输电线路首端和末端电流互感器的第一残差 εα =
Figure imgf000020_0001
~ io ； 其 中： 代表第 a条线路的残差， a表示输电线路的条数， a=l、 2、 3...;
将所述第一残差 ^与第一设定阈值 ε0进行比较， 如果所述第一残差 εα大于 或等于所述第一设定阈值 ,则第 a条输电线路的首末两端有电子式电流互感 器发生渐变性故障。
2、根据权利要求 1所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于， 当判断所述第 a条输电线路的首末两端有电子式电流互感器发生 渐变性故障时， 还包括：
对本变电站母线上所有输电线路的电子式电流互感器的三相电流瞬时信 号做基尔霍夫检测， 若流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障 的电子式电流互感器位于第 a条输电线路的首端；若流入母线的电流矢量和小 于或等于 ,则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 a条输电线路 的末端。
3、根据权利要求 1所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于，所述由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号和三相电压 瞬时信号计算输电线路末端的三相理论电流瞬时值 , 具体为：
由采集的输电线路首端的所述三相电流瞬时信号计算输电线路首端的电 流正序分量 ml(0、 电流负序分量 m2(0和电流零序分量 (0 ; 由采集的输电线 路首端的所述三相电压瞬时信号计算输电线路首端的电压正序分量 uml (0、 电 压负序分量 um2 ( 和电压零序分量 um0 (0；
利用公式（ 1 )计算输电线路末端的电流正序分量^ (o、电流负序分量 „2(0 和电流零序分量 。w;
ijn (0 = (0 - Cxu l) ( + x
Figure imgf000021_0001
(0 + LCx2i (t)] ( 1 ) 其中， R是输电线路的单位长度等效电阻， 针对正序分量、 负序分量和零 序分量的计算， 它分别对应的取值是 Rl、 R2、 R0;
L是输电线路的单位长度等效电感， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Ll、 L2、 LO;
C是输电线路的单位长度等效电容， 针对正序分量、 负序分量和零序分量 的计算， 它分别对应的取值是 Cl、 C2、 CO;
x是输电线路的长度；
是输电线路末端的电流序分量理论计算值， 针对电流正序分量， ijn( 就是^ (0， 针对电流负序分量， ijn t)Hijn2 t)， 针对电流零序分量， 就 是 )；
m(0是输电线路首端的电流序分量； 针对电流正序分量， m(0就是 mlW; 针对电流负序分量， m(o就是 m2(o;针对电流零序分量， ^ 就是^ ；
um (1) (t) = (um(t)-um(t-At) ) /At;针对电压正序分量， Wm()就是 Wml(); 针对电压负序分量， Wm()就是 Wm2(0; 针对电压零序分量， Wm(0就是《m。W;
im m(t) = [im(t)-im(t-At)]/At ;
im (2) (t) = [im (t) - 2im (t - Δ + im (t - 2Δί)] I At2；
由所述输电线路末端的电流正序分量 ijnl ( 、 电流负序分量 ijnl (t)和电流零 序分量 。(0， 计算输电线路末端的理论电流瞬时值。„,(0， 。„,(0所对应的三相 理论电流瞬时值分别是^ (0、 i 、 i 。
4、根据权利要求 1所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于，所述采集三相电流瞬时信号和所述三相电压瞬时信号的时间间隔 均为 Δ 且 0.05ms≤Δ ≤ 0.25m"
5、 一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于， 包 括如下步骤：
采集变电站各台变压器一次侧电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信 号和电子式电压互感器输出的三相电压瞬时信号；
由采集的变压器一次侧的所述三相电流瞬时信号 1A(0、 ilB(t lc(0和三相 电压瞬时信号 WlA()、 ulB(t)、 ulc(t)计算变压器二次侧的三相电流理论值2j()； 采集变压器的二次侧的电子式电流互感器输出的三相电流瞬时信号 i2 ( ； 由采集的变压器二次侧的三相电流瞬时信号 2(0和计算出的所述二次侧 的三相电流理论值 2j(o获得变压器一次侧和二次侧电流互感器的第二残差 sb = ;
Figure imgf000022_0001
其中： 代表第 b台变压器的残差， b表示变压器的台数， b=l、 2、 3...;
将所述第二残差 与第二设定阈值 进行比较，如果所述第二残差 sb大于 或等于所述第二设定阈值 , 则第 b 台变压器一次侧和二次侧有电子式电流 互感器发生渐变性故障。
6、根据权利要求 5所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于，所述由采集的变压器一次侧的所述三相电流瞬时信号 1A(0、 i ilc(t)和三相电压瞬时信号 WlA(0、 ulB(t)、 ulc(t)计算变压器二次侧的三相电流理 论值 2j()， 具体包括：
利用公式（2)计算出变压器励磁支路的磁通密度增量 Δβ();
2NS At At
式中：
u, (t)是变压器的一次侧电压瞬时值， 它所对应的三相电压瞬时值是 WlA ( 、 ulB(t) , ulc(t)；
i, (t)是变压器的一次侧电流瞬时值， 它所对应的三相电流瞬时值是 1A ( 、 τγ是变压器一次侧绕组电阻；
是变压器一次侧绕组电感；
是变压器一次绕组匝数；
S是铁磁材料的横截面积；
以磁通密度增量 Δβ(0作为步长，采用四级四阶 Runge-Kutta法对以下方程 进行迭代求解， 从而计算出 t时刻下的磁化强度 Μ()： dM
- M + kSc
dM dH
dB dM a
μ^δ + μ0 (l-a )(M an— M + kSc
氣
式中:
d m = s -1 + 1
dHe ~ a sinh2((51 μ0 + {α- 1) ) / a) + ((B I μ0 + ( -ί)Μ) I of
,Λ ,Λ r i .B I μ0+(α-\)Μ , a 、
aii = rcoth( ~ ^ ~ ~ ) )；
an α Β/μ0 + (α-ϊ)Μ M为磁化强度； Ms为饱和磁化强度； k为不可逆磁滞损耗参数， 表征铁 磁材料的阻塞损耗作用； /。为真空磁导率； 《为平均磁场系数， 反映了磁畴间 的耦合； a为表征非磁滞磁化曲线形状的参数； c为磁畴壁弯曲系数； δ = 为
At 方向系数；
将 t时刻下的磁通密度 和磁化强度 Μ( )代入到如下公式中， 计算出变 压器 t时刻下的二次侧电流理论值：
Figure imgf000023_0001
式中： Z为等效磁路长度； N2为变压器二次侧绕组匝数； 2j(0所对应的三 相电流理论值是 2jA(0、 i2jB(t) . i2]c(0。
7、根据权利要求 5所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法， 其特征在于，当判断所述第 b台变压器一次侧和二次侧有电子式电流互感器发 生渐变性故障之后， 还包括：
对母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基尔霍夫检测，若 流入母线的电流矢量和大于 , 则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器 位于第 b 台变压器的母线侧； 若流入母线的电流矢量和小于或等于 , 则说 明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第 b台变压器的非母线侧。
8、 根据权利要求 5-7任一项所述的电子式电流互感器的渐变性故障在线 诊断方法， 其特征在于， 所述采集三相电流瞬时信号和所述三相电压瞬时信号 的时间间隔均为 Δ 3-0.05ms < At < 0.25ms。
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