一种有效预防电压互感器爆炸的在线监测系统及方法
技术领域
本发明属于电网运维技术领域，具体涉及一种有效预防电压互感器爆炸的在线监测系统及方法。
背景技术
在科技飞速发展的今天，社会生产生活已然离不开电力能源，电力能源也是消耗性能源中所占比例最大的一个部分。伴随这现代社会高速发展，对电力能源的要求也必然随之增大，电网电压等级也越来越高。由大量的分布式容性电气设备构建成的巨型输电网络，使得影响电力系统安全运行的因素也大大增加，如果某一个设备产生故障或出现问题，都可能会引起一系列的不良反应，严重的甚至会导致电网系统解列甚至崩溃。
在显示生产工作过程中，变配电站常会因铁磁谐振现象而引发开关柜短路、过电压保护器损坏、电压互感器烧毁以及熔断器熔断等事故。一旦该类事故发生，都会为企业带来无法弥补的损失。对于电力系统而言，电压互感器作为重要原件，因其所具有的感性特性，使它极易在工况条件下与容性负载元件产生铁磁谐振现象，从而致使人身安全，或使系统运行受到严重危害。根据大量电压互感器爆炸后分析报告可知，电压互感器发生爆炸事故中90%是出现铁磁谐振导致，电网中出现高次谐波以及直流分量会导致电压互感器铁磁谐振的发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种有效预防电压互感器爆炸的在线监测系统及方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种有效预防电压互感器爆炸的在线监测系统，其特征在于：本系统包括：
电压传感器，用于采集电压互感器二次输出电压；
弱电流传感器，用于采集电压互感器泄露电流；
采集单元，用于对电压传感器和弱电流传感器的采样控制，并接收二次输出电压和泄露电流；
分析计算单元，用于分别将二次输出电压和泄露电流按时间进行排序，对同一时间的二次输出电压和泄露电流进行分析处理，分析二者之间的关联性，找出泄露电流中的直流分量，将泄露电流中的直流分量带入所监测的电压互感器的设计参数中，计算该直流分量是否会引起电压互感器出现谐振，当直流分量正好落在所监测的电压互感器的谐振点时，则判断出现电磁谐振现象；
控制单元，用于当分析计算单元判断出现电磁谐振现象时，改变此时电压互感器的运行方式，消除电压互感器出现电磁谐振的环境。
按上述系统，所述的控制单元通过控制断路器进行重合闸操作，来改变此时电压互感器的运行方式。
按上述系统，所述的分析计算单元设置在电压互感器所在变电站；本系统还包括通讯单元，用于将采集单元采集到的二次输出电压和泄露电流，以及分析计算单元和控制单元的计算结果和控制结果，上传至后台系统。
按上述系统，所述的电压传感器准确度等级为0.02级，输入为范围在57.7~100V的交流电压。
按上述系统，所述的弱电流传感器为穿心式或开口式结构，准确度等级为0.05级，输入的交流弱电流范围为0.1uA~10mA。
按上述系统，所述的电压互感器为至少一台，每台电压互感器对应一个电压传感器和弱电流传感器；对每台电压互感器的采样和分析计算以及控制，均相互独立。
一种利用所述的系统实现的在线监测方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、初始化：
对系统进行初始化和参数设置；
S2、信号采集：
采集单元对电压传感器和弱电流传感器的采样控制，同时采集电压互感器的二次输出电压和泄露电流；
S3、分析计算：
分别将二次输出电压和泄露电流按时间进行排序，对同一时间的二次输出电压和泄露电流进行分析处理，分析二者之间的关联性，找出泄露电流中的直流分量，将泄露电流中的直流分量带入所监测的电压互感器的设计参数中，计算该直流分量是否会引起电压互感器出现谐振，当直流分量正好落在所监测的电压互感器的谐振点时，则判断出现电磁谐振现象；
S4、继保设备控制：
当判断出现电磁谐振现象时，改变此时电压互感器的运行方式，消除电压互感器出现电磁谐振的环境。
按上述方法，本方法采用边缘计算方式，所述的S1-S4均在本地完成；同时，本方法还包括S5、数据通讯：将采集单元采集到的二次输出电压和泄露电流，以及分析计算单元和控制单元的计算结果和控制结果，上传至后台系统。
按上述方法，所述的S4中，通过控制断路器进行重合闸操作，来改变此时电压互感器的运行方式。
本发明的有益效果为：通过实时监测电压互感器泄露电流和二次输出电压之间的关系，分析该电压互感器电感量的变化，实现对绝缘性能的预测，在电压互感器出现绝缘异常初期，通过改变电压互感器运行方式，防止内部产生铁磁谐振，从根本上预防电压互感器爆炸事故的出现。此外，可将本次预防性事故通过通讯上传给后台监测系统，方便管理人员对运行设备的监管，具备广阔的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明一实施例的系统结构框图。
图2为本发明一实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种有效预防电压互感器爆炸的在线监测系统，如图1所示，本系统包括电压传感器，用于采集电压互感器二次输出电压；弱电流传感器，用于采集电压互感器泄露电流；采集单元，用于对电压传感器和弱电流传感器的采样控制，并接收二次输出电压和泄露电流；分析计算单元，用于分别将二次输出电压和泄露电流按时间进行排序，对同一时间的二次输出电压和泄露电流进行分析处理，分析二者之间的关联性，判断是否存在直流分量和谐波信号，找出泄露电流中的直流分量，将泄露电流中的直流分量带入所监测的电压互感器的设计参数中，计算该直流分量是否会引起电压互感器出现谐振，当直流分量正好落在所监测的电压互感器的谐振点时，则判断出现电磁谐振现象；控制单元，用于当分析计算单元判断出现电磁谐振现象时，改变此时电压互感器的运行方式，消除电压互感器出现电磁谐振的环境，避免电压互感器出现铁磁谐振，实现预防电压互感器爆炸目的。
本实施例中，所述的控制单元通过控制断路器进行重合闸操作，来改变此时电压互感器的运行方式。每一台电压互感器的谐振点不完全相同，这一谐振点的寻找可根据电压互感器设计参数计算得到。一旦监测到可以引起谐振点的直流信号后，分析计算单元迅速通过向后台提交该点情况，同时分析计算单元向断路器发出重合闸制定，断路器立刻重合闸，由于一次系统出现重合闸动作，改变了原来电源中的直流分量大小，因此避开了能引起谐振的直流分量，实现爆炸的预防。直流分量在交流系统中是一种微弱的暂态信号存在，但一次运行方式突然发生改变时，这种暂态的直流将会发生改变，断路器的重合闸非常短暂，在20ms内可以完成，对于电压互感器这种稳态设备而言，这么快的重合闸不会导致其停止工作。
本实施例中，通过加窗FFT变化来判断找出泄露电流中的直流分量。具体的，采用加窗的FFT计算方式将泄露电流中的直流信号、基波信号和谐波信号分别提取出来。本实施例采用FPGA读取传感器数据，实现FFT分析和通讯指令的触发，包括对断路器和后台系统两方面的指定触发。
进一步的，所述的分析计算单元设置在电压互感器所在变电站，这样采用边缘计算方式，就地完成全部采样和分析计算，并进行操作控制，能够提高数据处理和控制的实时性，从而保障了安全性。本系统还包括通讯单元，用于将采集单元采集到的二次输出电压和泄露电流，以及分析计算单元和控制单元的计算结果和控制结果，上传至后台系统，方便相关运维人员开展电压互感器状态监测。
本发明的主要技术参数包含：
（1）电压传感器准确度等级为0.02级，输入为交流电压范围：(57.7~100)V的80%~120%；
（2）弱电流传感器为穿心式结构，也可以是开口式结构，准确度等级为0.05级，输入为交流弱电流信号，电流范围为0.1uA~10mA；
（3）采集频率 256 点/周波以上，计算电压互感器二次电压输出信号和泄露电流，整体模拟电量测量准确度：0.1%，分辨率：0.01%；
（4）在现场数据异常时存储连续周波的瞬时值，最长记录时间100个周波，事件记录器精度1μs；
（5）所有采集数据带时标，监测装置守时误差小于4μs/10min；
（6）通信规约满足DL/645-2007 标准及相关自定义标准要求；
（7）监测装置数据输出
具备RS485接口；
具备光纤直接将数据上穿云端，与远方数据中心通讯；
（8）装置电气安全、电磁兼容满足相关标准要求；
（9）系统软件安全性符和相关标准要求，能远程软件升级；
（10）装置具有自检、事件记录、故障指示功能。
一种利用所述的系统实现的在线监测方法，如图2所示，本方法包括以下步骤：
S1、初始化：对系统进行初始化和参数设置。
系统上电后，首先需要进行初始化，对所涉及的参数进行设置。
S2、信号采集：
采集单元对电压传感器和弱电流传感器的采样控制，同时采集电压互感器的二次输出电压和泄露电流。
S3、分析计算：
分别将二次输出电压和泄露电流按时间进行排序，对同一时间的二次输出电压和泄露电流进行分析处理，分析二者之间的关联性，找出泄露电流中的直流分量，将泄露电流中的直流分量带入所监测的电压互感器的设计参数中，计算该直流分量是否会引起电压互感器出现谐振，当直流分量正好落在所监测的电压互感器的谐振点时，则判断出现电磁谐振现象。
S4、继保设备控制：
当判断出现电磁谐振现象时，改变此时电压互感器的运行方式，消除电压互感器出现电磁谐振的环境。
本方法采用边缘计算方式，所述的S1-S4均在本地完成。
优选的，本方法还包括S5、数据通讯：将采集单元采集到的二次输出电压和泄露电流，以及分析计算单元和控制单元的计算结果和控制结果，上传至后台系统。
进一步优选的，所述的S4中，通过控制断路器进行重合闸操作，来改变此时电压互感器的运行方式。
本发明可对单独一台电压互感器开展监测，也可以同时监测多台电压互感器，对多台电压互感器的采样、分析计算和控制，互相独立。电压传感器实现对电压互感器二次输出电压的采集并进行合理的电压信号转换，将转换后信号推送给采集单元，弱电流传感器实现对电压互感器泄露电流的采集并转换为合理的电压信号，将信号推送给采集单元，采集单元通过控制线实现对电压传感器、弱电流传感器的采样控制，并接受电压传感器、弱电流传感器传输的信号，分析计算单元实现对电压互感器二次电压信号和泄露电流信号进行分析处理，描绘相关曲线，评估该运行的电压互感器绝缘性能，监测此时电网内是否存在足以让电压互感器出现铁磁谐振的直流分量或谐波，如果判断此时电压互感器运行存在危险，则立刻向控制单元发出指令，控制单元接收到分析计算单元的动作指令后，控制断路器进行重合闸操作，改变此时电压互感器运行方式，消除电压互感器出现电磁谐振的环境，通讯部分将分析计算单元、控制单元的关键参数与操作情况上传至后台系统，方便相关运维人员开展设备安全维护。
本发明将电压互感器二次输出电压和泄露电流同时采集，分析两者关联性，评估电源内存在的直流分量和谐波分量，计算电压互感器内部出现铁磁谐振概率；当监测量显示电压互感器内部可能出现铁磁谐振现象时，立刻控制断路器进行重合闸操作，改变电压互感器运行方式，避免电压互感器出现铁磁谐振，实现预防电压互感器爆炸目的。本发明采用边缘计算方式，就地完成全部采样和分析计算，并进行操作控制，且可以将关键输出和操作情况，电压互感器运行状态上传后台系统，方便相关运维人员开展电压互感器状态监测。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
