CN105699793A - 一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网自动装置，特别是一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法及装置。一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其结构如下：安装在电流互感器上的信号采集单元，信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元的输入端连接，A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，CPU中央处理单元的串口与人机交互信息显示单元、SD存储单元、无线通信传输单元连接。本发明能精准的对配网电流互感器二次电缆绝缘寿命做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配网电流互感器二次电缆绝缘寿命进行预测。

Description

一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法及装置

技术领域

本发明属于输配电监测技术领域，特别涉及一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法及装置。

背景技术

配网电流互感器作为配电网控制保护装置的电网电流采集系统的重要组成部分，承担着对电网一次电流进行变换，为控制保护设备提供准确的与一次电流相匹配的二次电流电，以实现控制保护设备对电网的控制和保护功能。如果电流互感器二次电流绝缘发生损坏或绝缘强度降低，将导致二次电流与一次电流的匹配度发生变化，进而会使控制保护设备做出错误判断，发出错误指令对电网进行操作，造成严重的电网事故。配网电流互感器二次电缆长时间使用过程中经常要承受短时的超过其额定值的电流，过大的电流会导致电缆绝缘加速老化，而二次电缆分布路径复杂，同时还要承受环境因素变化对绝缘部分的老化作用，老化过程的不断积累则会最终导致二次电缆绝缘故障，严重影响配网供电可靠性和电网安全运行。因此，准确掌握配网电流互感器二次电缆绝缘寿命，对电网运行管理部门至关重要。

目前传统方法主要是采用传统经验公式计算或定期检查、更换等方法，存在的主要问题是不能及时发现故障，预测或判断结果误差较大等。

发明内容

本发明目的是提供一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法，它有效地解决对配电变压器熔断器过负荷的精确预测，精确度高、响应时间短、准确度好。

本发明的另一个目的是提供一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其输入量提取简单，精确度高、响应时间短、准确度好，数据采集及处理效率高，为配网变压器的安全运行提供了有效的保障。

一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法，其步骤如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘寿命演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压，在一系列时刻t₁,t₂,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定权值向量初始值：

随机给定t₁时刻的对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量中的各个权值的修正量为：

${\mathrm{\ΔW}}_{t_n}={\mathrm{\ηX}}_{t_n}+\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{\text{n-1}}}$

其中：η为调整加速系数，α为动态修正系数；

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

设状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，则有：

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令电动机负荷过载指数的实际预测值为且有：

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，则有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=P_K-y_{t_n}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值。

一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其结构如下：安装在电流互感器上的信号采集单元，信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元的输入端连接，A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，CPU中央处理单元的串口与人机交互信息显示单元、SD存储单元、无线通信传输单元连接。

上述的信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换单元TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4与人机交互信息显示单元的SCL、DIO、CS、RST连接，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8、PA9、PA10分别与无线通信传输单元NRF24L0的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PB8、PB9、PB10、PB11与SD存储单元的CLK、DATA3、CMD、DATA0相连。

上述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和气压传感器采构成。

上述的电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、气压传感器采用LC-QA1型号。

上述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。

上述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机。

上述的无线通信传输单元为NRF24L01型号的蓝牙模块。

上述的人机交互信息显示单元采用HG1286402C型号的液晶显示模块。

上述的SD存储单元为SDCARD卡。

由于采用上述技术方案，使得本发明与现有技术相比具有如下突出的有益效果：

本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，提出利用直接测量互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压作为输入量，并最终利用A/D转换单元、CPU中央处理单元、人机交互信息显示单元和无线通信传输单元实现配网电流互感器二次电缆绝缘寿命的预测。本发明装置配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法避免了传统方式建立模型和选取参数时造成的误差，并且具有输入量提取简单，精确度高，准确度好，预测效率高的特点。本发明能精准的对配网电流互感器二次电缆绝缘寿命做出预测，能够预防电网重大事故，改善电力品质，提高用电可靠性，同时预测过程满足实时性要求，提高数据采集及处理的效率，提高配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测的速度和精度，实现了以较高精度和较短响应时间的优势对配网电流互感器二次电缆绝缘寿命进行预测。

附图说明

图1配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测流程图。

图2是本发明的结构示意框图。

图3是本发明的电路连接图。

图4是本发明的预测结果图

图中，1、信号采集单元，2、A/D转换单元，3、CPU中央处理单元，4、人机交互信息显示单元，5、无线通信传输单元，6、SD存储单元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应在本发明保护范围之内。

如图1所示，本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法，其步骤如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘寿命演化系统的状态向量：

本实施例中，在50个等间隔的时间段内测量互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压，则得到测量数据构成的一个5维状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_{50}}={(x_{501},x_{502},x_{503},x_{504},x_{505})}^T\end{array}\right.$

步骤二、给定初始权值向量：

给定t₁时刻的对应的连接权值向量 $W_{t_1}={\left(\mathrm{0.21,0.11,0.13,0.36,0.09}\right)}^T,$ 为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

给定调整加速系数η＝0.512，动态修正系数α＝0.213为，则权值修正量为：

${\mathrm{\ΔW}}_{t_n}={\mathrm{\ηX}}_{t_n}+\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{\text{n-1}}}$

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，计算状态向量加权和

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令则配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值为：

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K＝0.97，则有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=P_K-y_{t_n}$

若t_n时刻有：则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五：计算配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值：

在任一时刻t_n+1，根据W₀，则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值。

预测模型的部分预测结果与实测值比较如图4所示，所建立的预测模型误差基本上控制在±10％之内。

如图2所示，本发明一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其结构如下：安装在电流互感器上的信号采集单元，信号采集单元1的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元2的输入端连接，A/D转换单元2的输出端与CPU中央处理单元3的输入端连接，CPU中央处理单元3的串口与人机交互信息显示单元4、SD存储单元6、无线通信传输单元5连接。信号采集单元1是由电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和气压传感器采构成；电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、气压传感器采用LC-QA1型号；A/D转换单元2选用TLC2543串行A/D转换器；CPU中央处理单元3选用型号为STM32F103RBT6的单片机；无线通信传输单元5为NRF24L01型号的蓝牙模块；人机交互信息显示单元4采用HG1286402C型号的液晶显示模块；SD存储单元6为SDCARD卡。

如图3所示，信号采集单元1的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换单元TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4与人机交互信息显示单元的SCL、DIO、CS、RST连接，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8、PA9、PA10分别与无线通信传输单元NRF24L01的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，通过通讯协议进行无线传输，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PB8、PB9、PB10、PB11与SD存储单元的CLK、DATA3、CMD、DATA0相连。

本发明的工作原理如下：互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压信号经过各传感器，进行同步采样、保持、A/D转换，变为数字信号后，送入CPU中央处理单元的数据输入口，再由CPU中央处理单元对配网电流互感器二次电缆绝缘寿命数据进行计算后，计算结果通过液晶显示模块进行显示并将数据通过蓝牙模块进行无线传输，同时通过SD卡进行数据和信息存储。A/D转换单元使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，所述人机交互信息显示单元用于显示配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测结果；蓝牙模块用于向调度中心传输配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测结果；SD存储单元用于存储配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测结果。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、建立配网电流互感器二次电缆绝缘寿命演化系统的状态向量：

在固定时间间隔测量互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压，在一系列时刻t₁,t_2,...,t_n(n为自然数，n＝1,2,…)得到互感器二次电流、互感器二次电压、温度、湿度、气压构成的一系列状态向量：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T\\ X_{t_2}={(x_{21},x_{22},x_{23},x_{24},x_{25})}^T\\ ...\\ X_{t_n}={(x_{n1},x_{n2},x_{n3},x_{n4},x_{n5})}^{}\end{array}\right.$

步骤二、给定权值向量初始值：

随机给定t₁时刻的 $X_{t_1}={(x_{11},x_{12},x_{13},x_{14},x_{15})}^T$ 对应的连接权值向量

$W_{t_1}={(w_{11},w_{12},w_{13},w_{14},w_{15})}^T$

即为初始权值向量；

步骤三、修正权值向量：

任一个时刻的状态向量输入后，权值向量中的各个权值的修正量为：

$\mathrm{\Δ}{W}_{t_n}=\mathrm{\η}{X}_{t_n}+\mathrm{\α\Δ}{W}_{t_{n-1}}$

其中：η为调整加速系数，α为动态修正系数；

步骤四、计算权值向量最终值W₀：

设状态向量加权和为状态向量中的各状态量与权值向量中各权值对应相乘再求和的值，则有：

${\mathrm{NE}}_{t_n}=\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{t_{n}i}{x}_{t_{n}i}$

令电动机负荷过载指数的实际预测值为且有：

$y_{t_n}=f\left({\mathrm{NE}}_{t_n}\right)$

其中f(x)为预测输出函数‘

给定电动机负荷过载指数期望阈值P_K，定义为过载指数期望阈值与实际预测值之差，则有：

${\mathrm{\ϵ}}_{t_n}=P_K-y_{t_n}$

若t_n时刻有：小于给定值，则此时对应的即为权值向量最终值W₀；

步骤五、计算配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值：

对于任一时刻t_n+1，根据W₀，有：则：

$y_{t_{n+1}}=f\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{0i}{x}_{t_{n+1}i}\right)$

即为配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测值。

2.一种权利要求1所述配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于结构如下：安装在电流互感器上的信号采集单元，信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元的输入端连接，A/D转换单元的输出端与CPU中央处理单元的输入端连接，CPU中央处理单元的串口与人机交互信息显示单元、SD存储单元、无线通信传输单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的信号采集单元的输出端分别经过信号转换电路后连接到A/D转换单元TLC2543的输入端AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4，A/D转换单元TLC2543的输出端EOC、I/O、IN、OUT、CS分别连接到CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PC0、PC1、PC3、PC4、PC5引脚，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA1、PA2、PA3、PA4与人机交互信息显示单元的SCL、DIO、CS、RST连接，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PA5、PA6、PA7、PA8、PA9、PA10分别与无线通信传输单元NRF24L01的CE、CSN、SCK、MOSI、MISO、IRQ相连，CPU中央处理单元STM32F103RBT6芯片的PB8、PB9、PB10、PB11与SD存储单元的CLK、DATA3、CMD、DATA0相连。

4.根据权利要求2或3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的信号采集单元是由电流互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和气压传感器采构成。

5.根据权利要求3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的电流互感器采用DHC03B型号、电压互感器采用DH51D6V0.4B型号、温度传感器采用HE-200型号红外温度传感器、湿度传感器采用STYB3100111A50型号、气压传感器采用LC-QA1型号。

6.根据权利要求2或3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的A/D转换单元选用TLC2543串行A/D转换器。

7.根据权利要求1所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的CPU中央处理单元选用型号为STM32F103RBT6的单片机。

8.根据权利要求2或3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的无线通信传输单元为NRF24L01型号的蓝牙模块。

9.根据权利要求2或3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的人机交互信息显示单元采用HG1286402C型号的液晶显示模块。

10.根据权利要求2或3所述的一种配网电流互感器二次电缆绝缘寿命预测装置，其特征在于所述的SD存储单元为SDCARD卡。