一种电压互感器运行状态诊断方法
阅读说明：本技术 一种电压互感器运行状态诊断方法 (Voltage transformer operation state diagnosis method ) 是由 谷斌 江晨玲 代尚林 梁嘉俊 刘华烨 郭乐欣 黄潇恺 樊新启 赖天德 王世祥 于 2020-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电压互感器运行状态诊断方法及其系统,所述方法包括：周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样,以获得采样数据；根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值；根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值；根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差；根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。本发明能够防止实际运行过程中,出现停电检查时电压互感器电气性能正常,运行中却发生故障的情况,避免影响电力设备安全稳定运行及电气工作人员安全。(The invention relates to a method and a system for diagnosing the operating state of a voltage transformer, wherein the method comprises the following steps: periodically sampling secondary voltage output by the voltage transformer to obtain sampling data; calculating the average voltage values of the A phase, the B phase and the C phase according to the sampling data; calculating the voltage difference value between each two phases according to the average voltage values of the A phase, the B phase and the C phase; calculating voltage deviation between each two phases according to the average voltage values of the A phase, the B phase and the C phase and the voltage difference value between each two phases; and judging whether the voltage transformer fails according to the comparison result of the voltage deviation between each two phases and a preset deviation threshold value and preset judgment logic. The invention can prevent the conditions that the electrical performance of the voltage transformer is normal and the voltage transformer breaks down in operation during power failure inspection in the actual operation process, and avoids influencing the safe and stable operation of power equipment and the safety of electrical workers.)
技术领域
本发明涉及电压互感器技术领域，具体涉及一种电压互感器运行状态诊断方法。
背景技术
电力系统为了能远距离、大功率传输电能，需要采用高电压进行输送，输送电能的电压等级在10kV、110kV、220kV、500kV甚至是1000kV。上述电压等级远高于人体安全电压36V，也高于居民日常用电的220V。传输高电压等级的电力设备需要进行实时状态监测、电能计量等监测和控制，就需要将高电压转换成低电压。电压互感器的作用是把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置取用，如此就可以对高电压等级设备进行监测、控制和保护。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离，保障人员人身安全。电压互感器输出二次电压不准确将导致以下问题：1、电能计量错误，造成经济损失和纠纷；2、电力系统调控错误，致使电力设备运行在高于额定电压下工作或低于额定电压下工作，造成电力设备损坏或效率低；3、继电保护设备误动作，导致用户停电，或者继电保护设备拒动作导致电力设备故障后无法及时切除隔离，而造成电力设备损坏。因此，电压互感器运行状态的好坏将直接影响电力设备安全稳定运行及电气工作人员安全。
目前，电压互感器运行状态检测主要是按照检修规程定期停电检查，且检查周期在3年以上。《电力设备检修试验规程》Q/CSG1206007-2017对电容式电压互感器检修试验规定：110kV及以下的每6年进行一次检测、110kV以上的每3年进行一次检测，且规定每节电容值偏差不超出额定值的-5％—+10％，只有当电容测量值与出厂值或上次测量值偏差2％以上时才进行精度测量。
在实现本发明的过程中，发明人发现目前电压互感器停电检查存在以下问题：
虽然在停电检查中能发现部分电压互感器故障及隐患。但是，电压互感器故障的发展呈现指数特征，即故障的发展不是线性发展的，而是刚开始发展缓慢，当故障积累到一定程度后，电压互感器电气绝缘、电磁传输超过临界点后将直接恶化而不能再正常运行。电压互感器在故障初期因电气性能变化不大，即使停电进行检查也无法发现问题，但在下一个检查周期前可能已经恶化。同时，为了考虑停电检查时试验误差，检查标准均有一定容错裕度，而此裕度通常大于电压互感器初期故障电气性能误差。也就是说，现有定期停电检查的手段和方法不能够及时发现电压互感器故障。实际运行过程中，出现了很多停电检查时电压互感器电气性能正常，运行中发生故障情况。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电压互感器运行状态诊断方法，以解决目前电压互感器停电检查的上述技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提出一种电压互感器运行状态诊断方法，包括：
周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样，以获得采样数据；
根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值；
根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值；
根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差；
根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。
优选地，所述采样数据为日采样数据、周采样数据、月采样数据中的一种。
优选地，所述根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值，具体包括：
根据日采样数据计算A相、B相和C相的日电压平均值；
或者，根据周采样数据计算A相、B相和C相的周电压平均值；
或者，根据月采样数据计算A相、B相和C相的月电压平均值。
优选地，所述根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值，具体包括：
根据所述A相、B相和C相的日电压平均值、周电压平均值或月电压平均值计算每两相之间的电压差值。
优选地，所述根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差，具体包括：
其中，UA为A相的电压平均值，UB为B相的电压平均值，UC为C相的电压平均值，ΔUAB为A、B相之间的电压差，ΔUBC为B、C相之间的电压差，ΔUCA为C、A相之间的电压差，
优选地，所述根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障，具体包括：
如果仅有则A、B两相异常，C相正常；
如果仅有
如果仅有
如果
如果且则B相异常，A、C相正常；
如果
如果且则A、B、C三相异常。
优选地，所述根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障，具体包括：
如果连续多个周期，仅有
如果连续多个周期，仅有
如果连续多个周期，仅有
如果连续多个周期，
如果连续多个周期，
如果连续多个周期，且则C相异常，A、B相正常；
如果连续多个周期，
优选地，所述方法还包括：
如果根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器故障，则输出与故障类型对应的告警信息，并存储所述告警信息。
第二方面，本发明实施例提出一种电压互感器运行状态诊断系统，用于实现上述实施例的方法，包括：
采样单元，用于周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样，以获得采样数据；
平均值计算单元，用于根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值；
电压差值计算单元，用于根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值；
电压偏差计算单元，用于根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差；以及
故障判定单元，用于根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。
优选地，所述系统还包括：
告警单元，用于如果所述故障判定单元根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器故障，则输出与故障类型对应的告警信息，并存储所述告警信息。
以上实施例方案具有如下有益效果：
通过周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样，以获得采样数据，可以是日采样数据、周采样数据或者月采样数据，并根据所述采样数据计算每两相之间的电压偏差，最终根据所述每两相之间的电压偏差与一预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。其中，电压互感器输出的二次电压的采样可以在不停电的情况下进行，实现采样并根据采样数据进行电压互感器的运行状态诊断，防止实际运行过程中，出现停电检查时电压互感器电气性能正常，运行中却发生故障的情况，避免影响电力设备安全稳定运行及电气工作人员安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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为本发明一实施例中一种电压互感器运行状态诊断方法的流程图。
图2为本发明一实施例中电容式电压互感器结构原理图。
图3为本发明一实施例中一种电压互感器运行状态诊断系统的框架图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示，本发明一实施例提出一种电压互感器运行状态诊断方法，包括：
步骤S1、周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样，以获得采样数据；
步骤S2、根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值；
步骤S3、根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值；
步骤S4、根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差；
步骤S5、根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。
具体而言，电容式电压互感器(CVT)是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器。电容式电压互感器与电磁式电压互感器相比，除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，还具有冲击绝缘强度高、制造简单、重量轻、体积小、成本低、运行可靠、维护方便并可兼做高频载波通信的耦合电容等优点。主要缺点是其误差特性比电磁式电压互感器差，且输出容量较小，影响误差的因素较多(如温度、频率等)。目前我国制造的TYD型电容式电压互感器准确度已提高到0.5级，在110kV及以上中性点直接接地系统中得到了广泛的应用。
电容式电压互感器主要由电容分压器和中间变压器组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满绝缘油。中压变压器由装在密封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻尼装置组成。电容式电压互感器本质上是一个电容分压器，为了便于分析，将电容器串分成主电容C1和分压电容C2两部分(也叫上电容C1、下电容C2)，每一个部分都是由若干个电容器串联组成，如图2所示。T为中间变压器，L为补偿电抗器，BL为并联在补偿电抗器两端的保护用避雷器。中间变压器T和补偿电抗器L都设有抽头，分别用来调节电容式电压互感器的幅值误差和相位误差。1a、1n为第一组二次绕组，主要用于测量；2a、2n为第二组二次绕组，主要用于保护；da、dn为第三组二次绕组，和另外两相的第三组二次绕组串接，用于测量零序电压。第三绕组两端还并接了一个由电抗和电阻组成的速饱和阻尼器Z，这主要是因为电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振。正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中间变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。
假设电容式电压互感器上端电压为U，中间变压器一次侧电压为U’，则：
U’＝U×C1/(C1+C2)
式中，K＝C1/(C1+C2)为分压比，改变C1和C2的比值，可得到不同的分压比。当部分C1损坏时，C1将变大，中间变压器一次侧电压将升高；当部分C2损坏时，C2将变大，中间变压器一次侧电压将降低。因而对应的二次侧电压也将跟随着改变，且变化大小与C1、C2密切相关。
通过上述对电容式电压互感器原理分析，可以知道当电容式电压互感器的上下级电容发生击穿故障、中间变压器故障及二次回路故障，均能影响其输出二次电压。电压互感器的功能就是将一次电压转换成合格的二次电压。因而，本申请通过监测二次侧电压来判断电压互感器的运行状态，判断其是否存在故障。
其中，所述采样数据为日采样数据、周采样数据、月采样数据或年采样数据中的一种。
具体而言，电压互感器二次电压还随一次系统电压变化，且一次系统电压变化还存在一定随机性。因此，监测二次侧电压所选取的参考标准就不能是电压互感器额定电压。同时，一次系统负荷随着时间变化也是波动的，因而不能简单地选取历史值作为参考标准。由于电力系统都是三相同时运行，且三相电压互感器基本上是同一厂家、同时投运的。因而，三相电压互感器其正常衰减周期亦是一致的。一次系统负荷虽然一直在波动，但在较长的时间内三相是大致均衡的。所以，本申请选取同一母线或间隔的三相电压互感器的日历史曲线、周历史曲线、月历史曲线或年历史曲线来进行电压互感器运行状态判决依据。
在步骤S1中，设定一个采样周期，例如每5分钟采集一个二次电压值，三相电压分别为UA1、UB1、UC1，下一个采样周期时三相电压分别为UA2、UB2、UC2，以此类推，将所有采样值送入存储器存储起来。每天三相电压的二次电压值就是当日所有电压的平均值，即：
式中，UAt、UBt、UCt，分别是三相电压每相当日电压平均值，代表当日电压值。用平均值代替瞬时采样值可以减少采样误差及电力系统电压波动等因素对二次电压影响。UAi、UBi、UCi代表三相电压当日各采样时间点的瞬时采样值，即某一时刻三相电压瞬时值。n为当日总共的电压采样点数，该值可以通过预设的采样周期进行计算得出，例如采样周期为1个小时，则n＝24。
其中，所述步骤S2具体包括：
根据日采样数据计算A相、B相和C相的日电压平均值；
或者，根据周采样数据计算A相、B相和C相的周电压平均值；
或者，根据月采样数据计算A相、B相和C相的月电压平均值。
具体而言，按照上述步骤计算出每日的三相电压值，然后再用每日电压值计算出每周电压值，每周电压值计算方法同每日电压值，均是当周内各相电压各自求平均值，即：
式中，UAz、UBz、UCz，分别是三相电压每相当周电压平均值，代表当周电压值。用平均值代替瞬时采样值可以减少采样误差及电力系统电压波动等因素对二次电压影响。UAti、UBti、UCti代表三相电压当日电压平均值。n为当周总共的电压采样点数，该值n＝7。
按照上述步骤，以此类推，可以得出三相电压各月、各年度电压值。
其中，所述步骤S3具体包括：
根据所述A相、B相和C相的日电压平均值、周电压平均值或月电压平均值计算每两相之间的电压差值。
具体而言，通过上述采样及计算方法得出三相电压的日电压值、周电压值、月电压值、年电压值，接下来就需要对电压值进行进一步计算，计算各相电压之间的电压差值。即：
ΔUAB＝UA-UB
ΔUBC＝UB-UC
ΔUCA＝UC-UA
当采用不同电压时，可以计算出不同的电压差值，如当采用日电压值时可计算出日电压差值、采用周电压值时可计算出周电压差值。
其中，所述步骤S4具体包括：
其中，UA为A相的电压平均值，UB为B相的电压平均值，UC为C相的电压平均值，ΔUAB为A、B相之间的电压差，ΔUBC为B、C相之间的电压差，ΔUCA为C、A相之间的电压差，
其中，在一实施例中，所述步骤S5具体包括：
如果仅有则A、B两相异常，C相正常；
如果仅有则B、C两相异常，A相正常；
如果仅有则A、C两相异常，B相正常；
如果
如果且
如果且则C相异常，A、B相正常；
如果
具体而言，将计算得到的各相电压偏差与给定的电压偏差标准进行比较，当计算的电压偏差大于给定的电压偏差标准即判断电压互感器二次电压存在异常，即或
可以理解的是，当三个电压偏差中，只有一个电压偏差大于电压偏差标准时，则判断为该电压偏差所涉及的两相电压互感器异常，即当只有则判断为A、B两相电压互感器异常。当三个电压偏差中，有两个电压偏差大于电压偏差标准时，则上述两个电压偏差所共同涉及相的电压互感器异常，即当只有
其中，在另一实施例中，所述步骤S5具体包括：
如果连续多个周期，仅有
如果连续多个周期，仅有则B、C两相异常，A相正常；
如果连续多个周期，仅有则A、C两相异常，B相正常；
如果连续多个周期，
如果连续多个周期，且则B相异常，A、C相正常；
如果连续多个周期，且则C相异常，A、B相正常；
如果连续多个周期，
具体而言，本实施例中为了消除偶然因素干扰，导致出现误判情况出现，可以使用连续多个周期的电压偏差比较来判断，也就是可以设定为连续3周的某一周电压偏差超过电压偏差标准、连续2个月的某一月电压偏差超过电压偏差标准，则确定故障。
在一具体实施例中，所述方法还包括：
如果根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器故障，则输出与故障类型对应的告警信息，并存储所述告警信息。
可以理解的是，在以上实施例中，由于当前电压互感器检测手段及检测周期限制，电压互感器存在异常甚至故障时不能及时发现，而电压互感器作为电力系统中非常重要电气设备，其健康安全稳定运行关系着电力系统及电气设备能否正常运行，通过实时监测电压互感器二次输出电压，计算不同周期的电压差及电压偏差，即可在电压互感器存在异常情况下及时发现，提醒电气运维人员及时处理，避免出现大的电力事故。
通过以上实施例的描述可知，本发明具有以下优点：
(1)本方法可以根据电压互感器二次输出电压进行电压互感器运行状态判别，可以实时监测，在电压互感器出现异常后第一时间发现并告警。
(2)本方法可以广泛应用于加装了三相电压互感器的各种情况。
(3)本方法在解决上电压互感器异常、故障发现不计算问题时，不需要变电站设备停电，大大降低整改难度，也减少了整改成本。
如图3所示，本发明实施例提出一种电压互感器运行状态诊断系统，用于实现上述实施例的方法，包括：
采样单元1，用于周期性地对电压互感器输出的二次电压进行采样，以获得采样数据；
平均值计算单元2，用于根据所述采样数据计算A相、B相和C相的电压平均值；
电压差值计算单元3，用于根据所述A相、B相和C相的电压平均值计算每两相之间的电压差值；
电压偏差计算单元4，用于根据所述A相、B相和C相的电压平均值以及所述每两相之间的电压差值计算每两相之间的电压偏差；以及
故障判定单元5，用于根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器是否故障。
在一具体实施例中，所述系统还包括：
告警单元6，用于如果所述故障判定单元5根据所述每两相之间的电压偏差与预设偏差阈值的比较结果、以及预设判定逻辑判定电压互感器故障，则告警单元6输出与故障类型对应的告警信息，并存储所述告警信息。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
需说明的是，上述实施例所述系统与上述实施例所述方法对应，因此，上述实施例所述系统未详述部分可以参阅上述实施例所述方法的内容得到，此处不再赘述。
并且，上述实施例所述车位线识别系统如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
具体而言，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
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