[发明专利]一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法

摘要

一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法，它包括有如下步骤：采集整个变电站电子式互感器的输出信号,并计算各时刻下的输电线路末端和变压器二次侧的理论电流瞬时值，再与对应采集值比较，分别计算出各输电线路首末两端和变压器一二次侧电子式电流互感器的残差，通过残差与设定阈值的比较来判断是否有电子式电流互感器发生渐变性故障，同时对母线注入电流做基尔霍夫检测即可定位故障互感器。本发明操作简便、计算精度高，可在电子式电流互感器不停电、不脱网、无需附加其它硬件设备的条件下，实现渐变性故障的在线诊断。

主权项

一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法，它包括有如下的步骤：（1）、采集整个变电站电子式互感器的输出信号①、实时采集变电站各条输电线路首端电子式互感器输出的三相电流、电压瞬时信号，同时，采集输电线路末端电子式电流互感器输出的电流瞬时信号in（t），它所对应的三相电流瞬时信号是inA（t）、inB（t）、inC（t）；获取电信号的时间间隔均为Δt，且0.05ms≤Δt≤0.25ms；②、实时采集变电站各台变压器一次侧电子式互感器输出的三相电流瞬时信号i1A（t）、i1B（t）、i1C（t），以及三相电压瞬时信号u1A（t）、u1B（t）、u1C（t），同时，采集变压器二次侧电子式电流互感器输出的电流瞬时信号i2（t），它所对应的三相电流瞬时信号是i2A（t）、i2B（t）、i2C（t）；获取电信号的时间间隔均为Δt，且0.05ms≤Δt≤0.25ms；（2）、计算t时刻下的输电线路末端和变压器二次侧的理论电流瞬时值①、计算t时刻下的输电线路末端的理论电流瞬时值用步骤（1）获取的t时刻下输电线路首端的三相电流、电压瞬时信号，计算出输电线路首端t时刻下的电流正序分量im1（t）、电流负序分量im2（t）和电流零序分量im0（t）以及电压正序分量um1（t）、电压负序分量um2（t）、电压零序分量um0（t），将它们代入到如下的公式中，分别计算出输电线路末端的电流正序分量ijn1（t）、电流负序分量ijn2（t）、电流零序分量ijn0（t）：ijn（t）=im（t）‑Cxum(1）（t）+1/2×(RCx2im(1）（t）+LCx2im(2）（t）)上面式中：R是输电线路的单位长度等效电阻，针对正序分量、负序分量和零序分量的计算，它分别对应的取值是R1、R2、R0；L是输电线路的单位长度等效电感，针对正序分量、负序分量和 零序分量的计算，它分别对应的取值是L1、L2、L0；C是输电线路的单位长度等效电容，针对正序分量、负序分量和零序分量的计算，它分别对应的取值是C1、C2、C0；x是输电线路的长度；ijn（t）是输电线路末端的电流序分量理论计算值，针对电流正序分量，ijn（t）就是ijn1（t），针对电流负序分量，ijn（t）就是ijn2（t），针对电流零序分量，ijn（t）就是ijn0（t）；im（t）是输电线路首端的电流序分量；针对电流正序分量，im（t）就是im1（t）；针对电流负序分量，im（t）就是im2（t）；针对电流零序分量，im（t）就是im0（t）；um(1)（t）＝（um(t)‑um(t‑Δt)）/Δt；针对电压正序分量，um（t）就是um1（t）；针对电压负序分量，um（t）就是um2（t）；针对电压零序分量，um（t）就是um0（t）；im(1）（t）＝（im(t)‑im(t‑Δt)）/Δt；im(2）（t）＝（im(t)‑2im(t‑Δt)+im(t‑2Δt)）/Δt2；根据计算得到的t时刻下输电线路末端的电流正序分量ijn1（t）、电流负序分量ijn2（t）、电流零序分量ijn0（t），计算出输电线路末端的理论电流瞬时值iout(t)，它所对应的三相理论电流瞬时值分别是ioutA(t)、ioutB(t)、ioutC(t)；②、计算t时刻下变压器二次侧的理论电流瞬时值将步骤（1）中获取的t时刻下变压器一次侧三相电流i1A（t）、i1B（t）、i1C（t）和三相电压u1A（t）、u1B（t）、u1C（t）的瞬时信号代入到如下公式中，计算出变压器励磁支路的磁通密度增量ΔB(t)： ΔB ( t ) = 1 2 N 1 S [ u 1 ( t - Δt ) - r 1 i 1 ( t - Δt ) - L 1 σ i 1 ( t - Δt ) - i 1 ( t - 2 Δt ) Δt + u 1 ( t ) - r 1 i 1 ( t ) - L 1 σ i 1 ( t ) - i 1 ( t - Δt ) Δt ] Δt 式中：u1（t）是变压器的一次侧电压瞬时值，它所对应的三相电压瞬时值是u1A（t）、u1B（t）、u1C（t）；i1（t）是变压器的一次侧电流瞬时值，它所对应的三相电流瞬时值是i1A（t）、i1B（t）、i1C（t）；r1是变压器一次侧绕组电阻；L1σ是变压器一次侧绕组电感；N1是变压器一次绕组匝数；S是铁磁材料的横截面积；以磁通密度增量ΔB(t)作为步长，采用四级四阶Runge‑Kutta法对以下方程进行迭代求解，从而计算出t时刻下的磁化强度M（t）： dM dB = M an - M + kδc d M an d H e μ 0 kδ + μ 0 ( 1 - α ) ( M an - M + kδc d M an d H e ) 式中： d M an d H e = M s a ( - 1 sinh 2 ( ( B / μ 0 + ( α - 1 ) M ) / a ) + 1 ( ( B / μ 0 + ( α - 1 ) M ) / a ) 2 ) ; M an = M s ( coth ( B / μ 0 + ( α - 1 ) M a ) - a B / μ 0 + ( α - 1 ) M ) ; M为磁化强度；Ms为饱和磁化强度；k为不可逆磁滞损耗参数，表征铁磁材料的阻塞损耗作用；μ0为真空磁导率；α为平均磁场系数，反映了磁畴间的耦合；a为表征非磁滞磁化曲线形状的参数；c为磁畴壁弯曲系数；δ=ΔB/Δt,为方向系数；将t时刻下的磁通密度B(t)和磁化强度M（t）代入到如下公式中，计算出变压器t时刻下的二次侧电流理论值： i 2 j ( t ) = N 1 N 2 [ ( B ( t ) / μ 0 - M ( t ) ) l / N 1 - i 1 ( t ) ] 式中：l为等效磁路长度；N2为变压器二次侧绕组匝数；i2j（t）所对应的三相电流理论值是i2jA（t）、i2jB（t）、i2jC（t）；（3）、分别计算所有输电线路首末两端和变压器一二次侧电子式电流互感器的残差εa、εb①、输电线路首末两端电流互感器的残差εa=|in（t）‑iout(t)|，其中：εa代表第a条线路的残差，a表示输电线路的条数，a=1、2、3...；②、变压器一二次侧电流互感器的残差εb=|i2（t）‑i2j（t）|，其中：εb代表第b台变压器的残差，b表示变压器的台数，b=1、2、3...；（4）、电子式电流互感器渐变性故障判断①、当εa<ε0且εb<ε0时，ε0为所设定的阈值，说明变电站一次系统中无电子式电流互感器发生渐变性故障，将t+Δt作为新的时刻t，执行步骤（2）；②、当εa>ε0时，说明变电站中第a条输电线路的首末两端有电子式电流互感器发生渐变性故障，执行步骤（5）；③、当εb>ε0时，说明变电站中第b台变压器的一二次侧有电子式电流互感器发生渐变性故障，执行步骤（6）；（5）、对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基尔霍夫检测，若流入母线的电流矢量和大于ε0，则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第a条输电线路的首端；若流入母线的电流矢量和小于或等于ε0，则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第a条输电线路的末端；将t+Δt作为新的时刻t，执行步骤（2）；（6）、对本变电站母线上所有支路的电子式电流互感器的采集瞬时值做基尔霍夫检测，若流入母线的电流矢量和大于ε0，则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第b台变压器的母线侧；若流入母线的电流矢量和小于或等于ε0，则说明发生渐变性故障的电子式电流互感器位于第b台变压器的非母线侧；将t+Δt作为新的时刻t，执行步骤（2）；如此循环往复的重复步骤（2）、（3）、（4）、（5）、（6），实现实时地对变电站所有电子式电流互感器的渐变性故障进行在线诊断的目的。