CN110361686A - 基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，根据电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压经过信号处理，计算得到9个状态参数：I_C2、I_T、U_C2、|Z_C2|、|Z_T|、 基于主因子分析法对多项状态参数进行降维筛选，根据不同的参数数值变化情况，对应判断电容式电压互感器的各类故障。本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。

Description

基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法

技术领域

本发明属于电容式电压互感器故障诊断技术领域，涉及一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法。

背景技术

作为电力系统保护及信号测量的重要设备，电容式电压互感器(CVT)的稳定运行对电网安全至关重要。在实际运行中，由于受设计水平、制造工艺、及系统过电压等因素的限制，电容式电压互感器投运后经常会发生电容单元介质损耗过大、电容层击穿、中间变压器受潮、补偿电抗器发生短路等故障，严重影响电网的安全运行。因此，对电容式电压互感器的运行状态进行检测，及时发现并消除电容式电压互感器的运行故障，确保电网的安全可靠运行，已经变得越来越重要了。

目前，用于电容式电压互感器的带电检测和在线监测方法较少，主要有电容监测、介损监测以及基于二次电压的状态检测方法。但现有的介损检测技术缺乏准确性，在故障预测方面存在不足；基于二次电压的状态检测方法只能在一定程度上反映分压电容值的变化，无法实现对电容式电压互感器各单元的有效检测；此外，这些方法都依赖电容式电压互感器外部信号，测量方式复杂，干扰因素多，故障诊断不精确。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供如下方案：

一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，获取多种状态参数，具体包括：

步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压

步骤102，基于傅里叶分析，分别提取上述三路信号的幅值、相角和频率，提取电流和电压的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：

中压电容电流的幅值I_C2，中间变压器一次电流的幅值I_T，中压电容电压的幅值U_C2；中压电容电压与中压电容电流幅值比|Z_C2|，中压电容电压与中间变压器一次电流的幅值比|Z_T|；高压电容电流与中压电容电压的相角差中间变压器一次电流信号与中压电容电压的相角差中压电容电流与高压电容电流的相角差中压电容电流与中间变压器一次电流的相角差

步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：

步骤201，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值均明显增大，而的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器高压电容介损超标；

步骤202，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容值超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值都明显增大，而且的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器高压电容值超标；

步骤203，将参数I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器中压电容介损超标；

步骤204，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器中压电容值超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，而I_C2、的数值增大，则说明电容式电压互感器中压电容值超标；

步骤205，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_T|、作为电磁单元典型故障的判别依据：若I_C2、U_C2、|Z_T|、的数值明显减小，I_T、的数值明显增大，则说明电容式电压互感器存在电磁单元典型故障，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型。

可选的，所述步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压具体包括：

利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号

根据公式计算出电容式电压互感器高压电容电流和中压电容电压其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。

可选的，所述步骤205中，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型，具体包括：

若的数值明显增大，则说明电磁单元等值电阻R大幅度减小；

若的数值明显减小，则说明电磁单元等值电抗X大幅度减小。

可选的，所述步骤2中，基于上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：所述参数数值变化情况是以电容式电压互感器的出厂值或运行时的“稳定值”为参考的；所述运行时的“稳定值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现明显变化之前的设定一段时间内的平均值；

以电容式电压互感器的出厂值为参考，若参数的数值变化率超过阈值6％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-6％，则视为权利要求1所述的“明显减小”；

以电容式电压互感器运行时的“稳定值”为参考，若参数的数值变化率超过阈值4％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-4％，则视为权利要求1所述的“明显减小”。

可选的，所述步骤201中电容式电压互感器高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；

所述步骤202中电容式电压互感器高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。

本发明与现有的技术对比，具有如下的优点：

本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，通过测定电容式电压互感器运行的电流、电压信号，推算出多项参数，根据各个参数的数值变化情况实现电容式电压互感器高压电容、中压电容以及电磁单元的故障诊断，这一方法能够方便、及时、快速的判断电容式电压互感器的故障类型；相比于现有的检测技术，该方法不需要依赖外部信号，接线简单，测量误差小，易于推广实施；此外，基于多参数的检测方法可以扩大检测范围，增加置信度，提高电容式电压互感器故障诊断的可靠性；基于主因子分析法筛选主要状态参数，可以在不降低诊断精度的情况下显著减少计算时间，提高故障诊断的快速性和实时性。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的电容式电压互感器电路原理图；

图3为本发明实施例提供的电容式电压互感器电流和电压信号向量图。

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。

本发明的目的是提供一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，方法简单，检测准确，能够在带电情况下有效检测电容式电压互感器的运行状态，及时预测并诊断故障，确保设备的正常运行，提高电网的安全可靠性。

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。

图1为本发明实施例提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法流程图，图2为本发明实施例提供的电容式电压互感器电路原理图，图3为本发明实施例提供的电容式电压互感器电流和电压信号向量图，其中，C1为电容式电压互感器高压电容，C2为电容式电压互感器中压电容，T为电容式电压互感器中间变压器，L为补偿电抗器，P为保护间隙。

如图1所示，本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1，获取多种状态参数，具体包括：

步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压

步骤102，基于傅里叶分析，分别提取上述三路信号的幅值、相角和频率，提取电流和电压的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：

中压电容电流的幅值I_C2，中间变压器一次电流的幅值I_T，中压电容电压的幅值U_C2；中压电容电压与中压电容电流幅值比|Z_C2|，中压电容电压与中间变压器一次电流的幅值比|Z_T|；高压电容电流与中压电容电压的相角差中间变压器一次电流信号与中压电容电压的相角差中压电容电流与高压电容电流的相角差中压电容电流与中间变压器一次电流的相角差

如表1所示，表1为本发明实施例提供的符号说明表；

表1符号说明表

步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，如表2所示，所述主因子分析法用于筛选主要参数，对应不同参数数值变化情况，分析对应故障，具体包括：

步骤201，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值均明显增大，而的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器高压电容介损超标；主要原因是高压电容进水受潮或发生严重老化等；

步骤202，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容值超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值都明显增大，而且的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器高压电容值超标；主要原因是由高压电容的绝缘缺陷或局部放电等引起的电容层击穿；

步骤203，将参数I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器中压电容介损超标；主要原因是中压电容进水受潮或发生严重老化；

步骤204，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器中压电容值超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，而I_C2、的数值增大，则说明电容式电压互感器中压电容值超标；主要原因是由中压电容的绝缘缺陷或局部放电等引起的电容层击穿；

步骤205，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_T|、作为电磁单元典型故障的判别依据：若I_C2、U_C2、|Z_T|、的数值明显减小，I_T、的数值明显增大，则说明电容式电压互感器存在电磁单元典型故障，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型。

其中，所述步骤205中，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型，具体包括：

若的数值明显增大，则说明电磁单元等值电阻R大幅度减小；主要原因是电磁单元严重受潮、避雷器严重受潮或发生短路；

若的数值明显减小，则说明电磁单元等值电抗X大幅度减小，主要原因是电磁单元补偿电抗发生短路等。

表2电容式电压互感器故障诊断表

其中，所述步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压具体包括：

利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号

根据公式计算出电容式电压互感器高压电容电流和中压电容电压其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。

其中，所述步骤2中，基于上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：所述参数数值变化情况是以电容式电压互感器的出厂值或运行时的“稳定值”为参考的；所述运行时的“稳定值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现明显变化之前的设定一段时间内的平均值；

以电容式电压互感器的出厂值为参考，若参数的数值变化率超过阈值6％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-6％，则视为权利要求1所述的“明显减小”；

以电容式电压互感器运行时的“稳定值”为参考，若参数的数值变化率超过阈值4％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-4％，则视为权利要求1所述的“明显减小”。

其中，所述步骤201中电容式电压互感器高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；

所述步骤202中电容式电压互感器高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。

上述阈值的设定依据如下：在考虑电网电压偏差为额定电压的±10％的条件下，分别模拟CVT介质损耗因数超过0.002、电容值增量超过额定值5％的运行状态，通过计算各状态参数的变化率，并考虑一定的安全裕度，将阈值设定为所述的“6％”，“-6％”，“4％”，“-4％”。

本发明提供的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，通过测定电容式电压互感器运行的电流、电压信号，推算出多项参数，根据各个参数的数值变化情况实现电容式电压互感器高压电容、中压电容以及电磁单元的故障诊断，这一方法能够方便、及时、快速的判断电容式电压互感器的故障类型；相比于现有的检测技术，该方法不需要依赖外部信号，接线简单，测量误差小，易于推广实施；此外，基于多参数的检测方法可以扩大检测范围，增加置信度，提高电容式电压互感器故障诊断的可靠性；基于主因子分析法筛选主要状态参数，可以在不降低诊断精度的情况下显著减少计算时间，提高故障诊断的快速性和实时性。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取多种状态参数，具体包括：

步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压

步骤102，基于傅里叶分析，分别提取上述三路信号的幅值、相角和频率，提取电流和电压的幅值和相角，并在此基础上进行计算，得到如下9个参数：

中压电容电流的幅值I_C2，中间变压器一次电流的幅值I_T，中压电容电压的幅值U_C2；中压电容电压与中压电容电流幅值比|Z_C2|，中压电容电压与中间变压器一次电流的幅值比|Z_T|；高压电容电流与中压电容电压的相角差中间变压器一次电流信号与中压电容电压的相角差中压电容电流与高压电容电流的相角差中压电容电流与中间变压器一次电流的相角差

步骤2，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：

步骤201，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值均明显增大，而的数值几乎不变，则说明电容式电压互感器高压电容介损超标；

步骤202，将参数I_C2、I_T、U_C2、作为电容式电压互感器高压电容值超标的判别依据：若I_C2、I_T、U_C2的数值都明显增大，而且的数值也明显增大，则说明电容式电压互感器高压电容值超标；

步骤203，将参数I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器高压电容介损超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，则说明电容式电压互感器中压电容介损超标；

步骤204，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_C2|、作为电容式电压互感器中压电容值超标的判别依据：若I_T、U_C2、|Z_C2|、的数值均明显减小，而I_C2、的数值增大，则说明电容式电压互感器中压电容值超标；

步骤205，将参数I_C2、I_T、U_C2、|Z_T|、作为电磁单元典型故障的判别依据：若I_C2、U_C2、|Z_T|、的数值明显减小，I_T、的数值明显增大，则说明电容式电压互感器存在电磁单元典型故障，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型。

2.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤101，获取电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号高压电容电流和中压电容电压具体包括：

利用电压/电流检测装置采集电容式电压互感器中压电容电流信号中间变压器一次电流信号二次电压信号

根据公式计算出电容式电压互感器高压电容电流和中压电容电压其中，L为补偿电抗器的电感值，k为电容式电压互感器中间变压器的实际变比。

3.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤205中，再根据的数值变化情况，分析电磁单元典型故障类型，具体包括：

若的数值明显增大，则说明电磁单元等值电阻R大幅度减小；

若的数值明显减小，则说明电磁单元等值电抗X大幅度减小。

4.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤2中，基于主因子分析法，根据上述参数数值变化情况进行电容式电压互感器故障检测，具体包括：所述参数数值变化情况是以电容式电压互感器的出厂值或运行时的“稳定值”为参考的；所述运行时的“稳定值”是指电容式电压互感器的各项参数在出现明显变化之前的设定一段时间内的平均值；

以电容式电压互感器的出厂值为参考，若参数的数值变化率超过阈值6％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-6％，则视为权利要求1所述的“明显减小”；

以电容式电压互感器运行时的“稳定值”为参考，若参数的数值变化率超过阈值4％，则视为权利要求1所述的“明显增大”，若参数的数值变化率低于阈值-4％，则视为权利要求1所述的“明显减小”。

5.根据权利要求1所述的基于多参数的电容式电压互感器故障检测方法，其特征在于，所述步骤201中电容式电压互感器高压电容介损超标和所述步骤203中电容式电压互感器中压电容介损超标中所述的介损超标，具体指的是：介质损耗因数超过0.002；

所述步骤202中电容式电压互感器高压电容值超标和所述步骤204中电容式电压互感器中压电容值超标中所述的电容值超标，具体指的是：电容值增量超过额定值的5％。