CN118033521A - 一种电压互感器状态评估方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压互感器状态评估方法、装置及系统，属于电气设备状态检测技术领域。该方法包括：实时获取同一时刻下电压互感器所在线路的电流数据以及电压互感器采集的电压数据，并进行处理得到电流、电压特征量数据；比较电压特征量数据与预设的电压参考特征量数据，当电压互感器的电压数据异常时，比较电流特征量数据与预设的电流参考特征量数据，若电流数据未发生异常，则判定电压互感器状态异常。该装置包括数据采集单元、算法分析模块和存储模块，算法分析模块用于实现上述评估方法。该系统包括母线电压互感器状态评估装置、线路电压互感器状态评估装置以及电压互感器状态评估融合装置。本发明兼顾了电压互感器状态评估的效率与准确性。

Description

一种电压互感器状态评估方法、装置及系统

技术领域

本发明属于电气设备状态检测技术领域，具体涉及一种电压互感器状态评估方法、装置及系统。

背景技术

电压互感器安全运行与电力系统稳定运行关系密切，电压互感器一旦发生事故，不仅会影响周围设备和人身的安全，对用户的正常用电产生影响，而且对电力系统整体的正常运行构成威胁。电压互感器状态监测评估装置能够实现对电压互感器运行状态的识别和分类，降低电压互感器发生故障的概率，减少意外停电情况，减少对其维护和停电检修时间，降低维护成本，增加使用寿命，提高总体经济效益，同时降低维护过程中由操作不当造成故障的概率，提高电力系统的安全性、可靠性、经济性。因此，设计开发电压互感器状态评估装置是实现对其状态检修的基础，是实现电网运行无人值守的重要组成，是电力系统发展迫切需要的。

目前电压互感器状态检测技术研究多集中在离线检测，通过红外成像、超声波检测、气体分解物分析电压互感器状态，在线检测技术研究较少。而且，现有检测方式中，有的检测参量过多，导致检测方式过于复杂而影响检测效率，有些检测方式又因为检测参量过少，而导致误判情况发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种电压互感器状态评估方法、装置及系统，以解决现有检测方式不能兼顾检测效率与准确性的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供的电压互感器状态评估方法包括以下步骤：

1)实时获取同一时刻下的待评估电压互感器所在线路的电流数据以及待评估电压互感器采集的电压数据，并对所述电流数据和电压数据进行处理，获取电流特征量数据以及电压特征量数据；

2)将所述电压特征量数据与预设的电压参考特征量数据进行比较，判断待评估电压互感器采集的电压数据是否异常；

3)当待评估电压互感器采集的电压数据异常时，将所述电流特征量数据与预设的电流参考特征量数据进行比较，判断电流数据是否异常，若电流数据未发生异常，则判定待评估电压互感器状态异常。

进一步地，该方法还包括：每隔设定时间段，对待评估电压互感器正常时的历史同期的电压数据进行处理，得到历史电压特征量数据；对当前时刻下与待评估电压互感器处于不同电气间隔的至少一个电压互感器的电压数据进行处理，得到不同间隔电压特征量数据；将待评估电压互感器在当前时刻的电压特征量数据分别与历史电压特征量数据和不同间隔电压特征量数据进行比较，判断待评估电压互感器状态是否异常。

进一步地，当待评估电压互感器当前时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，且待评估电压互感器当前时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，则待评估电压互感器状态异常。

进一步地，所述电压特征量数据包括电压幅值、电压频率和电压谐波分量特征值中的至少一种，所述电流特征量数据包括电流幅值、电流频率和电流谐波分量特征值中的至少一种。

本发明方法的有益效果是：本发明通过分析电压互感器采集电压波形的畸变情况，结合电压互感器所在线路的电流数据异常情况，来评估电压互感器状态，该评估方法只需分析电压、电流数据即可实现评估，兼顾了检测效率与准确性，能够及时发现电压互感器缺陷，避免故障突发造成的经济损失。

本发明为解决上述技术问题而提供的电压互感器状态评估装置包括数据采集单元、算法分析模块和存储模块，所述数据采集单元和存储模块分别与算法分析模块连接，所述数据采集单元用于采集待评估电压互感器所在线路的电流数据以及获取同一时刻下待评估电压互感器采集的电压数据；所述算法分析模块用于实现上面所述的电压互感器状态评估方法，所述存储模块用于存储预设的电压参考特征量数据和预设的电流参考特征量数据。

进一步地，所述数据采集单元包括依次连接的电压采集模块、电压变送模块和电压信号处理模块；还包括依次连接的电流采集模块、电流变送模块和电流信号处理模块；还包括信号同步模块，所述电压信号处理模块的输出端和电流信号处理模块的输出端分别与信号同步采集模块的输入端连接，所述信号同步采集模块的输出端与算法分析模块的输入端连接。

进一步地，该装置包括通信模块，所述通信模块与算法分析模块连接，用于与外部设备进行数据交互。

进一步地，所述存储模块还用于将采集的电压、电流数据、处理得到的电压特征量数据、电流特征量数据以及待评估电压互感器的状态评估结果进行存储。

进一步地，该装置还包括数据显示模块，所述数据显示模块用于调用存储模块中存储的数据进行显示。

本发明装置的有益效果是：本发明通过分析电压互感器采集电压波形的畸变情况，结合电压互感器所在线路的电流数据异常情况，来评估电压互感器状态，该评估装置只需分析电压、电流数据即可实现评估，兼顾了检测效率与准确性，能够及时发现电压互感器缺陷，避免故障突发造成的经济损失。

本发明为解决上述技术问题而提供的变电站电压互感器状态评估系统包括母线电压互感器状态评估装置、线路电压互感器状态评估装置以及电压互感器状态评估融合装置，所述母线电压互感器状态评估装置和线路电压互感器状态评估装置分别与电压互感器状态评估融合装置通信连接，所述线路电压互感器状态评估装置采用上面所述的电压互感器状态评估装置来实现；所述母线电压互感器状态评估装置用于根据母线电压数据以及预先存储的母线电压参考特征量数据判断母线电压波形是否异常，并将判断结果发送给电压互感器状态评估融合装置，所述电压互感器状态评估融合装置用于在母线电压波形发生异常时，根据各个线路的电压和电流数据，判断母线电压互感器状态是否异常。

本发明系统的有益效果是：本发明通过分析电压互感器采集电压波形的畸变情况，结合电压互感器所在线路的电流数据异常情况，来评估电压互感器状态，该评估系统只需分析电压、电流数据即可实现评估，兼顾了检测效率与准确性，能够及时发现电压互感器缺陷，避免故障突发造成的经济损失。

附图说明

图1是本发明实施例的电压互感器状态评估装置结构框图；

图2是本发明实施例的电压互感器状态评估装置信号获取示意图；

图3是本发明实施例的变电站整站电压互感器状态评估装置应用架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明的基本构思是：利用电压互感器的电压数据对电压互感器状态进行初步判断，然后再结合电压互感器所在线路的电流数据来判断是一次系统电压异常还是电压互感器本身状态异常，从而避免误判情况的发生，又因为只需要根据电压、电流数据即可实现电压互感器状态判断，检测方式复杂度低，从而提高检测效。

电压互感器状态评估方法实施例

本发明的电压互感器状态评估方法包括以下步骤：

1)实时获取同一时刻下的待评估电压互感器所在线路的电流数据以及待评估电压互感器采集的电压数据，并对所述电流数据和电压数据进行处理，获取电流特征量数据以及电压特征量数据。

作为一种优选的实施方式，可以从电压互感器所在线路的三相电流互感器的二次线圈中实时获取电流数据，以及从三相电压互感器的二次线圈获取电压数据。电流数据和电压数据为同一时刻采集的数据。

为了方便对电压、电流信号进行处理，作为一种优选的实施方式，将电压信号及电流信号分别进行转换，将强电信号转换为标准弱电信号，然后将转换后的标准弱电信号进行变换、滤波、放大转换为芯片能够识别的电压信号。如将电压信号转换为标准4-20mA信号；将1A/5A电流信号转换为4-20mA信号，将4-20mA信号转换为芯片可接收的0-3.3V信号。

为了得到相同时刻下的电压、电流数据，作为一种优选的实施方式，同步采集电压、电流处理后的波形。采样率和采集时间可通过配置文件设置，采样率最大支持20kHz，单次最大采样时间根据存储容量来定。

对同步采集后的电压、电流波形进行分析处理获取当前时刻下的电流特征量数据以及电压特征量数据。作为一种优选的实施方式，电压特征量数据包括电压幅值、电压频率、电压谐波分量等特征值中的至少一种；电流特征量数据包括电流幅值、电流频率、电流谐波分量等特征值中的至少一种。

2)将所述电压特征量数据与预设的电压参考特征量数据进行比较，判断电压互感器采集的电压数据是否异常。

判断电压数据是否异常的方法为：将电压特征量数据与预设的电压参考特征量数据进行比较，若电压特征量数据超出预设的电压参考特征量数据时，判断电压互感器采集的电压数据是否异常。

作为一种优选的实施方式，当电压特征量数据为电压幅值时，则预设的电压参考特征量数据为额定电压幅值的5％，若电压幅值超出额定电压幅值的5％，则判定电压互感器采集的电压数据异常。当电压特征量数据为电压频率时，则预设的电压参考特征量数据为频率范围50±0.2Hz，若电压频率超出频率范围50±0.2Hz时，则判定电压互感器采集的电压数据异常。当电压特征量数据为谐波分量时，则统计谐波分量的次数，当谐波分量的次数超过3次以上时，认为电压波形出现畸变。当电压参考特征量数据包括两种以上电压特征量数据时，则只要任意一种特征量数据超出对应预设的电压参考特征量，判定电压互感器采集的电压数据异常。

3)当电压互感器的电压数据异常时，将电流特征量数据与预设的电流参考特征量数据进行比较，判断电流数据是否异常，若电流数据未发生异常，则判定电压互感器状态异常。

判断电流数据是否异常的方法为：将电流特征量数据与预设的电流参考特征量数据进行比较，若电流特征量数据超出预设的电流参考特征量数据时，判断电流数据异常，否则，电流数据未发生异常。

作为一种优选的实施方式，当电流特征量数据为电流幅值时，则电流参考特征量数据为额定电流幅值的5％，若电流幅值超出额定电流幅值的5％，则判定电流数据异常，否则电流数据未发生异常；当电流特征量数据为电流频率时，则电流参考特征量数据为频率范围50±0.2Hz，若电流频率超出频率范围50±0.2Hz时，则判定电流数据异常，否则未发生异常。电流特征量数据为谐波分量时，可以统计谐波分量的次数，当谐波分量的次数超过3次以上时，认为电流波形出现畸变，否则电流数据未发生异常。

以上三个步骤是对系统中各个电压互感器状态进行在线实时评估，为了提高电压互感器状态评估的准确性和可靠性，还可以每隔设定时间段进行电压数据、电流数据采集，进行电压互感器状态判断，这里的设定时间段可以是10天、半个月、一个月等，相较于上述步骤1)～3)的实时判断过程，两次判断的时间间隔较长。该判断过程按照以下步骤进行：

每隔设定时段，采集一次采集电压互感器所在线路的电流数据，以及相同时刻下的电压互感器采集的电压数据，并处理得到该时刻下的电流特征量数据以及对应的电压特征量数据。

对待评估电压互感器正常时的历史同期的电压数据进行处理，得到历史电压特征量数据。获取该时刻下与待评估电压互感器处于不同电气间隔的至少一个电压互感器的电压数据，对该时刻下不同电气间隔的各电压互感器的电压数据进行处理，得到不同间隔电压特征量数据。将待评估电压互感器在该时刻的电压特征量数据分别与历史电压特征量数据和不同间隔电压特征量数据进行比较，当待评估电压互感器该时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，且待评估电压互感器当前时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，则电压互感器状态异常。

作为一种优选的实施方式，当电压特征量数据为电压幅值时，第一设定值为额定电压幅值的1％。当电压特征量数据为电压频率时，第一设定值为0.05Hz。当电压特征量数据包括电压幅值和电压频率两种参量时，只要任意一种参量的差异超过对应的预设值，则认为电压互感器状态异常。

在变电站中，用于测量母线电压的电压互感器简称为母线电压互感器，用于测量该母线下各线路的电压的电压互感器简称为线路电压互感器。那么，存在对母线电压互感器和线路电压互感器这两类互感器进行状态评估的情况。对线路电压互感器进行评估时，可以直接采用上述实施例中所述的评估方法。对母线电压互感器进行评估时，采用上述实施方式中的步骤1)、2)来判断母线电压是否异常。当母线电压异常时，则根据上述实施例中的步骤1)、2)判断该母线下各线路的电压是否异常，根据上述实施例中的步骤3)判断电流数据是否异常，根据判断结果来确定是一次系统电压异常，还是母线电压互感器本身状态异常。如果该母线下所有线路电压和电流波形都出现畸变，判断是一次系统电压异常；如果是该母线下所有线路电压和电流波形都正常，则判断是母线电压互感器本身状态异常。

作为一种优选的实施方式，当电压互感器异常时，发出告警信息。

作为一种优选的实施方式，对采集得到的当前时刻的电压、电流数据、分析处理后的电流特征量数据、电压特征量数据以及电压互感器状态评估结果进行存储，且至少存储一年的数据。

作为一种优选的实施方式，可以将所存储的电压、电流数据、分析处理后的电流特征量数据、电压特征量数据以及电压互感器状态评估结果进行显示，便于就地查看。

电压互感器状态评估装置实施例

如图1、2所示，本实施例的装置包括数据采集单元、算法分析模块和存储模块，数据采集模块和存储模块分别与算法分析模块连接，数据采集单元用于采集电压互感器所在线路电流数据以及获取电压互感器采集的相同时刻的电压数据；算法分析模块用于实现一种电压互感器状态评估方法，该电压互感器状态评估方法参见上述实施例，这里不在详细说明；存储模块用于存储预设的电压参考特征量数据和电流参考特征量数据。

作为一种优选的实施方式，如图1所示，数据采集单元包括依次连接的电压采集模块、电压变送模块和电压信号处理模块；还包括依次连接的电流采集模块、电流变送模块和电流信号处理模块；还包括信号同步模块，电压信号处理模块的输出端和电流信号处理模块的输出端分别与信号同步采集模块的输入端连接，信号同步采集模块的输出端与算法分析模块的输入端连接。电压采集模块用于获取电压互感器采集的电压数据，电流互感器用于采集线路的电流信号。电压变送模块用于将强电信号转换为标准弱电信号，如将从继保电压回路获取的电压信号转换为标准4-20mA电流信号。电流变送模块用于将强电信号转换为标准的弱电信号，如将从继保电流回路获取的1A/5A信号转换为4-20mA信号。电压信号处理模块和电流信号处理模块用于将标准的弱电信号通过变换、滤波、放大转换为芯片可接收的信号，如将4-20mA信号通过变换、滤波、放大转换为芯片可接收的0-3.3V信号。信号同步采集模块用于同步采集电压、电流处理后的波形，采样率和采集时间可通过配置文件设置，采样率最大支持20kHz，单次最大采样时间根据存储容量来定。

作为一种优选的实施方式，本实施例的装置还包括通信模块，通信模块与算法分析模块连接，用于与外部设备进行数据交互。例如从外部设备获取与待评估电压互感器处于不同电气间隔的电压互感器采集的电压数据，或者获取与待评估电压互感器处于不同电气间隔的电压互感器的电压特征量数据。

作为一种优选的实施方式，存储模块还用于将采集的电压、电流数据、电压特征量数据、电流特征量数据以及电压互感器状态的评估结果进行存储。

作为一种优选的实施方式，本实施例的装置还包括数据显示模块，数据显示模块用于调用存储模块中存储的数据进行显示。

进一步地，本实施例的装置还包括电源模块，用于向电压互感器状态评估装置中的各模块供电。

进一步地，本实施例的装置可安装在GIS设备控制柜内。

变电站电压互感器状态评估系统实施例

如图3所示，本实施例的系统包括母线电压互感器状态评估装置、线路电压互感器状态评估装置以及电压互感器状态评估融合装置，母线电压互感器状态评估装置和线路电压互感器状态评估装置分别与电压互感器状态评估融合装置通信连接。

线路电压互感器状态评估装置采用上述实施例中的电压互感器状态评估装置来实现，如图3中的电压互感器状态评估装置1、电压互感器状态评估装置2、电压互感器状态评估装置3和电压互感器状态评估装置n。

母线电压互感器状态评估装置用于根据母线电压数据以及预设的电压参考特征量数据判断母线电压波形是否异常，如图3中的电压互感器状态评估装置4。判断母线电压是否异常的方法可参见电压互感器状态评估方法实施例中的步骤1)、2)，这里不再详细说明。

母线电压互感器状态评估装置将母线电压波形异常与否的判断结果发送给电压互感器状态评估融合装置，电压互感器状态评估融合装置用于在母线电压波形发生异常时，根据由各线路电压互感器状态评估装置发送过来的线路电压和线路电流数据，判断是一次系统电压异常，还是母线电压互感器本身状态异常。如果该母线下所有线路电压、电流波形都出现畸变，判断是一次系统电压异常；如果该母线下所有线路电压、电流波形都正常，判断是母线电压互感器本身状态异常，发出告警信息。

Claims (10)

1.一种电压互感器状态评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)实时获取同一时刻下的待评估电压互感器所在线路的电流数据以及待评估电压互感器采集的电压数据，并对所述电流数据和电压数据进行处理，获取电流特征量数据以及电压特征量数据；

2)将所述电压特征量数据与预设的电压参考特征量数据进行比较，判断待评估电压互感器采集的电压数据是否异常；

3)当待评估电压互感器采集的电压数据异常时，将所述电流特征量数据与预设的电流参考特征量数据进行比较，判断电流数据是否异常，若电流数据未发生异常，则判定待评估电压互感器状态异常。

2.根据权利要求1所述的电压互感器状态评估方法，其特征在于，该方法还包括：每隔设定时间段，对待评估电压互感器正常时的历史同期的电压数据进行处理，得到历史电压特征量数据；对当前时刻下与待评估电压互感器处于不同电气间隔的至少一个电压互感器的电压数据进行处理，得到不同间隔电压特征量数据；将待评估电压互感器在当前时刻的电压特征量数据分别与历史电压特征量数据和不同间隔电压特征量数据进行比较，判断待评估电压互感器状态是否异常。

3.根据权利要求2所述的电压互感器状态评估方法，其特征在于，当待评估电压互感器当前时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，且待评估电压互感器当前时刻的电压特征量数据与不同间隔电压特征量数据之间差值的绝对值超过第一设定值，则待评估电压互感器状态异常。

4.根据权利要求1所述的电压互感器状态评估方法，其特征在于，所述电压特征量数据包括电压幅值、电压频率和电压谐波分量特征值中的至少一种，所述电流特征量数据包括电流幅值、电流频率和电流谐波分量特征值中的至少一种。

5.一种电压互感器状态评估装置，其特征在于，该装置包括数据采集单元、算法分析模块和存储模块，所述数据采集单元和存储模块分别与算法分析模块连接，所述数据采集单元用于采集待评估电压互感器所在线路的电流数据以及获取同一时刻下待评估电压互感器采集的电压数据；所述算法分析模块用于实现权利要求1-4中任意一项所述的电压互感器状态评估方法，所述存储模块用于存储预设的电压参考特征量数据和预设的电流参考特征量数据。

6.根据权利要求5所述的电压互感器状态评估装置，其特征在于，所述数据采集单元包括依次连接的电压采集模块、电压变送模块和电压信号处理模块；还包括依次连接的电流采集模块、电流变送模块和电流信号处理模块；还包括信号同步模块，所述电压信号处理模块的输出端和电流信号处理模块的输出端分别与信号同步采集模块的输入端连接，所述信号同步采集模块的输出端与算法分析模块的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的电压互感器状态评估装置，其特征在于，该装置包括通信模块，所述通信模块与算法分析模块连接，用于与外部设备进行数据交互。

8.根据权利要求5所述的电压互感器状态评估装置，其特征在于，所述存储模块还用于将采集的电压、电流数据、处理得到的电压特征量数据、电流特征量数据以及待评估电压互感器的状态评估结果进行存储。

9.根据权利要求8所述的电压互感器状态评估装置，其特征在于，该装置还包括数据显示模块，所述数据显示模块用于调用存储模块中存储的数据进行显示。

10.一种变电站电压互感器状态评估系统，其特征在于，该系统包括母线电压互感器状态评估装置、线路电压互感器状态评估装置以及电压互感器状态评估融合装置，所述母线电压互感器状态评估装置和线路电压互感器状态评估装置分别与电压互感器状态评估融合装置通信连接，所述线路电压互感器状态评估装置采用权利要求5-9任意一项所述的电压互感器状态评估装置来实现；所述母线电压互感器状态评估装置用于根据母线电压数据以及预先存储的母线电压参考特征量数据判断母线电压波形是否异常，并将判断结果发送给电压互感器状态评估融合装置，所述电压互感器状态评估融合装置用于在母线电压波形发生异常时，根据各个线路的电压和电流数据，判断母线电压互感器状态是否异常。