CN109870614B - 电力设备半周波早期故障快速检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力设备半周波早期故障快速检测方法，首先采集电力设备的实时电流波形，并在电流波形上等间隔采集采样点，并依次计算采样点的电流瞬时值是否超过电流幅度阈值，记录第一个超过电流幅度阈值的点为脉冲起止时刻的采样点，然后判断之后采样点的电流瞬时值，直到检测到电流瞬时值小于电流幅度阈值的点，记录脉冲结束时刻的采样点。最后判断在近三个周波内是否只有一个脉冲，若为是则检测到半周波早期故障，并记录脉冲采样点对应的波形数据。
Description
技术领域
本发明涉及设备故障检测方法，具体涉及一种电力设备半周波早期故障快速检测方法。
背景技术
对于半周波早期故障的检测，现有算法的主要问题在于：现有方法主要基于电流基波有效值的持续时间和幅值特征进行检测，无论是电流有效值算法还是傅里叶变换，都需要较多的计算；对于部分基于信号特征的分析方法，如小波法等，同样基于大量的计算，算法复杂度较高，不利于实时的快速检测。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种电力设备半周波早期故障快速检测方法，其采用正弦半波瞬时过流特性进行半周波早期故障检测。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种电力设备半周波早期故障快速检测方法，其包括：
S1、采集电力设备的实时电流波形，并在电流波形上等间隔采集采样点；
S2、初始化脉冲数p＝0，r＝1；ts(p)＝0，te(p)＝0；
S3、计算采样点n和采样点n+1的电流瞬时值i(n)和i(n+1)；
S4、判断i(n)和i(n+1)是否满足|i(n)|<ithresh且|i(n+1)|>ithresh，若满足，则进入步骤S5，否则，令n＝n+1，之后返回步骤S3；
S5、记录当前采样点n+1对应的时刻t1，并令n＝n+1，进入步骤S6；
S6、计算采样点n的电流瞬时值i(n)；
S7、当|i(n)|>ithresh，令n＝n+1，并返回步骤S6；当|i(n)|>ithresh且|i(n+1)|<ithresh，记录当前采样点n对应的时刻t2，并进入步骤S8；
S8、判断t2-t1是否大于tthresh；若是，则进入步骤S9，否则返回步骤S3；
S9、令p＝p+1，r＝0，ts(p)＝t1，te(p)＝t2，并判断当前采样n是否满足n<ts(p)/△t+3*m；若是返回步骤S3，否则进入步骤S10；
S10、判断r是否满足r＝1；若是，则返回步骤S3，否则进入步骤S11；
S11、判断ts(p)/△t-ts(p-1)/△t<3*m是否成立；若是则进入步骤S12，否则返回步骤S3；
S12、记录两个脉冲对应采样点之间的电流波形，并令r＝1，之后返回步骤S3；
其中，ithresh为幅度阈值；m为一个周波的采样点数；r为0或1的变量；持为tthresh续时间阈值；△t为采样间隔时间；ts(p)、te(p)分别为第p次脉冲发生的起始和终止时间。
进一步地，所述幅度阈值为当前采样点前两个正常周波内电流峰值的1.1～1.3倍。
进一步地，tthresh为3m/16△t～1/4△t。
进一步地，采集采样点的采样频率为5kHz～12kHz。
本发明的有益效果为：本方案通过监测电流瞬时值持续大于值高于幅度阈值的时间，通过对该时间的分析再结合其经历的周波个数，以最终确定是否发生半周波早期故障；通过该种方式进行半周波早期故障检测，相对于现有技术的小波法检测而言，大幅度降低了计算量，从而缩短了检测时间。
附图说明
图1为电力设备半周波早期故障快速检测方法的流程图。
图2为导入的电缆的半周波早期故障波的波形图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参考图1，图1示出了电力设备半周波早期故障快速检测方法的流程图，如图1所示，该检测方法S包括步骤S1至步骤S12。
在步骤S1中，采集电力设备的实时电流波形，并在电流波形上等间隔采集采样点；等间隔为采样频率，采集采样点的采样频率为5kHz～12kHz。
本方案应用于电力设备的在线检测，也即只要电力设备存在电流通过，在检测时均会获取所有电流，并每隔采样间隔时间△t设置一个采样点。
在步骤S2中，初始化脉冲数p＝0，r＝1；ts(p)＝0，te(p)＝0；由于半周波早期故障的故障电流是有衰减的DC分量叠加的准正弦半波，本方案在进行检测时主要是通过瞬时电流和持续时间去获取脉冲数进行半周波早期故障检测。
在步骤S3中，计算采样点n和采样点n+1的电流瞬时值i(n)和i(n+1)；此处采样点的电流瞬时值是采用现有技术中比较常规的方法进行计算，比如：
其中，i为瞬时值，Im为短暂时间内(0到t秒)的最大值即幅值，I为该电流的有效值，ω为角频率，t为时间，ω＝2πf，f＝1/T。
在步骤S4中，判断i(n)和i(n+1)是否满足|i(n)|<ithresh且|i(n+1)|>ithresh，若满足，则进入步骤S5，否则，令n＝n+1，之后返回步骤S3；本步骤主要判断相邻两个采样点之间的电流是否发生了突变。
其中，ithresh为幅度阈值，本方案优选幅度阈值为当前采样点前两个正常周波内电流峰值的1.1～1.3倍，可以适应负载的变化。对于持续时间阈值，可以通过结合检测信号幅度的反正弦函数来计算。
在步骤S5中，记录当前采样点n+1对应的时刻t1，并令n＝n+1，进入步骤S6；
在步骤S6中，计算采样点n的电流瞬时值i(n)；
在步骤S7中、当|i(n)|>ithresh，令n＝n+1，并返回步骤S6；当|i(n)|>ithresh且|i(n+1)|<ithresh，记录当前采样点n对应的时刻t2，并进入步骤S8；本步骤的主要目的是看电流跃变之后持续的时间。
在步骤S8中，判断t2-t1是否大于tthresh；若是，则进入步骤S9，否则返回步骤S3；步骤S8判断的主要目的是排除电流扰动所带来的检测不准确。
在步骤S9中，令p＝p+1，r＝0，ts(p)＝t1，te(p)＝t2，并判断当前采样n是否满足n<ts(p)/△t+3*m；若是返回步骤S3，否则进入步骤S10。
在步骤S10中，判断r是否满足r＝1；若是，则返回步骤S3，否则进入步骤S11。
在步骤S11中，判断ts(p)/△t-ts(p-1)/△t<3*m是否成立；若是则进入步骤S12，否则返回步骤S3；
在步骤S12中，记录两个脉冲对应采样点之间的电流波形，并令r＝1，之后返回步骤S3；
其中，ithresh为幅度阈值；m为一个周波的采样点数；r为0或1的变量；tthresh为持续时间阈值，tthresh＝3m/16△t到1m/4△t；△t为采样间隔时间；ts(p)、te(p)分别为第p次脉冲发生的起始和终止时间。
本方案通过分析得到半周波早期故障的故障电流是有衰减的DC分量叠加的准正弦半波脉冲，可以通过瞬时值和持续时间来检测，避免了引入信号处理方法对原始电流信号进行处理，减小了计算量，提高了检测的效率。
下面采用本方案提供的检测方法以电缆为例，利用了电缆的半周波早期故障波形进行验证：
样本点数为2000，一个周波的采样点数为166，故障前两个正常周波内电流的峰值为583A，在采样点为411到448范围内设置了半周波早期故障；导入的电缆电流波形如图2所示。
根据该方法设定阈值的条件，可得幅度阈值ithresh＝700，持续时间阈值tthresh＝32Δt。初始化p＝0，r＝1，ts(p)＝0，te(p)＝0。分别计算采样点n和n+1的电流瞬时值i(n)和i(n+1)，采用本方案提出的方法能够在n＝411时检测到脉冲的发生，即|i(410)|<ithresh且|i(411)|>ithresh，记脉冲的开始时刻为411Δt。然后令n＝n+1，依次计算电流瞬时值i(n)，当n＝448时，满足|i(448)|>ithresh且|i(449)|<ithresh，记脉冲的结束时刻为448Δt。
脉冲持续时间38Δt>tthresh，故检测到第一次脉冲，然后判断在脉冲结束后的近三个周期没有脉冲发生，故检测到该波形为半周波早期故障。整个检测持续为5s。
采用基于小波变换系数的半周波早期故障检测方法对电缆的半周波早期故障波形进行检测，由于需要判断的数据较多，设定的阈值也较多，计算方法复杂，其在2.1min时检测出了故障发生点。
从上分析表明所提出的方法能够准确快速准确地检测出电缆的半周波早期故障，非常适用于对电力设备半周波早期故障的在线检测，具有极强的应用价值。
Claims (4)
1.电力设备半周波早期故障快速检测方法，其特征在于，包括：
S1、采集电力设备的实时电流波形，并在电流波形上等间隔采集采样点；
S2、初始化脉冲数p＝0，r＝1；ts(p)＝0，te(p)＝0；
S3、计算采样点n和采样点n+1的电流瞬时值i(n)和i(n+1)；
S4、判断i(n)和i(n+1)是否满足|i(n)|<ithresh且|i(n+1)|>ithresh，若满足，则进入步骤S5，否则，令n＝n+1，之后返回步骤S3；
S5、记录当前采样点n+1对应的时刻t1，并令n＝n+1，进入步骤S6；
S6、计算采样点n的电流瞬时值i(n)；
S7、当|i(n)|>ithresh，令n＝n+1，并返回步骤S6；当|i(n)|>ithresh且|i(n+1)|<ithresh，记录当前采样点n对应的时刻t2，并进入步骤S8；
S8、判断t2-t1是否大于tthresh；若是，则进入步骤S9，否则返回步骤S3；
S9、令p＝p+1，r＝0，ts(p)＝t1，te(p)＝t2，并判断当前采样n是否满足n<ts(p)/△t+3*m；若是返回步骤S3，否则进入步骤S10；
S10、判断r是否满足r＝1；若是，则返回步骤S3，否则进入步骤S11；
S11、判断ts(p)/△t-ts(p-1)/△t<3*m是否成立；若是则进入步骤S12，否则返回步骤S3；
S12、记录两个脉冲对应采样点之间的电流波形，并令r＝1，之后返回步骤S3；
其中，ithresh为幅度阈值；m为一个周波的采样点数；r为0或1的变量；tthresh为持续时间阈值；△t为采样间隔时间；ts(p)、te(p)分别为第p次脉冲发生的起始和终止时间。
2.根据权利要求1所述的电力设备半周波早期故障快速检测方法，其特征在于，所述幅度阈值为当前采样点前两个正常周波内电流峰值的1.1～1.3倍。
3.根据权利要求1所述的电力设备半周波早期故障快速检测方法，其特征在于，持续时间阈值tthresh为3m/16△t～1m/4△t。
4.根据权利要求1所述的电力设备半周波早期故障快速检测方法，其特征在于，采集采样点的采样频率为5kHz～12kHz。
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