CN104777446B - 一种电容型电流互感器在线故障诊断装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容型电流互感器在线故障诊断装置与方法，包括罗夫斯基线圈、泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块、泄漏电流特征量提取模块和故障诊断模块，本发明能够在线诊断电容型电流互感器主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂以及区分主绝缘故障与二次线圈故障，对防止和减小电容型电流互感器故障进一步扩大与发展，正确指导其检修工作。

Description

一种电容型电流互感器在线故障诊断装置及方法
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测领域，特别涉及一种电容型电流互感器在线故障诊断装置。
背景技术
电容型电流互感器是电力系统中重要的设备之一，它的正常与否直接影响电力系统的安全运行。近年来电容型电流互感器故障呈现上升趋势，造成设备损坏的几率增加，严重威胁电流互感器的正常运行。目前，常规例行试验(如绝缘电阻、介质损耗测量)对于贯穿性缺陷反应灵敏，但对于局部缺陷不够灵敏。红外测温技术只有当故障发展到一定程度，发生制热才能检测出来，难以诊断初期故障。油色谱检测技术能够检测到电容式电流互感器的初期故障，但是对于互感器该技术存在以下两点不足：(1)离线油色谱检测需要经常取油样，互感器器身内绝缘油本来不是很多，经常取油样将导致互感器内缺油影响其安全运行；(2)在线油色谱检测设备昂贵，不适合单台互感器。高频局放以及超声波局放检测技术能够检测到互感器内部放电故障，但只有当互感器内部放电时才能检测到故障，难以实现在线连续检测，而且该方法无法检测到互感器内部电容屏受潮等故障。因此，鉴于以上检测方法的不足，本发明采用在线采集电容型电流互感器末屏泄漏电流信号，经过降噪处理后，提取反映主绝缘性能的敏感特征量，从而能够在线诊断电容型电流互感器主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂以及区分主绝缘故障与二次线圈故障，对防止和减小电容型电流互感器故障进一步扩大与发展，正确指导其检修工作，预防电网事故具有重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对已知技术存在的缺陷，本发明采用在线采集电容型电流互感器末屏泄漏电流信号，经过降噪处理后，提取反映主绝缘性能的敏感特征量，从而能够在线诊断电容型电流互感器主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂以及区分主绝缘故障与二次线圈故障，有利于防止和减小电容型电流互感器故障进一步扩大与发展，正确指导其进行检修。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种电容型电流互感器在线故障诊断装置，包括罗夫斯基线圈、泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块、泄漏电流特征量提取模块和故障诊断模块，所述的罗夫斯基线圈设置于待测的电容型电流互感器末屏地线上并顺次连接泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块、泄漏电流特征量提取模块和故障诊断模块。
所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断装置，所述的泄漏电流信号前级处理模块为信号放大电路。
所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断装置，所述的数据采集模块为计算机上所设置的数据采集卡。
一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，采用如权利要求1-3所述的任一装置，包括以下步骤：
步骤1：罗夫斯基线圈采集电容型电流互感器末屏处的泄漏电流信号，将泄漏电流信号变换成电压信号，依次经泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块和泄漏电流特征量提取模块进行处理，最后提取出反映主绝缘性能的泄漏电流特征量，将泄漏电流特征量发送至故障诊断模块进行分析；
步骤2：故障诊断模块基于泄漏电流特征量与电容型电流互感器故障类型之间的关系，建立最小支持向量机评估模型，对电容型电流互感器故障类型进行分析。
所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，所述的泄漏电流特征量包括泄漏电流脉冲幅值熵、能量比和能量；
脉冲幅值熵反映泄漏电流脉冲幅值的复杂程度，即：
式中：I(k)为脉冲幅值，mA；Isum为N个脉冲幅值之和，mA；p(k)为第k个脉冲幅值与Isum之比；S为脉冲幅值熵；
能量比反映泄漏电流正弦波形的畸变程度，即：
式中：iL(k)为0-100Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；iH(k)为100-1000Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；K为两频段的能量比；fs为采样频率，5000Hz；N为数据采样点数，5分钟一共采样300×fs次；
能量反映了泄漏电流的整体大小，即：
E＝EL+EH
式中：EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；E为两频段能量之和，也就是0-1000Hz频段的能量，mA2·S。
所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，所述的电容型电流互感器故障类型包括：主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂。
所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，建立最小支持向量机评估模型的步骤包括：提取泄漏电流特征量，进行归一化处理，然后作为训练样本，通过遗传算法参数寻优，建立最小支持向量机评估模型。
本发明的技术效果在于：
(1)能够在线诊断电容型电流互感器主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂以及区分主绝缘故障与二次线圈故障；
(2)可防止和减小电容型电流互感器故障进一步扩大与发展，正确指导其检修工作，预防电网事故的发生。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明诊断流程示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明装置包括罗夫斯基线圈、泄漏电流信号前级处理、数据采集系统、去噪处理、泄漏电流特征量提取、故障诊断。罗夫斯基线圈可根据泄漏电流采集范围与精度在厂家定做；泄漏电流信号前级处理由信号放大电路构成，将泄漏电流信号放大至NI数据采集卡可接受的输入电压范围；数据采集系统由个人电脑、NI公司USB-6215数据采集卡以及配套的LABVIEW软件组成；去噪处理采用小波阀值去噪原理对泄漏电流信号进行去噪处理；泄漏电流特征量提取通过对泄漏电流信号进行分析处理，提取反映主绝缘性能的敏感特征量；故障诊断根据特征量参数，进行综合比较分析。
本发明的工作原理是：首先，通过罗夫斯基线圈1采集电容型电流互感器末屏处泄漏电流信号，将泄漏电流信号变换成电压信号；然后，通过泄漏电流信号前级处理2将泄漏电流信号放大至NI数据采集卡可接受的输入电压范围；第三步，通过数据采集系统3将泄漏电流模拟信号转换成数字信号，并且传送到计算机中；第四步，采用小波阀值去噪原理对泄漏电流信号进行去噪处理，滤除干扰信号；第五步，对泄漏电流信号进行分析处理，提取反映主绝缘性能的敏感特征量；最后，根据特征量参数，进行归一化处理，然后作为训练样本，通过遗传算法参数寻优，建立最小支持向量机评估模型，从而对电容型电流互感器故障进行诊断。
其中特征量包括泄漏电流脉冲幅值熵、能量比和能量；
脉冲幅值熵反映泄漏电流脉冲幅值的复杂程度，即：
式中：I(k)为脉冲幅值，mA；Isum为N个脉冲幅值之和，mA；p(k)为第k个脉冲幅值与Isum之比；S为脉冲幅值熵；
能量比反映泄漏电流正弦波形的畸变程度，即：
式中：iL(k)为0-100Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；iH(k)为100-1000Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；K为两频段的能量比；fs为采样频率，5000Hz；N为数据采样点数，5分钟一共采样300×fs次；
能量反映了泄漏电流的整体大小，即：
E＝EL+EH
式中：EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；E为两频段能量之和，也就是0-1000Hz频段的能量，mA2·S。
其中电容型电流互感器故障类型包括：主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂。

Claims (3)

1.一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，其特征在于，采用一种电容型电流互感器在线故障诊断装置，包括罗夫斯基线圈、泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块、泄漏电流特征量提取模块和故障诊断模块，所述的罗夫斯基线圈设置于待测的电容型电流互感器末屏地线上并顺次连接泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块、泄漏电流特征量提取模块和故障诊断模块；
所述的泄漏电流信号前级处理模块为信号放大电路；
所述的数据采集模块为计算机上所设置的数据采集卡；
包括以下步骤：
步骤1：罗夫斯基线圈采集电容型电流互感器末屏处的泄漏电流信号，将泄漏电流信号变换成电压信号，依次经泄漏电流信号前级处理模块、数据采集模块、去噪处理模块和泄漏电流特征量提取模块进行处理，最后提取出反映主绝缘性能的泄漏电流特征量，将泄漏电流特征量发送至故障诊断模块进行分析；
步骤2：故障诊断模块基于泄漏电流特征量与电容型电流互感器故障类型之间的关系，建立最小支持向量机评估模型，对电容型电流互感器故障类型进行分析；
所述的泄漏电流特征量包括泄漏电流脉冲幅值熵、能量比和能量；
脉冲幅值熵反映泄漏电流脉冲幅值的复杂程度，即：
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式中：I(k)为脉冲幅值，mA；Isum为N个脉冲幅值之和，mA；p(k)为第k个脉冲幅值与Isum之比；S为脉冲幅值熵；
能量比反映泄漏电流正弦波形的畸变程度，即：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>L</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>L</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>H</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>H</mi> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>K</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>E</mi> <mi>H</mi> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
式中：iL(k)为0-100Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；iH(k)为100-1000Hz频段泄漏电流瞬时采样值，mA；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；K为两频段的能量比；fs为采样频率，5000Hz；N为数据采样点数，5分钟一共采样300×fs次；
能量反映了泄漏电流的整体大小，即：
E＝EL+EH
式中：EL为0-100Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；EH为100-1000Hz频段泄漏电流能量，mA2·S；E为两频段能量之和，也就是0-1000Hz频段的能量，mA2·S。
2.根据权利要求1所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，其特征在于，所述的电容型电流互感器故障类型包括：主绝缘内部受潮、局部放电、电容屏击穿、末屏不稳定接地、内部零屏引线与零屏断裂。
3.根据权利要求1所述的一种电容型电流互感器在线故障诊断方法，其特征在于，建立最小支持向量机评估模型的步骤包括：提取泄漏电流特征量，进行归一化处理，然后作为训练样本，通过遗传算法参数寻优，建立最小支持向量机评估模型。
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