CN113075473A - 电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置，所述方法包括：将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。本发明提供的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置，通过模拟电容式电压互感器高压电容的击穿情况，分别将运行过程中、击穿状态下的阻抗频响特性曲线进行对比，从而快速、准确地检测电容式电压互感器的故障情况，具有成本低、实施性强的优点。

Description

电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力设备故障检测技术领域，具体涉及一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置。

背景技术

电容式电压互感器(以下简称CVT)是电网计量、控制、保护的重要电压信号监测装备,在电力系统中已广泛使用。和常规的电磁式电压互感器相比，CVT除了可防止电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振外，还可以减缓系统雷电侵入过电压陡度，降低系统绝缘损坏风险。

然而，目前对于CVT的研究还不足，CVT常因其电容元件的击穿而产生失真或错误信号，不仅会直接影响电压测量的准确度，同时还严重威胁电网安全运行。目前较为常用的方式是对电容式电压互感器的二次回路电压进行监测，但是这种方式无法准确区分故障类型和位置，监测效率和精度都难以保障。因此。如何提供一种检测方法能够快速、准确地检测出故障位置，以辅助电力系统安全运行工作，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法及装置，该方法通过模拟CVT高压电容的击穿情况，分别将运行过程中、击穿状态下的阻抗频响特性曲线进行对比，从而快速、准确地检测CVT的故障情况，具有成本低、实施性强的优点。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，包括：

将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

进一步地，所述将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，包括：

获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a ₁、a ₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S_21、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

根据A、B、C、D的值得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

进一步地，当电容式电压互感器电容元件击穿电压不同时，所述阻抗参数Z₁₁、Z₁₂、Z_21、Z₂₂的值随频率变化。

进一步地，所述电容式电压互感器二端口网络包括：将所述电容式电压互感器的高压端子和接地端子作为一个端口，将所述电容式电压互感器的二次侧中作为另一个端口。

进一步地，通过网络分析仪E5061B获取所述电容式电压互感器二端口网络的散射参数。

本发明还提供一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置，包括：

参数转换单元，用于将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

特性曲线获取单元，用于分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

判定单元，用于对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

进一步地，所述参数转换单元，还用于：

获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a₁、a₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S_21、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

根据A、B、C、D的值得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

进一步地，当电容式电压互感器电容元件击穿电压不同时，所述阻抗参数Z₁₁、Z₁₂、Z_21、Z₂₂的值随频率变化。

本发明还提供一种计算机终端设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过模拟CVT高压电容的击穿情况，分别将运行过程中、击穿状态下的阻抗频响特性曲线进行对比，从而快速、准确地检测CVT的故障情况，具有成本低、实施性强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法的流程示意图；

图2为本发明某一实施例提供的散射参数的信号图；

图3为本发明某一实施例提供的模拟电容击穿的CVT结构图；

图4为本发明某一实施例提供的CVT高压电容击穿时阻抗参数的频响曲线；

图5为本发明某一实施例提供的利用网络分析仪进行阻抗测试的示意图；

图6是本发明某一实施例提供的电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置的结构示意图。

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作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。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

第一方面：

请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，包括：

S10、将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

S20、分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

S30、对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

首先需要说明的是，由于电容式电压互感器内部元件复杂，各元件间的影响相互作用，能够检测的只有二次电压的输出，无法通过多处电参量来综合检测故障。因此本实施例的主要构思为：对比检测，即模拟出电容式电压互感器运行的故障状态下，将故障状态下的参数与待检测状态下的参数去比对，从而分析电容式电压互感器是否故障；

具体地，在S10中主要是分别获取电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数，但是由于散射参数不好直接用于故障判断，因此需要将其转换为阻抗参数，具体包括以下步骤：

1)获取的散射信号如图2所示，根据散射参数获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a₁、a₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S_21、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

2)构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

其中，需要指出，Z₁₁是需要在使得I₂＝0的前提下通过端口电压V₁/端口电流I₁得出，其他阻抗参数同理，因此在这一步中，得出了四个阻抗参数的计算公式，因此需要只需要求出V1、V2、I1、I2的值就可以求得结果。

3)根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

4)根据A、B、C、D的值，经过变换就能够得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

在步骤S10中已经获取了两组阻抗参数，即第一阻抗参数、第二阻抗参数，为了更直观的对比，根据两组阻抗参数，获得对应的阻抗频响特性曲线；然后在步骤S30中对两幅曲线图进行比幅比相分析，就能够判定电容式电压互感器电容元件是否被击穿，其中，模拟电容击穿的电容式电压互感器结构图如图3所示，电容式电压互感器高压电容击穿时阻抗参数的频响曲线如图4所示。

本发明实施例通过模拟电容式电压互感器高压电容的击穿情况，分别将运行过程中、击穿状态下的阻抗频响特性曲线进行对比，从而快速、准确地检测电容式电压互感器的故障情况，具有成本低、实施性强的优点。

在某一实施例中，将CVT的高压端子和接地端子看成是一个端口，将CVT二次侧中1a-1n看成是另一个端口，利用网络分析仪E5061B获取CVT的二端口网络的散射参数矩阵。其中，利用网络分析仪进行阻抗测试方式如图5所示。

在某一实施例中，当电容式电压互感器电容元件击穿电压不同时，所述阻抗参数Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂的值随频率变化。

第二方面：

请参阅图6，本发明某一实施例还提供一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置，包括：

参数转换单元01，用于将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

特性曲线获取单元02，用于分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

判定单元03，用于对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

可以理解的是，该装置的功能单元01-03分别用于执行步骤S10-S30：

具体地，在S10中主要是分别获取电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数，但是由于散射参数不好直接用于故障判断，因此需要将其转换为阻抗参数，具体包括以下步骤：

1)获取的散射信号如图2所示，根据散射参数获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a₁、a₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S_21、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

2)构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

其中，需要指出，Z₁₁是需要在使得I₂＝0的前提下通过端口电压V₁/端口电流I₁得出，其他阻抗参数同理，因此在这一步中，得出了四个阻抗参数的计算公式，因此需要只需要求出V1、V2、I1、I2的值就可以求得结果。

3)根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

4)根据A、B、C、D的值，经过变换就能够得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

在步骤S10中已经获取了两组阻抗参数，即第一阻抗参数、第二阻抗参数，为了更直观的对比，根据两组阻抗参数，获得对应的阻抗频响特性曲线；然后在步骤S30中对两幅曲线图进行比幅比相分析，就能够判定电容式电压互感器电容元件是否被击穿，其中，模拟电容击穿的电容式电压互感器结构图如图3所示，电容式电压互感器高压电容击穿时阻抗参数的频响曲线如图4所示。

第三方面：

本发明某一实施例还提供了一种计算机终端设备，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法。

处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ApplicationSpecific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(FieldProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，其特征在于，包括：

将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

2.根据权利要求1所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，其特征在于，所述将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，包括：

获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a₁、a₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S₂₁、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

根据A、B、C、D的值得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

3.根据权利要求2所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，其特征在于，当电容式电压互感器电容元件击穿电压不同时，所述阻抗参数Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂的值随频率变化。

4.根据权利要求2所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，其特征在于，所述电容式电压互感器二端口网络包括：将所述电容式电压互感器的高压端子和接地端子作为一个端口，将所述电容式电压互感器的二次侧中作为另一个端口。

5.根据权利要求2所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法，其特征在于，通过网络分析仪E5061B获取所述电容式电压互感器二端口网络的散射参数。

6.一种电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置，其特征在于，包括：

参数转换单元，用于将电容式电压互感器运行状态下、模拟故障状态下的散射参数分别转换为对应的阻抗参数，作为第一阻抗参数、第二阻抗参数；

特性曲线获取单元，用于分别获取所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线；

判定单元，用于对所述第一阻抗参数、所述第二阻抗参数的阻抗频响特性曲线进行比幅比相分析，判定所述电容式电压互感器电容元件是否击穿。

7.根据权利要求6所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置，其特征在于，所述参数转换单元，还用于：

获得电容式电压互感器二端口网络的散射参数矩阵S，采用的计算公式为：

式中，a₁、a₂为电容式电压互感器二端口的归一化入射散射变量；b₁、b₂为电容式电压互感器二端口的归一化反射散射变量；S₁₁与S₁₂为电容式电压互感器二端口网络的折射特性；S₂₁、S₂₂为电容式电压互感器二端口网络的反射特性；

构建电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵Z：

其中，以端口电流为激励，端口电压为响应，所述电容式电压互感器二端口网络的阻抗参数矩阵与所述激励、所述响应的关系满足：

式中，V1、V2为端口电压；I1、I2为端口电流；

根据所述散射参数矩阵S及阻抗参数矩阵Z，得到电容式电压互感器的传递函数矩阵T：

其中，A为反向电压增益；B反向转移阻抗；C为反向转移导纳；D为反向电流增益；且A、B、C、D满足：

根据A、B、C、D的值得到阻抗参数为：

式中，Z₀为端口的参考阻抗。

8.根据权利要求6所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测装置，其特征在于，当电容式电压互感器电容元件击穿电压不同时，所述阻抗参数Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂的值随频率变化。

9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至5任一项所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至5任一项所述的电容式电压互感器电容元件击穿的检测方法。

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