CN114296020B - 电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法，该装置包括：上节电容器包括绝缘子模块、多个并联设置的电容模块和多个第一开关模块，其中，每一电容模块的两端分别通过独立的第一开关模块与绝缘子模块的第一端和第二端对应连接，通过控制第一开关模块、调节上节电容器的电容值；中节电容器的一端与绝缘子模块的第二端电连接、另一端与下节电容器的第一端电连接；下节电容器包括多个串联连接的电容饼和多个第二开关模块；其中，每一第二开关模块的一端对应连接不同串联位置的电容饼、另一端连接下节电容器第二端，通过控制第二开关模块、调节下节电容器的电容值。本发明可以为电容式电压互感器的实时故障检测提供准确的电气参量。

Description

电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，尤其涉及一种电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法。

背景技术

电容式电压互感器是供电压测量、功率控制、自动控制、继电保护并兼作电力线载波电容用的电力设备，被广泛应用于各类电压等级的电网中，可以为计量、保护和监控系统提供原始电气参量，是电网中一种不可或缺的设备。电容式电压互感器在运行过程中，由于电容单元故障频发，会直接或间接引发电容式电压互感器电磁单元发热、PT断线、电压升高等现象。因此有必要对电容式电压互感器进行实时监测。

对电容式电压互感器进行实时监测，需要收集在发生故障时的诸多电气参量，需要通过电容式电压互感器的故障模拟，得到电容式电压互感器故障的判断标准。目前，主要通过对电容式电压互感器的电容单元发生的各种故障进行仿真建模，从而得到相关故障发生时的电气参量。

然而，仿真建模得到的电气参量与电容式电压互感器中的电容单元发生故障时的实际电气参量存在一定的差异，无法为电容式电压互感器的实时故障检测提供判断标准。因此，亟需一种离网模拟的电容式电压互感器的故障模拟装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法，以解决目前仿真建模得到的电气参量与实际发生故障时的电气参量不一致的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电容式电压互感器的故障模拟装置，包括串联设置的上节电容器、中节电容器、下节电容器和电磁单元；其中，

上节电容器包括绝缘子模块、多个并联设置的电容模块和多个第一开关模块，其中，每一电容模块的两端分别通过独立的第一开关模块与绝缘子模块的第一端和第二端对应连接，通过控制第一开关模块、调节上节电容器的电容值；中节电容器的一端与绝缘子模块的第二端电连接、另一端与下节电容器的第一端电连接；

下节电容器包括多个串联连接的电容饼和多个第二开关模块；其中，每一第二开关模块的一端对应连接不同串联位置的电容饼、另一端连接下节电容器的第二端，通过控制第二开关模块、调节下节电容器的电容值。

本发明实施例提供一种电容式电压互感器的故障模拟装置，通过设计一种实体的模拟装置，包括可灵活调节电容值的上节电容器和下节电容器，可以真实的离网模拟电容式电压互感器的电容单元的各种故障。通过采用多个第一开关模块和第二开关模块，可迅速的改变接入模拟装置中的电容值，调节速度更快，能够更加真实的模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，为捕捉瞬时电气参量变化提供可靠的依据，可以为电容式电压互感器的实时故障检测提供判断标准。

在一种可能的实现方式中，上节电容器包括2-5个电容模块，电容模块以安全电气距离排布在绝缘子模块四周。

一些实施例中，上节电容器包括3个电容模块，3个电容模块呈品字形结构排列；绝缘子模块为支柱绝缘子，其中，电容模块以支柱绝缘子为中心、以安全电气距离呈圆周排布。

在一种可能的实现方式中，多个电容模块均分别位于对应的钢架构上，且在电容模块和钢架构之间设有绝缘底座。

在一种可能的实现方式中，绝缘子模块、中节电容器、下节电容器和电磁单元顺次连接、且同轴设置。

在一种可能的实现方式中，下节电容器还包括设置在多个串联连接的电容饼外的绝缘外壳，绝缘外壳上设置多个便于电容饼与第二开关模块连接的通孔及用于密封通孔间隙的密封胶。

一些实施例中，绝缘外壳为非伞裙结构的绝缘外壳。

一些实施例中，第二开关模块设置3-5个，第二开关模块一端通过电容饼引出线连接不同串接位置上的电容饼、另一端通过分支接地引线与下节电容第二端的主接地片连接。

在一种可能的实现方式中，绝缘子模块的第一端还设有用于与外部电源模块连接的电源引线，电磁单元一侧还设有用于与检测设备端口连接的输出引线。

第二方面，本发明实施例提供了一种电容式电压互感器的故障模拟方法，包括以下步骤：

组装上述电容式电压互感器的故障模拟装置；

根据预设的电容故障，接通故障模拟装置中的第一开关模块和/或第二开关模块；

将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接；

根据外部电源的电压和检测设备的检测结果，获取对应故障模拟状态下的电气参量。

本发明实施例提供的一种电容式电压互感器的故障模拟方法，首先根据预设的电容故障，接通上述故障模拟装置中的第一开关模块和/或第二开关模块。然后，将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接。最后，根据外部电源的电压和检测设备的检测结果，获取对应故障模拟状态下的电气参量。如此，通过调节第一开关模块和/或第二开关模块，即可真实模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，从而为捕捉瞬时电气参量的变化提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明实施例提供的上节电容器的框架示意图；

图2是本发明实施例提供的上节电容器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的上节电容器位于钢架构上的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的中节电容器、下节电容器的框架示意图；

图5是本发明实施例提供的支柱绝缘子、中节电容器和下节电容器的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的下节电容器的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电容式电压互感器的故障模拟装置的结构示意图；

图中，1-电容模块，2-支柱绝缘子，3-上法兰，4-下法兰，5-绝缘底座，6-绝缘底座法兰，7-钢架构，8-中节电容器，9-下节电容器，10-电磁单元，11-电容饼，12-主接地片，13-分支接地引线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，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，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

如背景技术所描述的，由于电容单元故障频发会直接或间接引发电容式电压互感器电磁单元发热、PT断线、电压升高等现象。因此有必要对电容式电压互感器进行实时监测。

然而，目前通常采用仿真建模得到电容式电压互感器的电容单元发生的各种故障时的电气参量作为实时检测的依据，但是仿真建模得到的结果与真实故障发生时的电气参量存在差异，无法准确的为实时检测提供依据。

因此亟需一种离网模拟的电容式电压互感器故障模拟装置。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种电容式电压互感器的故障模拟装置及模拟方法。下面首先对本发明实施例所提供的电容式电压互感器的故障模拟装置进行介绍。

该电容式电压互感器的故障模拟装置，包括串联设置的上节电容器、中节电容器、下节电容器和电磁单元。其中，上述上节电容器包括绝缘子模块、多个并联设置的电容模块和多个第一开关模块。具体的，每个电容模块的两端分别通过独立的第一开关模块与绝缘子模块的第一端和第二端对应连接，通过控制第一开关模块、调节上节电容器的电容值。上述中节电容器的一端与绝缘子模块的第二端电连接、另一端与下节电容器的第一端电连接。上述下节电容器包括多个串联连接的电容饼和多个第二开关模块。具体的，第二开关模块的一端对应连接不同串联位置的电容饼、另一端与下节电容器的第一端电连接，通过控制第二开关模块、调节下节电容器的电容值。

上述电容式电压互感器的故障模拟装置，通过设计一种实体的模拟装置，包括可灵活调节电容值的上节电容器和下节电容器，可以真实的离网模拟电容式电压互感器的电容单元的各种故障。通过采用多个第一开关模块和第二开关模块，可迅速的改变模拟装置的电容值，调节速度更快，能够更加真实的模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，为捕捉瞬时电气参量变化提供可靠的依据。

一些实施例中，根据模拟故障的不同的电容值，可以设置上节电容器包括2-5个电容模块。当然也可根据需求，设置更多数量的电容模块。为了节省占用空间，可将所有的电容模块以绝缘子模块为中心、以安全电气距离排布。电容模块的数量根据需要模拟故障的需求设置，且电容模块的布设可以根据实际的空间和相关连接进行调整。在调整的过程中，以节省距离和安全为主。

具体的，本发明实施例提供的一种电容式电压互感器的故障模拟装置的上节电容器的结构，请一并参见图1和图2。

参见图1，该上节电容器包括3个电容模块1，并且为了最大限度的节省空间，3个电容模块1呈品字形结构排列。绝缘子模块为支柱绝缘子2。具体的，电容模块1以支柱绝缘子2为中心、以安全电气距离呈圆周排布。同样，为了最大限度的节省空间，还可将支柱绝缘子2、电容模块1及中间的两个第一开关模块呈直线排布，两两之间保持安全电气距离。支柱绝缘子2位于三个电容模块1围成的区域中心。其中，开关模块可采用电力电子开关模块。当然，客户也可以根据成本及使用的场景，选取不同的开关模块，此处对开关模块不做限定。

参见图2，电容模块1的上部和下部分别连接有上法兰3和下法兰4。支柱绝缘子2的第一端设有带引出端子的上法兰3，可以通过电源引线连接至外部电源模块，还可以分别通过第一开关模块连接上述三个电容模块1的上法兰3。支柱绝缘子2的第二端还设有下法兰4，可以与中节电容器的上法兰3连接，还可以分别通过第一开关模块和上述三个电容模块1的下法兰4连接。通过控制连接在电容模块两端的两个第一开关模块的开断状态控制电容模块1的接入。且两个第一开关模块开通与关断的时间须保持严格一致，避免单节电容模块1接入时产生悬浮电位。其中，开关模块可采用电力电子开关模块。

具体的，请参见图3，每个电容模块1可以通过钢架构7连接至地面平台上。由于每个电容模块1接入支柱绝缘子2后其下法兰4会有电压存在，因此在每个电容模块1的下法兰4和钢架构7之间还设置了绝缘底座5，绝缘底座法兰6与上述钢架构7连接。

一些实施例中，请一并参见图4和图5，为了更进一步的减少电容式电压互感器的故障模拟装置的占用空间，可将绝缘子模块、中节电容器8、下节电容器9和电磁单元10顺次连接、且同轴设置，形成上下连接结构。如图5所示的，从上到下依次为：支柱绝缘子2的上法兰3、支柱绝缘子2、支柱绝缘子2的下法兰4、中节电容器8的上法兰3、中节电容器8、中节电容器8的下法兰4、下节电容器9的上法兰3、下节电容器9、下节电容器9的下法兰4、电磁单元10的上法兰3和电磁单元10。

一些实施例中，下节电容器还包括设置在多个串联连接的电容饼外的绝缘外壳，绝缘外壳上设置多个便于电容饼与第二开关模块连接的通孔及用于密封通孔间隙的密封胶。密封胶可防止内部电容饼进水受潮。其中，绝缘外壳为非伞裙结构的外壳。其侧壁上开设有多个通孔。绝缘外壳可以为瓷外壳或环氧树脂外壳，但不限于这两种。

示例性的，本发明实施例中，第二开关模块设置3-5个，第二开关模块一端通过电容饼引出线连接不同串接位置上的电容饼、另一端通过分支接地引线与下节电容器的第二端三维主接地片连接。

具体的，请参见图6，下节电容器包括多个串联的电容饼11，在下节电容器9外设有4个第二开关模块，X1、X2、X3和X4。4个第二开关模块分别连接不同串接位置上的电容饼11、另一端通过分支接地引线13与主接地片12连接。其中，第二开关模块为电力电子开关模块。

如图7所示的一种电容式电压互感器的故障模拟装置，包括位于平台上的上节电容器、中节电容器8、下节电容器9和电磁单元10。上节电容器由三个并联连接的电容模块组成，三个电容模块1为了便于描述，因此将三个电容模块1分别命名为S1、S2和S3，六个电力电子开关模块和支柱绝缘子2组成。且支柱绝缘子2的第一端上设有与外部电源模块连接的电源引线。中节电容器8的电容值固定不变，当然，也可以根据需求设为可变的电容值。下节电容器9包括多个电容饼11和四个电力电子开关模块，图7中没有示出四个电力电子开关模块，可参照图6。在电磁单元10的一侧还设有与输出端口连接的输出引线，图7中也未示出。通过调节上节电容器和下节电容器的电容值，从而可以离网模拟并测量电容式电压互感器的电容单元在发生故障时的各种电气参量。

本发明提供的故障模拟装置，通过设计一种实体的模拟装置，包括可灵活调节电容值的上节电容器和下节电容器，可以真实的离网模拟电容式电压互感器的电容单元的各种故障。通过采用多个第一开关模块和第二开关模块，可迅速的改变接入模拟装置中的电容值，调节速度更快，能够更加真实的模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，为捕捉瞬时电气参量变化提供可靠的依据，可以为电容式电压互感器的实时故障检测提供判断标准。

基于上述实施例提供的电容式电压互感器的故障模拟装置，相应地，本发明还提供了应用该电容式电压互感器的故障模拟装置的电容式电压互感器的故障模拟方法的具体实现方式。

本发明实施例还提供了一种电容式电压互感器的故障模拟方法，包括以下步骤：

S110.组装电容式电压互感器的故障模拟装置。

其中，电容式电压互感器的故障模拟装置可根据前面介绍的电容式电压互感器的故障模拟装置进行组装。根据需要模拟的相关参数，从而设置上节电容器、中节电容器及下节电容器的相关电容量。

S120.根据预设的电容故障，接通故障模拟装置中的第一开关模块和/或第二开关模块。

根据需要模拟的电容故障，用户可以选择接通故障模拟装置中的第一开关模块和第二开关模块，或只选择接通障模拟装置中的第一开关模块或第二开关模块。本发明中不做限定，用户根据模拟的实际需求确定如何接通第一开关模块或第二开关模块，只要满足模拟需求即可。

S130.将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接。

根据模拟需求，接通第一开关模块和/或第二开关模块后，即可将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接，即可进行相关故障模拟的测试。

S140.根据外部电源的电压和检测设备的检测结果，获取对应故障模拟状态下的电气参量。

根据检测结果和外部电源的电压，即可得到对应故障模拟状态下的电气参量。

本发明提供的故障模拟方法，通过调节第一开关模块和/或第二开关模块，即可真实模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，从而为捕捉瞬时电气参量的变化提供依据。

以上图7所示的电容式电压互感器的故障模拟装置为例，对电容式电压互感器的故障模拟方法进行说明。

上节电容器的三个并联连接的电容模块S1、S2和S3的电容量分比为C11、C12、C13，且S2的电容量C12设计为0.03C11，S3的电容量C13设计为0.05C11。当S1和S2通过第一开关模块同时接入支柱绝缘子2时，上节电容器的总电容量为1.03C11,相当于模拟了上节电容器击穿3％时的缺陷情形。当S1和S3通过第一开关模块同时接入支柱绝缘子2时，上节电容器的总电容量为1.05C11,相当于模拟了上节电容器击穿5％时的缺陷情形。当S1、S2和S3通过第一开关模块同时接入支柱绝缘子2时，上节电容器的总电容量为1.08C11,相当于模拟了上节电容器击穿8％时的缺陷情形。

中节电容器8容量固定，不可调节。通过控制下节电容器9的第二开关模块的开断状态进而控制电容饼11的接入数量，从而实现下节电容器9的电容量的调节。将电容饼引出线按从上到下的顺序依次与第二开关模块X1、第二开关模块X2、第二开关模块X3和第二开关模块X4连接。下节电容器9的总电容量为C31，则下节电容器电容量的变化规律见表1所示。由表1可知，通过控制四个开关模块的开断状态，可以模拟下节电容器击穿8％、5％、3％、1％时的缺陷情形。

表一

根据预设的电容故障，即可调节第一开关模块和/或第二开关模块，从而实现模拟电容式电压互感器的电容单元损坏时的缺陷情形。

当然，用户可以根据不同的模拟需求，连接多个不同容值的上节电容器或下节电容器，从而实现模拟各个缺陷电容单元损坏时的情形。

本发明首先根据预设的电容故障，接通上述故障模拟装置中的第一开关模块和/或第二开关模块。然后，将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接。最后，根据外部电源的电压和检测设备的检测结果，获取对应故障模拟状态下的电气参量。如此，通过调节第一开关模块和/或第二开关模块，即可真实模拟电容器从完好到被击穿瞬间的暂态特性，从而为捕捉瞬时电气参量的变化提供依据。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，包括串联设置的上节电容器、中节电容器、下节电容器和电磁单元；其中，

所述上节电容器包括绝缘子模块、多个并联设置的电容模块和多个第一开关模块，其中，每一所述电容模块的两端分别通过独立的所述第一开关模块与所述绝缘子模块的第一端和第二端对应连接，通过控制所述第一开关模块、调节所述上节电容器的电容值；所述中节电容器的一端与所述绝缘子模块的第二端电连接、另一端与所述下节电容器的第一端电连接；

所述下节电容器包括多个串联连接的电容饼和多个第二开关模块；其中，每一所述第二开关模块的一端对应连接不同串联位置的电容饼、另一端连接所述下节电容器第二端，通过控制第二开关模块、调节下节电容器的电容值。

2.如权利要求1所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述上节电容器包括2-5个电容模块，所述电容模块以安全电气距离排布在所述绝缘子模块四周。

3.如权利要求2所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述上节电容器包括3个电容模块，3个所述电容模块呈品字形结构排列；所述绝缘子模块为支柱绝缘子，其中，所述电容模块以所述支柱绝缘子为中心。

4.如权利要求1至3任一项所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，多个所述电容模块均分别位于对应的钢架构上，且在所述电容模块和所述钢架构之间设有绝缘底座。

5.如权利要求1所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述绝缘子模块、所述中节电容器、所述下节电容器和所述电磁单元顺次连接、且同轴设置。

6.如权利要求1所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述下节电容器还包括设置在多个串联连接的电容饼外的绝缘外壳，所述绝缘外壳上设置多个便于所述电容饼与所述第二开关模块连接的通孔及用于密封通孔间隙的密封胶。

7.如权利要求6所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述绝缘外壳为非伞裙结构的绝缘外壳。

8.如权利要求6或7所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述第二开关模块设置3-5个，所述第二开关模块一端通过电容饼引出线连接不同串接位置上的所述电容饼、另一端通过分支接地引线与所述下节电容器第二端的主接地片连接。

9.如权利要求1所述的电容式电压互感器的故障模拟装置，其特征在于，所述绝缘子模块的第一端还设有用于与外部电源模块连接的电源引线，所述电磁单元一侧还设有用于与检测设备端口连接的输出引线。

10.一种电容式电压互感器的故障模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

组装权利要求1～9中任一项所述的电容式电压互感器的故障模拟装置；

根据预设的电容故障，接通所述故障模拟装置中的第一开关模块和/或第二开关模块；

将电磁单元一侧的输出引线与检测设备连接，并将绝缘子模块的第一端通过电源引线与外部电源连接；

根据所述外部电源的电压和所述检测设备的检测结果，获取对应故障模拟状态下的电气参量。