CN103884953B - 一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，用于评估所述阻尼回路运行状况的诊断分析模块、用于调节所述阻尼回路的输入功率的功率模块、数据采集模块、人机交互模块；所述诊断分析模块与外部交流电源相连，所述功率模块的输入端连接诊断分析模块，输出端连接包含所述阻尼回路的外部引出端子，数据采集模块用于采集所述阻尼回路的参数并传递至诊断分析模块，人机交互模块与诊断分析模块连接，用于完成人与诊断分析模块之间的信息交换。本发明操作便捷，搭建平台简单，稳定性高，可精确地测量出被测设备阻尼回路电流、电压的有效值、峰值及相应的波形曲线，科学合理判断电容式电压互感器阻尼回路状态，保障设备安全稳定运行。

Description

一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统

技术领域

本发明涉及电容式电压互感器的技术领域，特别是涉及一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统。

背景技术

电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元两部分组成，阻尼回路属于电磁单元的一部分，可抑制持续的铁磁谐振。在日常预防性试验项目中，阻尼回路故障导致电容式电压互感器退出运行的数量约占总故障数的60％以上。由于无法准确开展阻尼回路状态分析工作，造成电容式电压互感器电磁部分运行中频繁出现发热、二次电压异常，甚至低压熔断器爆裂等故障，对设备的安全、电网的稳定运行极其不利，严重影响了系统的安全稳定运行，降低了网架可利用率和公司经济效益。

目前，部分高压试验人员已逐步开始结合阻尼回路工作原理，利用包含所述阻尼回路的外部引出端子，即电容式电压互感器就地端子盒内二次引出端子，通过配置调压器、电压表、电流表以及空开等系列试验设备，直接测试阻尼电流、电压以分析判断异常状况。然而，这种检测方式主要是凭借工作人员的经验，进行试探性的诊断，搭建试验设备繁琐，稳定性差，而且由于波形畸变因素，无法指示电流真有效值。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提出了一种可适用于各电压等级的便携式电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，能够自动诊断出阻尼回路的故障，并且搭建试验设备简单，稳定性高，保障电力系统安全生产。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，包括用于评估所述阻尼回路运行状况的诊断分析模块、用于调节所述阻尼回路的输入功率的功率模块、数据采集模块和人机交互模块；所述诊断分析模块与外部交流电源相连，所述功率模块的输入端连接诊断分析模块，输出端连接所述阻尼回路的外部引出端子，数据采集模块用于采集所述阻尼回路的参数并传递至诊断分析模块，人机交互模块与诊断分析模块连接，用于完成人与诊断分析模块之间的信息交换。

通过利用电容式电压互感器就地端子盒内二次引出端子，搭建含阻尼回路的二端口网络，利用数据采集模块采集该阻尼回路电流、电压等参数，进而利用诊断分析模块评估判断阻尼回路健康状况信息并显示在人机交互模块上。本发明操作便捷，搭建试验设备简单，稳定性高。

所述诊断分析模块包括与外部交流电源相连的电源输入端、与所述功率模块相连的电源输出端、与所述人机交互模块相连的通讯端、与所述数据采集模块相连的数据接口、用于处理数据的控制芯片，所述控制芯片的输入端与数据接口相连，输出端与通讯端连接。

所述诊断分析模块还包括保护端，用于在所述数据接口采集的电压或电流过大时自动放电、停止采集并将所述数据接口和被测设备接地。

所述功率模块包括自耦变压器和隔离变压器，自耦变压器的功率启动部分连接所述电源输出端并采用过零点触发，输出部分采用所述隔离变压器进行隔离输出。可以在功率启动时避免大电流冲击对仪器的损坏。

所述数据采集模块包括电压互感器和电流互感器。可检测阻尼回路电流和电压的有效值、峰值及相应的波形曲线，进而诊断出阻尼回路故障。

所述电流互感器包括用于精确地采集所述自耦变压器输出端的模拟信号的高精度传感仪和用于屏蔽对所述模拟信号的电磁干扰的屏蔽装置。可以提高测试的精度和稳定性。

所述控制芯片包括：数据输入端，用于输入诊断数据；数模转换端，用于将所述诊断数据中的模拟信号转换为数字信号；数据处理端，用于处理所述诊断数据；数据输出端，用于输出所述诊断数据的处理结果。可输入被测设备厂家电流控制值和主要谐波参量以及数据接口检测到的数据，计算被测的二端口网络的电容、电阻和电感，与厂家给出的理论值进行比较，同时分析电流波形各谐波参量，提供综合判断报告。

所述人机交互模块包括采用蓝牙技术与所述通讯端进行通讯的输入设备和显示终端。可避免与外部电源建立物理连接，从而本故障诊断系统和试验人员的绝对安全。

所述诊断分析模块、功率模块、数据采集模块和人机交互模块采用一体化固封组合装配工艺制作。集成化程度高，便捷性强，可确保本故障诊断系统的稳定性。

本发明的优点是：第一，操作便捷，搭建试验设备简单，稳定性高，可检测阻尼回路电流和电压的有效值、峰值及相应的波形曲线；第二，电压、电流输出稳定，测试精度可达到1％，频率测试精度可达到0.2％，并可以显示电压和电流的波形及进行谐波分析；第三，电压分级输出，可根据需要选择输出电压并由电动控制；第四，提供过电压、过电流保护，降低了阻尼回路故障诊断过程中人员和设备的风险，提高了稳定性；第五，提供多种通讯模式，可采用蓝牙技术进行无线连接，操作更加智能便捷；第六，各模块一体化集成，集成化程度高，稳定性强，有力降低了阻尼回路故障诊断现场的风险，提高了实际操作的便捷性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为电容式电压互感器的电气原理图；

附图标记说明：1、诊断分析模块；2、自耦变压器；3、人机交互模块；4、电流互感器；5、电压互感器；6、隔离变压器。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，包括用于评估所述阻尼回路运行状况的诊断分析模块1、用于调节所述阻尼回路的输入功率的功率模块、数据采集模块和人机交互模块3；所述诊断分析模块1与外部交流电源相连，所述功率模块的输入端连接诊断分析模块1，输出端连接所述阻尼回路的外部引出端子，数据采集模块用于采集所述阻尼回路的参数并传递至诊断分析模块1，人机交互模块3与诊断分析模块1连接，用于完成人与诊断分析模块1之间的信息交换。

所述诊断分析模块1包括与外部交流电源相连的电源输入端、与所述功率模块相连的电源输出端、与所述人机交互模块3相连的通讯端、与所述数据采集模块相连的数据接口、用于处理数据的控制芯片，所述控制芯片的输入端与数据接口相连，输出端与通讯端连接。

所述功率模块包括自耦变压器2和隔离变压器6，自耦变压器2的功率启动部分连接所述电源输出端并采用过零点触发，输出部分采用所述隔离变压器6进行隔离输出。

所述数据采集模块包括电压互感器5和电流互感器4。电流互感器4从自耦变压器2的输出部分接入、电压互感器5从隔离变压器6的二次侧接入后，共同连接至诊断分析模块1的数据接口。

所述人机交互模块3包括采用蓝牙技术与所述通讯端进行通讯的输入设备和显示终端。

本发明在分析各类型阻尼回路工作原理和对比各电压等级二次端子外部抽头设计的基础上，综合考虑各种现场工况，合理设计考核方法，提出了一种可适用于各电压等级的便携式电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，以完善电力系统中针对电容式电压互感器阻尼回路故障诊断手段，可使试验人员精确地测试、判断电容式电压互感器阻尼回路状态，以保障设备安全稳定运行。

如图2，电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformers)，简称CVT，其阻尼回路一般由电感、电容和电阻组成，分布在da-dn抽头区域之间。工频情况下，因阻尼回路中的电容Cx与电感Lx产生并联谐振，阻尼回路呈高阻状态，相当于开路，流经电阻Rz的电流极小，发热功率也很低；当CVT中一旦产生次谐波时，电感Lx和电容Cx在次谐波频率下失谐，阻抗降低，阻尼电阻Rz上就会有较大的次谐波电流通过，次谐波的能量就会在电阻Rz上消耗尽，而次谐波也就因而消亡。可见，阻尼回路的测试主要就是测量阻尼电流。

本发明实施例中，利用电容式电压互感器就地端子盒内二次引出端子，搭建含阻尼回路的二端口网络，进而利用电流互感器4、电压互感器5采集该阻尼回路电流波形及大小，计算额定电压下的电流值，并利用诊断分析模块1评估判断阻尼回路健康状况信息并显示在人机交互模块3的显示终端上；操作便捷，平台稳定，可精确地测量出被测设备阻尼回路电流及电压的有效值、峰值及相应的波形曲线，根据检测出的波形情况判断阻尼回路的健康状况、判断故障原因等。

其中，自耦变压器2为输入部分采用过零点触发方式启动的自耦变压器，可以避免大电流冲击，防止仪器损坏；诊断分析模块1还包括保护端，用于在所述数据接口采集的电压或电流过大时，利用外部接地引出端子，自动放电、停止采集并将所述数据接口和被测设备接地，可避免电流或电压过高而引发事故，提高本故障诊断系统的稳定性。

自耦变压器2与隔离变压器6相连，形成了一个传输中功率恒定的功率单元，自耦变压器2为功率单元的输入部分，隔离变压器6为功率单元的输出部分，从输入部分至输出部分没有功率损耗。实际应用时，诊断分析模块1的保护端配备过压、过流保护功能，自耦变压器2采用电动式自耦变压器，其电动调压方式下具备100V和150V两个电压输出模式可供选择，其中选择100V量程时，在过压保护的情况下，不可再继续调高电压；输出部分采用1：1隔离变压器进行隔离输出，且输出电压可通过本机或远程分机控制；电流超过5A或电压超过150V的情况下，本电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统利用外部接线引出端子，在试验过载时接地，自动放电并退出测试程序，从而有效保护仪器和被测设备。

电流互感器4选用高精度传感仪进行数据采样，并增加电磁干扰屏蔽措施，可以去除干扰，提高测试精度，使电压、电流输出稳定，测试精度可达到1％，频率测试精度可达到0.2％。

诊断分析模块1的控制芯片包括：数据输入端，用于输入诊断数据；数模转换端，用于将所述诊断数据中的模拟信号转换为数字信号；数据处理端，用于处理所述诊断数据；数据输出端，用于输出所述诊断数据的处理结果。数据输入端与诊断分析模块1的数据接口连接，同时与外部输入设备相连，供人工主动输入数据，数据转换端采用12位高速AD进行数模转换，数据输出端与诊断分析模块1的通讯端连接，由于该二端口网络只有电容电阻电感，按厂家给出的参考值，可计算出额定电压下该二端口网络的电流理论值，再与实际检测值相比较；同时，电阻是可直接测量的，即可判断是电阻故障还是电抗故障；进一步，可分析电流波形各谐波参量，提供综合判断报告；之后一并将诊断数据的处理结果输出至通讯端。

人机交互模块3的显示终端可同屏实时显示检测到的电压、电流波形及其有效值，电流各谐波参量和评估结果。采用蓝牙技术与诊断分析模块1的通讯端建立通讯连接，可避免与外部电源建立物理连接，从而保障本故障诊断系统和试验人员的绝对安全。

诊断分析模块、功率模块、数据采集模块和人机交互模块采用一体化固封组合装配工艺制作。在高压、超高压的环境下，试验仪器搭建复杂，干扰较多，稳定性不强，还具有一定的危险性，本发明的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，设计好内部元器件布局后，采用一体化固封组合装配工艺制作，仅需将隔离变压器的二次侧与电容式电压互感器就地端子盒内二次引出端子相连即可进行检查，其集成化程度高，便捷性强，确保本故障诊断系统的稳定性。

在实际应用时，首先通过调整被测设备二次引出端子连接方式，构成含阻尼回路的二端口网络，即构建阻尼回路单独试验通路，然后在诊断分析模块1控制芯片的数据输入端预先输入被测设备厂家控制值和谐波参量，再将二端口网络输入点连接于隔离变压器6的输出端口，在控制芯片选择合适的电压量程，确认保护单元的投入情况，继而对被测设备进行加压，通过高精度电流互感仪测试该二端口网络中的电流，测试数值经过12位高速AD转换，实时在显示终端输出电压大小和波形、频率值、阻尼回路电流大小和波形，待输出电压稳定后，自动进行阻尼回路电流各谐波参量分析，并进行分析评估，显示评估结果，完成测试。

本发明的诊断系统，可检测阻尼回路电流和电压的有效值、峰值及相应的波形曲线；电压、电流输出稳定，测试精度可达到1％，频率测试精度可达到0.2％，并可以显示电压和电流的波形及进行谐波分析；电压分级输出，可根据需要选择输出电压并由电动控制；提供过电压、过电流保护，降低了阻尼回路故障诊断过程中人员和设备的风险，提高了稳定性；提供多种通讯模式，可采用蓝牙技术进行无线连接，操作更加智能便捷；各模块一体化集成，集成化程度高，稳定性强，有力降低了阻尼回路故障诊断现场的风险，提高了实际操作的便捷性。使试验人员能够有效克服使用环境、作业安全风险、精确度、可靠性等制约因素，采用便捷的操作，配合可靠的控制保护装置，科学合理判断电容式电压互感器阻尼回路状态，保障设备安全稳定运行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，包括用于评估所述阻尼回路运行状况的诊断分析模块、用于调节所述阻尼回路的输入功率的功率模块、数据采集模块和人机交互模块；所述诊断分析模块与外部交流电源相连，所述功率模块的输入端连接诊断分析模块，输出端连接所述阻尼回路的外部引出端子，数据采集模块用于采集所述阻尼回路的参数并传递至诊断分析模块，人机交互模块与诊断分析模块连接，用于完成人与诊断分析模块之间的信息交换。

2.根据权利要求1所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述诊断分析模块包括与外部交流电源相连的电源输入端、与所述功率模块相连的电源输出端、与所述人机交互模块相连的通讯端、用于处理数据的控制芯片和与所述数据采集模块相连的数据接口，所述控制芯片的输入端与数据接口相连，输出端与通讯端连接。

3.根据权利要求2所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述诊断分析模块还包括保护端，用于在所述数据接口采集的电压或电流过大时自动放电、停止采集并将所述数据接口和被测设备接地。

4.根据权利要求2所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述功率模块包括自耦变压器和隔离变压器，自耦变压器的功率启动部分连接所述电源输出端并采用过零点触发，输出部分采用所述隔离变压器进行隔离输出。

5.根据权利要求4所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电压互感器和电流互感器。

6.根据权利要求5所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述电流互感器包括用于精确地采集所述自耦变压器输出端的模拟信号的高精度传感仪和用于屏蔽对所述模拟信号的电磁干扰的屏蔽装置。

7.根据权利要求2-6任意一项所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述控制芯片包括：

数据输入端，用于输入诊断数据；

数模转换端，用于将所述诊断数据中的模拟信号转换为数字信号；

数据处理端，用于处理所述诊断数据；

数据输出端，用于输出所述诊断数据的处理结果。

8.根据权利要求2所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述人机交互模块包括采用蓝牙技术与所述通讯端进行通讯的输入设备和显示终端。

9.根据权利要求1所述的电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，其特征在于，所述诊断分析模块、功率模块、数据采集模块和人机交互模块采用一体化固封组合装配工艺制作。