一种高压开关PT柜运行监测装置及其应用方法与流程

一种高压开关pt柜运行监测装置及其应用方法
技术领域
1.本发明涉及电力系统智能运检领域，具体涉及一种高压开关pt柜运行监测装置及其应用方法，可适用于对变电站高压pt开关柜的运行过电压及局放缺陷等运行风险进行自动监测、消除及告警。


背景技术：

2.随着国民经济的飞速发展，我国电网网架规模不断扩大，投运变电站数量也与日俱增。在电网系统中，高压开关柜是实现变电站低压侧与配电网连接的设备，其正常运行与否直接关系到用户用电的可靠供应。低压侧高压开关pt柜则可以采集母线电压信号，可用于变电站低压侧运行情况监测、识别站内或线路故障并启动跳闸保护等需要。
3.高压开关pt柜在运行过程中，受外部过电压、铁磁谐振、内部绝缘局部缺陷等因素影响，容易出现pt故障，或引起系统谐振过电压，给设备安全、系统稳定运行带来影响。目前电网系统低压侧一般未安装故障录波系统、也没有有效的过电压实时监测、识别、消除手段，采用的消谐器由于过电压类别识别能力差、采样精度不够，实际消谐效果不理想，发生故障以后也难以查明原因，难以针对性的进行预防改进。针对开关柜pt本体缺陷，只能通过带电检测定期巡检检查，缺陷检出效果不及时、检出结果偏差大。此外，传统的pt柜故障检测方法单一，判断准确率低，缺乏多源参数联动综合判断分析能力，或是需要通过后期大量人工干预排查，响应速度慢，停电时间长。综上所述，为了改进高压开关pt柜的故障检测监测及自动消谐能力，亟需研究一种用于高压开关pt柜运行风险智能预警与抑制的装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，以及高压开关pt柜运行风险预警消缺能力差的问题，提供一种高压开关pt柜运行监测装置及其应用方法，本发明旨在解决高压pt柜过电压故障频发、消谐困难、内部故障监测难的问题，可以高效、准确、全面的监测pt柜运行状态，可用于实现对特定运行缺陷的智能消缺。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种高压开关pt柜运行监测装置，包括pt中性点电流检测单元、过电压监测单元、超声局放监测单元和控制单元，所述pt中性点电流检测单元、过电压监测单元、超声局放监测单元的输出端分别与控制单元相连。
7.可选地，所述pt中性点电流检测单元为电流互感器ta，所述电流互感器ta安装于高压开关pt柜的一次消谐模块的尾部，且采用穿芯方式采集中性点电流并输出给控制单元。
8.可选地，所述过电压监测单元包括宽频传感绝缘子和二次分压电路，所述宽频传感绝缘子安置于高压开关pt柜内，且所述宽频传感绝缘子的高压侧与高压开关pt柜的隔离手车下端的引出铜排相连、低压侧经二次分压电路输出低电压信号至控制单元。
9.可选地，所述超声局放监测单元包括超声传感单元和前置放大单元，所述超声传感单元安装在高压开关pt柜内，所述超声传感单元的输出端通过前置放大单元输出超声传感信号至控制单元。
10.可选地，所述控制单元包括微处理器、人机模块、通信模块和电源模块，所述pt中性点电流检测单元、过电压监测单元、超声局放监测单元的输出端分别与微处理器的输入端相连，所述微处理器分别与人机模块、通信模块相连，所述电源模块的输出端分别与微处理器、人机模块、通信模块相连。
11.可选地，所述微处理器的控制输出端还与高压开关pt柜的一次消谐模块或二次消谐模块的控制端相连以启动高压开关pt柜的一次消谐模块或二次消谐模块进行消谐。
12.此外本发明还提供一种前述高压开关pt柜运行监测装置的应用方法，包括pt中性点电流监测的步骤：
13.a1)通过pt中性点电流检测单元检测获得pt中性点电流实际值i；
14.a2)判断pt中性点电流实际值i大于预设的pt中性点电流整定值i0是否成立，若成立则发出告警信号，同时启动谐振主动抑制模块进行消谐，跳转执行步骤a3)；
15.a3)在消谐启动时长t1后，判断是否消谐成功，若消谐成功，则解除告警信号，流程结束；否则，跳转执行步骤a2)。
16.可选地，还包括超声波监测的步骤：
17.b1)通过超声局放监测单元检测超声信号的幅频系数实际值v；
18.b2)判断幅频系数实际值v大于预设的幅频系数标定值v0是否成立，若不成立则判定超声信号为正常信号，流程结束；否则，进一步判断超声信号是否为局放信号，若不是局放信号，则报异常振动告警信号，流程结束；若是局放信号，则判断是否存在过电压信号，若存在过电压信号则判定局放信号为过电压pt局放信号，若不存在过电压信号则判定局放信号为pt局放异常信号，报告警信号，流程结束；
19.其中，步骤b2)中判断是否存在过电压信号是指：通过过电压监测单元采集电压数据，判断电压数据中的电压幅值大小判断是否存在过电压，若电压幅值大于预设阈值则判定存在过电压信号，否则判定不存在过电压信号。
20.可选地，步骤a2)中pt中性点电流实际值i大于预设的pt中性点电流整定值i0不成立时还包括进一步进行所述超声波监测的步骤。
21.可选地，还包括进行过电压检测的步骤：
22.c1)通过过电压监测单元采集电压数据；
23.c2)判断电压数据中的电压幅值大小判断是否存在过电压，若不存在过电压则流程结束；否则，根据电压图谱识别出过电压类型；
24.c3)基于电压数据提取出幅频比值实际值g，判断幅频比值实际值g大于预设的幅频比值标定值g0是否成立，若成立则判定过电压为谐振过电压，发出谐振过电压预警信号，并启动谐振主动抑制模块进行消谐，跳转执行步骤c4)；若不成立则发出步骤c2)中识别得到的电压类型的过电压预警信号，流程结束；
25.c4)在消谐启动时长t1后，判断是否消谐成功，若消谐成功，则解除告警信号，流程结束；否则，跳转执行步骤c3)。
26.和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明高压开关pt柜运行监测装置包括
pt中性点电流检测单元、过电压监测单元、超声局放监测单元和控制单元，pt中性点电流检测单元、过电压监测单元、超声局放监测单元的输出端分别与控制单元相连，可用于实现对pt柜多维信号的自动采集、对比、综合分析，结合pt中性点电流、过电压、超声局放3种信号的监测，可实现高压开关pt柜的运行风险全方位监测，能够解决高压开关pt柜过电压故障频发、消谐困难、内部故障监测难的问题，可以高效、准确、全面的监测高压开关pt柜运行状态，可用于实现对特定运行缺陷的智能消缺。
附图说明
27.图1为本发明实施例装置的结构示意图。
28.图2为本发明实施例方法的基本流程示意图。
29.图例说明：1、pt中性点电流检测单元；2、过电压监测单元；21、宽频传感绝缘子；22、二次分压电路；3、超声局放监测单元；31、超声传感单元；32、前置放大单元；4、控制单元；41、微处理器；42、人机模块；43、通信模块；44、电源模块。
具体实施方式
30.如图1所示，本实施例的高压开关pt柜运行监测装置包括pt中性点电流检测单元1、过电压监测单元2、超声局放监测单元3和控制单元4，pt中性点电流检测单元1、过电压监测单元2、超声局放监测单元3的输出端分别与控制单元4相连。pt中性点电流检测单元1可实现高压开关pt柜的pt中性点电流检测，过电压监测单元2可实现高压开关pt柜的过电压监测，超声局放监测单元3可实现高压开关pt柜的超声局放监测，可用于实现对pt柜多维信号的自动采集、对比、综合分析，结合pt中性点电流、过电压、超声局放3种信号的监测，可实现高压开关pt柜的运行风险全方位监测，能够解决高压开关pt柜过电压故障频发、消谐困难、内部故障监测难的问题，可以高效、准确、全面的监测高压开关pt柜运行状态，可用于实现对特定运行缺陷的智能消缺。
31.pt中性点电流检测单元1用于监测消谐装置泄放电流作为pt中性点电流。本实施例中，pt中性点电流检测单元1为电流互感器ta，电流互感器ta安装于高压开关pt柜的一次消谐模块的尾部，且采用穿芯方式采集中性点电流并输出给控制单元4，可满足平衡特性、抗干扰性和线性要求。本实施例中，电流互感器ta的测量范围为50ma
‑
1a，比值差小于等于0.2％，相位差小于等于30分，额定输出0
‑
1v(ac)，可有效测量pt中性点的零序电流。
32.过电压监测单元2可采集过电压信号用于过电压识别及对策分析。如图1所示，本实施例的过电压监测单元2包括宽频传感绝缘子21和二次分压电路22，宽频传感绝缘子21安置于高压开关pt柜内，且宽频传感绝缘子21的高压侧与高压开关pt柜的隔离手车下端的引出铜排相连、低压侧经二次分压电路22输出低电压信号至控制单元4。宽频传感绝缘子21是一种可覆盖测量与保护量程的非传统电压互感器，可实现支撑绝缘和宽频过电压监测功能的整合，采用薄膜电容或陶瓷电容，可满足10年可靠运行且测量精度不变的要求，能满足其额定一次电压测量级与保护级的全部误差要求，额定一次电压包括额定相电压和额定零序电压，标准值为额定二次相电压标准值为额定二次零序电压标准值为6.5v/3。
33.超声局放监测单元3用于实现pt柜内部的持续超声局放监测，监测结果可以用于
判断pt柜内部是否存在异常绝缘缺陷引起的局放信号。如图1所示，本实施例的超声局放监测单元3包括超声传感单元31和前置放大单元32，超声传感单元31安装在高压开关pt柜内，超声传感单元31的输出端通过前置放大单元32输出超声传感信号至控制单元4。本实施例中，超声传感单元31采用工业级高精度超声探头，配合高效放大滤波电路，灵敏度高、反应迅速，可避开运行设备的振动频段，有效采集局放超声信号，包括局放脉冲次数、脉冲幅值。通过对不同缺陷模型下的时域相位、脉冲数和测量阈值之间的关系研究，结合多种抗干扰算法，排除场干扰信号，对pt柜绝缘故障情况进行预警，可通过485总线方式将数据上传至上位机。
34.如图1所示，本实施例的控制单元4包括微处理器41、人机模块42、通信模块43和电源模块44，pt中性点电流检测单元1、过电压监测单元2、超声局放监测单元3的输出端分别与微处理器41的输入端相连，微处理器41分别与人机模块42、通信模块43相连，电源模块44的输出端分别与微处理器41、人机模块42、通信模块43相连。
35.如图1所示，本实施例微处理器41的控制输出端还与高压开关pt柜的一次消谐模块或二次消谐模块的控制端相连以启动高压开关pt柜的一次消谐模块或二次消谐模块(图中未绘出)进行消谐，从而可根据监测结果进行主动消谐。
36.如图2所示，本实施例还提供一种前述高压开关pt柜运行监测装置的应用方法，包括pt中性点电流监测的步骤：
37.a1)通过pt中性点电流检测单元1检测获得pt中性点电流实际值i；
38.a2)判断pt中性点电流实际值i大于预设的pt中性点电流整定值i0是否成立，若成立则发出告警信号，同时启动谐振主动抑制模块45进行消谐，跳转执行步骤a3)；
39.a3)在消谐启动时长t1后，判断是否消谐成功，若消谐成功，则解除告警信号，流程结束；否则，跳转执行步骤a2)。
40.本实施例中，判断消谐成功是指通过过电压监测单元2来进行电压检测，并判断是否仍然存在谐振过电压，如果存在谐振过电压则判定消谐不成功，否则判定消谐成功。
41.作为一种可选的实施方式，本实施例中发出告警信号是指通过网络向监控后台发出告警信号，此外也可以根据需要采用其他发出告警信号的形式，包括向报警器或其他输出设备，或者网络中的其他物理节点或者包含网络用户在内的虚拟节点等。
42.此外，作为一种可选的实施方式，本实施例步骤a2)中pt中性点电流实际值i大于预设的pt中性点电流整定值i0不成立时还包括进一步进行超声波监测的步骤。通过启动超声检测装置强制采集，并结合是否出现过电压，在系统后台自动将超声波局放信号分为过电压pt局放和pt局放异常并告警。
43.如图2所示，本实施例还包括超声波监测的步骤：
44.b1)通过超声局放监测单元3检测超声信号的幅频系数实际值v；幅频系数实际值v是指指定频率下的幅值，该指定频率可为基频、分配或倍频，采用函数表达式可表示为：
[0045][0046]
上式中，v1为指定频率f下的幅值，f
t
可为基频、分配或倍频；
[0047]
b2)判断幅频系数实际值v大于预设的幅频系数标定值v0是否成立，若不成立则判定超声信号为正常信号，流程结束；否则，进一步判断超声信号是否为局放信号，若不是局
放信号，则报异常振动告警信号，流程结束；若是局放信号，则判断是否存在过电压信号，若存在过电压信号则判定局放信号为过电压pt局放信号，若不存在过电压信号则判定局放信号为pt局放异常信号，报告警信号，流程结束；
[0048]
本实施例中，步骤b2)中判断是否存在过电压信号是指：通过过电压监测单元2采集电压数据，判断电压数据中的电压幅值大小判断是否存在过电压，若电压幅值大于预设阈值则判定存在过电压信号，否则判定不存在过电压信号。
[0049]
本实施例中，判断超声信号是否为局放信号可根据需要选择下述方式中的一种：
[0050]
方式一：将判断超声信号与预设的专家库图谱特征进行匹配，若不匹配则判定不是局放信号，若匹配则判定是局放信号。
[0051]
方式二：采用机器学习分类模型来判断超声信号是否为局放信号。本实施例中采用机器学习分类模型来判断超声信号是否为局放信号时，所采用的超声信号特征包括：(1)超声幅值范围ep，超声幅值可以有效区分噪声和局放信号，局放信号幅值应当在一个特定的幅值范围内，通过机器学习实际案例，增加该范围准确性；(2)超声信号波形周期t，通过对超声信号波形周期t的案例学习可增加通过周期判断局放类型的准确率；(3)超声信号幅频系数v，通过超声信号幅频系数v可识别超声幅值和周期等信号的关联性，通过机器学习提升关联性识别准确率。
[0052]
如图2所示，本实施例还包括进行过电压检测的步骤：
[0053]
c1)通过过电压监测单元2采集电压数据；
[0054]
c2)判断电压数据中的电压幅值大小判断是否存在过电压，若不存在过电压则流程结束；否则，根据电压图谱识别出过电压类型；
[0055]
c3)基于电压数据提取出幅频比值实际值g，判断幅频比值实际值g大于预设的幅频比值标定值g0是否成立，若成立则判定过电压为谐振过电压，发出谐振过电压预警信号，并启动谐振主动抑制模块45进行消谐，跳转执行步骤c4)；若不成立则发出步骤c2)中识别得到的电压类型的过电压预警信号，流程结束；
[0056]
c4)在消谐启动时长t1后，判断是否消谐成功，若消谐成功，则解除告警信号，流程结束；否则，跳转执行步骤c3)。当g>g0时，判定为谐振过电压，发送过电压预警信号至后台系统，并联动pt中性点电流检测启动谐振主动抑制模块45，根据消谐效果按pt中性点电流监测种相同的流程进行处理。
[0057]
本实施例中，判断超声信号是否为局放信号可根据需要选择下述方式中的一种：
[0058]
方式一：根据电压图谱识别出过电压类型是指将电压图谱与预设的专家库图谱特征进行匹配识别出过电压类型。
[0059]
方式二：采用机器学习分类模型来根据电压图谱识别出过电压类型。本实施例中采用机器学习分类模型来根据电压图谱识别出过电压类型时，所采用的超声信号特征包括：(1)波形参数fz。频率是对过电压识别的关键的波形参数fz，高频、基频、倍频等不同的过电压波形，其实际频率都在一定范围内波动，甚至可能重叠，通过波形参数fz的识别学习，逐渐增加机器对根据频率识别过电压类型的准确性。(2)幅频系数v。特定幅频系数下的设备故障率，及幅值与设备故障率的关联学习；例如波形拟合度学习，对高度相似的历史波形进行对比分析，增加判断准确率。(3)波形周期时间t。不同过电压持续时间周期t均存在差异，通过波形周期时间t可以获取波形稳定时间，通过案例学习，增强机器自主判断能力。
[0060]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0061]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。