一种电压互感器监测方法与流程

1.本发明涉及互感器，特别是涉及一种电压互感器监测方法。


背景技术：

2.互感器作为重要的电力设备，有数量多，检修任务重，设备故障影响计量和保护等特点。早期的互感器监测主要是绝缘监测、部分二次电参数监测和一二次联合监测的手段。
3.其中一二次联合主要是同步采集高压侧的电流或电压，与二次回路的电流或电压进行同步比对实现；但由于需要接触一次高电压，在绝缘方面考究较多，一般该技术仅用于低压互感器。
4.随着人工智能技术和统计计算技术的发展，近年来有开展基于二次电压分析相对计量误差的相关研究，但这些研究目前主要停留在比较显著的二次电压异常方面，对于二次电压和误差之间的关系并没有很好建立数学模型；部分研究成果将多只互感器二次电压同步采集并进行置信区间的分析，可以发现一些偏离目标置信区间的数据，但该方法受到样本数量限制，没有很好的处理正常系统操作存在的电压异常波动(如开关合闸、负荷调整、雷电波、操作波、次生振荡、检修引入的各种干扰波形)，这些异常波并不是互感器产生故障或缺陷的特征，容易对现有的统计计算方法形成误导；此外统计算法中对置信区间的取舍没有形成与被测数据关联的计算方法；对于互感器误差超限的机理因缺乏同步的绝缘参量分析手段导致没有对超差原因及时的挖掘和分析，且因故障会累积和延伸，仅依靠出现超差后对互感器进行停电、解体测试的方法只能发现故障现象，不能合理的解释故障的真实来源。因而有必要对以上实际问题进行改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电压互感器监测方法，不需要采集高压侧电压电流信号的电压互感器的监测方法，并解决了现有的电压互感器计量误差监测面临的诸多问题。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电压互感器监测方法，包括以下步骤：
7.s1.对被测互感器进行数据采集与分析，分为如下两种情况：
8.a、被测互感器具备接地量采集时，根据二次量和接地量单独计算互感器计量误差、分析绝缘状态；
9.b、被测互感器不具备接地量采集或接地量采集出现故障、数据波动量大导致数据无法进行个体互感器误差计算时，采取多只互感器联合分析的方式；
10.s2.综合评估计量误差波动与绝缘状态的关联性：采用神经网络算法同步评估计量和绝缘状态，并根据绝缘指标评估计量超差的原因。
11.进一步地，所述步骤s1所述的被测互感器包括电磁式电压互感器和电容式电压互感器。
12.所述被测互感器具备接地量采集时，采集分析方式如下：
13.第一步、采集被测互感器的二次量和接地量，以及辅助量；所述辅助量包括温度、湿度、振动数据；
14.若被测互感器为电磁式电压互感器，采集二次量和接地量时，至少采集一路二次电压，一路电压互感器整体接地电流；
15.若测互感器为电容式电压互感器，采集二次量和接地量时，至少采集一路二次电压，一路整体接地泄漏电流，一路低压电容接地电流；或至少采集一路二次电压，一路低压电容接地电流，一路降压变压器一次接地电流；
16.第二步、根据采集的二次量和接地量分别计算电压互感器的误差和评估绝缘状态。
17.进一步地，所述被测电压互感器为电磁式电压互感器时，采集分析方法如下：
18.(a)定时采集二次电压v2、互感器整体接地电流的波形ig，计算幅度、相位和频谱；温度、湿度、振动数据；
19.(b)计量瞬时误差计算：对v2，ig波形数据进行开窗处理，采用小波或短时傅立叶变换stft计算v2，ig的直流分量v2dc,igdc及两者的比值kdc＝v2dc/igdc；当igdc，v2dc较无故障历史均值数据增大10％以上或kdc小于无故障历史均值数据90％时将kdc记为异常值，认为线路出现操作过电压或雷电过电压或线路谐振，因此该电压v2不作为计算误差的依据，放弃已采集v2的数据；当有效值或均方根值v2和ig的比值v2/ig较无故障历史均值增大10％以上认为电压互感器二次电压开路，该电压v2不作为计量误差的依据，放弃已采集v2的数据，当igdc，v2dc低于历史均值110％或kdc与历史值差值的绝对量比较大于历史均值95％将kdc记为正常值，计算v2和ig的相位差v2和ig
×
m的比值差，vr0＝(v2*nr-ig*m)/ig*m＝v2*nr/(ig*m)-1＝kg*nr/m-1，介质损耗nr为额定变比或历史测试的变比值，m为参考绝缘阻抗值或历史测试值,kg＝v2/ig；当m值无法确定时无法计算vr0，进入(c)，由(c)+(d)完成比差和绝缘评估。
20.(c)计量均值误差偏移量计算：
21.至少获取kdc为正常数据时多个时间点二次电压v2n,接地电流ign,n＝1,2
…
n，并计算kgn＝v2n/ign，v2电压相位角度记做θ2n,接地电流ig的相位角度记做θgn,计算kgn＝v2n/ign，v2电压相位角度记做θ2n,接地电流ig的相位角度记做θgn,以参考标准值v20，ig0幅度比kg0＝v20/ig0作为期望值μ，δkg为kgn的标准差,基于kg0，δkg计算kgn的正态分布p(kg0)；
22.基于v2n，ign均值的幅度比kgn0＝v2avg/igavg的平均值作为期望值μ，δkg为kgn的标准差，对kgn计算正态分布p(kgn)。
23.分别以参考值平均值分别作为期望值μ，的标准差计算的正态分布，获得
24.设定置信区间，计算比差偏移量
△
p＝p(kgn)-p(kg0)并记作比差偏移量；角差偏移量移量
25.当无法设定置信区间时，对n(n》8)个二次电压v2n,接地电流ign的幅度或相角差进行傅立叶变换获得频域数据，并计算频域数据取绝对值最大量占所有数据取绝对量后算术和的比例，该比例对应二次电压和接地电流对应的占比系数sv2,sign，取[sv2,sign]中
最小值作为置信区间。
[0026]
(d)带入比差和角差绝对量，计算当前运行状态的比差角差绝对量；
[0027]
d1:录入停电状态校验的比差和角差数据，如停电数据缺失时，采取同一运行变电站环境的其他同规格电压互感器的比差、角差的停电数据均值代替，将获得的停电校验比差、角差数据或计算的比差和角差数据记作vr0,δ0,然后计算当前被测电压互感器的比差v2＝vr0+
△
p，角差δ＝δ0+
△
δ。其中
△
p,
△
δ为步骤(c)获得的数据；
[0028]
d2：当d1获得的比差和角差处于标准值范围时，振动数据出现持续增大或振动幅度大于历史正常值时，认为电压互感器外部螺栓松动；当d1获得的比差和角差超过标准值范围时，振动数据出现持续增大或振动幅度大于历史正常值时，认为电压互感器存在过电压、放电或绝缘异常；
[0029]
(e)考虑环境影响，定时分析电压互感器的比差、角差、温度、湿度、振动的历史数据，计算正态分布
[0030]
绘制基于比差、角差、温度、湿度、振动的正态分布曲线。
[0031]
当比差、角差出现了超限情况，温度、湿度数据处于历史均值或95％置信区间内，认为电压互感器因内部原因导致计量误差超限；当比差、角差出现了超限情况，温度、湿度、振动数据至少一个超出历史均值或95％置信区间外，认为电压互感器存在计量误差受环境影响出现超限或因外绝缘或内部绝缘导致误差超限。
[0032]
进一步地，所述被测电压互感器为电容式电压互感器时，采集分析方法如下：
[0033]
(a)定时安全采集二次电压v2、低压电容接地电流ic2、励磁变压器一次侧接地电流ip1、互感器整体接地电流ig的波形，计算v2，ic2,ip1,ig的幅度、相位和频谱；温度、湿度、振动数据；
[0034]
(b)判断是否存在故障；
[0035]
b1:计算电容式互感器高压电容端电压、比差和角差；
[0036]
首先计算高压电容的电流向量值，ic1＝＝ig,或当ig采集出现故障、失效或无数据时，通过ic2和ip1计算，ic1＝ic2+ip1计算，即向量相加获得高压电容电流的幅度ic1和相位
[0037]
其次计算电容端电压vc1，vc2的幅度和相位，计算公式为：
[0038]
vc＝ic
×
zc,zc＝1/(2*3.141592*f
×
c),f为计算的频率值，c为高压电容c1,低压电容c2铭牌标称值或历史校验数据；ic为低压电容ic2，高压电容电流ic1＝ig或ic1＝ic2+ip1。
[0039]
zc1＝1/(2*3.141592*f
×
c1)，zc2＝1/(2*3.141592*f
×
c2)。
[0040]
vc1＝ic1
×
zc1,vc2＝ic2
×
zc2,
[0041]
然后计算线路电压：vline＝vc1+vc2；
[0042]
线路电压vline相角记作
[0043]
最后计算比差：vr＝(nr*v2-vline)/vline
[0044]
角差:角差:为二次电压的相角；nr为额定变比或历史测试的变比值。
[0045]
b2:根据谐波含量判断是否有局部放电现象：
[0046]
当多个采集时间段的低压电容接地电流ic2的频谱中出现谐波参量且谐波含量大
于总频谱2％以上时，或ig频谱中出现谐波参量且谐波含量大于总频谱3％以上，判断被测电容式电压互感器出现局部放电现象；或ig频谱中出现谐波参量且谐波含量大于总频谱3％以上并且ip1谐波含量大于ic2谐波含量时，判断降压变压器出现局部放电现象；否则进入b3；
[0047]
b3：基于相角差是否存在故障：
[0048]
计算v2，ic2的相角差δvc，v2，ip1的相角差δvp；ic2,ip1的相角差δcp；如ic2大于额定值的10％且|90-δvc|小于门限值，说明高压电容c1出现容量下降；如ip1大于额定值20％且|90-δcp|小于门限值，说明降压变压器一次绕组或平波补偿电抗器或避雷器或高压电容c1出现故障；当如ip1大于额定值20％且|90-δcp|均大于门限值，说明降压变压器出现故障；
[0049]
b4：估算电容量
[0050]
对互感器二次电压v2，或低压电容接地电流ic2，或降压变压器一次侧接地电流ip1或互感器整体接地电流ig的波形进行时域到频域变换，在频域数据上寻找20hz-150hz范围内是否存在稳定的非工频信号fr，如果存在fr，则计算fr与工频信号f0的偏差
△
f,工频信号f0取50hz或60hz或频域数据上增益最大对应的频率值：
[0051][0052]
当ic2偏离标准值5％以上，ig或v2偏离标准值小于2％时，认为电容c2产生了偏差；ic2正偏离时，c2减少,δc＜0；ic2负偏离时，c2增大,δc＞0；δc＝0,fr＝f0；
[0053]
首先带入标准值f0,c2标称电容，计算l值：
[0054]
然后带入l值,c2值，fr值替代f0带入到如下方程，
[0055][0056]
方程中c2直接替代c，那么只需要计算δc，就获得最新的c2
‘
值＝c2+δc；
[0057]
当ic2正偏离标准值5％以上，ig或v2偏离标准值大于2％时，认为高压电容c1减少导致电压互感器变比n减少，导致输出电压上升和ic2上升；假设高压电容和低压电容不会同时发生故障，因此该情况属于高压电容发生了故障；
[0058]
接下来同样的方法用于计算c1。
[0059]
首先带入标准值f0,c为高压电容c1标称电容，计算l’＝l值。
[0060]
然后带入l’值,c1值，fr期待f0值带入到如下方程，
[0061][0062]
计算δc
‘
。最新的高压电容c1’值为c1+δc
‘
；
[0063]
以上标准值指设计制造值或历史测试数据或无故障历史运行数据的平均值。
[0064]
由此可见，以上算法的关键点在于镜像频率fr，只有当镜像频率存在时，即fr≠f0，那么根据方程就可以计算出电容的变化量。当不存在镜像频率，认为电容量没有发生变化，估算的电容值为原来已知测试的电容量。
[0065]
当然，以上算法的前提是c1和c2不会同时发生量值偏移，其中计算的l电感值也是相对c1和c2的等效值，在计算c1和c2时，计算出的等效电感值是不同的。显然如果确定或假设电容量不变，并获得了准确的电容值为前提，也可以同等方程带入f0,c值计算无故障电感l，然后再带入fr，c计算等效电感的偏移量。由于等效电感主要来自电磁单元和补偿电抗器，因此等效电感的偏移可用于发现电磁单元和补充电抗器的缺陷或故障。
[0066]
所述被测互感器不具备接地量采集或接地泄漏量采集出现故障、数据波动量大导致数据无法进行个体互感器误差计算时，采取多只同电压等级互感器联合分析的方式，即通过多只电压互感器的二次电压的概率分布计算误差，具体包括：
[0067]
(1)设同步采集的互感器信号为ak,k＝1,2
…
n,k为相同时间点采集的多只互感器的数据，n为采集时间点的最大个数；ak为电磁式电压互感器二次电压、或电容式电压互感器二次电压、c2电流波形信号的相位、幅度；或电容式电压互感器二次电压、接地电流ig波形信号的相位、幅度；
[0068]
(2)对ak进行量化处理，获得bk,bk＝ak/akmax,akmax为ak中最大数值，因此bk量化后的范围是0-1，然后对bk施加窗函数进行开窗处理，进行时域到频域变换，获得频域特性数据ck；对ck取模值获得|ck|,计算模值的总和并寻找|ck|中最大值|ckmax|,计算比值p＝|ckmax|/sau,当p》＝λ时，认为整体数据处于良好状态，当p《λ认为数据波动性增大，存在异常数据并将p作为置信区间；λ取值区间为0.8000-0.9999，默认值0.9600。
[0069]
以上对bk施加窗函数进行开窗处理，采用汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼窗、black-harries窗，凯瑟窗、平顶窗、矩形窗和三角窗的任意一种。
[0070]
(3)然后计算ak正态分布。
[0071]
(4)计算对应置信区间p的ak的数据与ak平均值作为误差偏移量；获得的数据包括：
[0072]
电磁式电压互感器：二次电压v2幅度偏移量、角度偏移量，记作pt[
△
ε1,
△
ε2],将
△
ε1视为比差偏移量，
△
ε2为角差偏移量。
[0073]
电容式电压互感器：二次电压v2幅度偏移量、ic2或ig幅度偏移量记作[
△
ε1,
△
ε2]；v2角度偏移量、ic2或ig角度偏移量[
△
ε3,
△
ε4]，然后计算比差和角差偏移量：
[0074]
比差偏移量：
△
ε1
‑△
ε2(直接相减求算术差)
[0075]
角差偏移量：
△
ε3
‑△
ε4(直接相减求算术差)
[0076]
此处计算比差和角差的偏移量的理念是，二次电压和接地量响应一次电压变化的同步性存在偏差，该同步性偏差至少会反映在比差或角差上。
[0077]
当所计算的比差和角差偏移量超出电压互感器精度等级规定数值视为误差超限。
[0078]
进一步地，所述步骤s2包括：
[0079]
a、建立如下参数的神经网络架
[0080]
a1、当被测设备为通用电压互感器:
[0081]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,igpeak,igrms,frg,mfg,n
[0082]
输出量为：verr,δerr,z,tanδ,pd,yn
[0083]
a2.当被测设备为电容式电压互感器：
[0084]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,ic2,ip1,igpeak,igrms,frg,mfg,c10,c20,n
[0085]
输出量为：verr,δerr,z,c2,c1,tanδ,pd,yn
[0086]
其中，v2peak＝二次电压峰值；v2rms＝二次电压有效值；v2dc＝二次电压直流电压；igpeak＝电压互感器接地电流峰值，igrms＝电压互感器接地电流有效值，frg＝电流ig的镜像频率，为频率在20-150hz范围的第二大增益的频率的非系统工频信号；mfg为大于工频信号的其他频率增益总和占所有频率增益总和的比值，因此0＝《mfg《＝1；
[0087]
ic2为电容式电压互感器低压电容的电流有效值或均方根值或峰值；
[0088]
ip1为电容式电压互感器电磁式变压器的一次接地电流；
[0089]
为二次电压v2相角,为低压电容电流ic2的相角,为接地电流ig相角；
[0090]
c10为铭牌或历史测试的高压电容值；
[0091]
c20为铭牌或历史测试的低压电容值。
[0092]
c2神经网络输出的低压电容值；
[0093]
c1神经网络输出的高压电容值；
[0094]
yn是否存在绝缘异常或整体状态异常，是取1，否取0值；
[0095]
pd局部放电量，单位pc或mv或db；
[0096]
b、采用神经网络算法对以上样本进行训练，在已知输出量情况下建立不同输入量与输出量的训练样本框架，训练的样本不低于3条；如果输入量部分缺失，记作0值或取其他统一固定的数字，如果已知输出量部分缺失，记作0值或取其他统一固定的数字；
[0097]
c、根据在线监测的输入量，调用步骤b已训练的神经网络算法计算输出量，根据输出量观察计量误差数据和放电量、电容量的绝缘指标，并对比误差超限与绝缘异常参数的同步性，解释误差超差的原因；
[0098]
基本归类如下：
[0099]
(c1)当计量误差和介质损耗同时出现超标，且yn＝1时，判断绝缘介质老化、介质受潮或密封缺陷导致的计量超差；
[0100]
(c2)当计量误差和局部放电量pd同时超标，且yn＝0时，判断误差超差因绝缘放电或放电的温升引起；
[0101]
(c3)当计量误差和局部放电量pd同时超标，且yn＝1时，判断误差超差因绝缘放电或放电的温升累加导致的热损、老化引起；
[0102]
(c4)当绝缘电阻z正常，计量误差超差，但pd超标，yn＝0，判断因互感器表面污垢引起放电或振动间隙或互感器高低压层接线端子接触不良引起计量误差超差。
[0103]
本发明的有益效果是：(1)解决了单一的通过多只互感器二次电压的同步数据的分布监测带来的算法缺陷问题；因为样本中缺乏标准值，任何一只电压互感器出现故障都会改变置信区间，且随着样本数量增多，即使个体样本发生了非常明显的变化，也不能在总样本中灵敏的捕捉到故障设备，而只能反映出整体置信及概率分布的差异量；(该分析方法可归属于横向统计算法)
[0104]
(2)解决了多个时间单只设备的纵向数据分析问题；
[0105]
(3)解决了被监测互感器样本不足导致置信区间计算误差偏大的问题。
[0106]
(4)解决了最优置信区间取值的问题；
[0107]
(5)解决了分析多只互感器二次量过度依赖gps系统的定时风险问题，一旦出现gps系统故障，如干扰、屏蔽、卫星信号失灵、监测终端的gps模块失效，或没有配置gps同步监测的情况下，依旧可以通过本专利的算法获得误差数据。
[0108]
(6)解决了误差和绝缘的关联性分析问题；为误差超差原因提供了及时合理的解释。并可用于互感器持续在线监测、短时在线监测或便携式装置现场带电巡测、实验室模拟误差测试、仿真、培训系统等。
附图说明
[0109]
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0110]
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0111]
如图1所示，一种电压互感器监测方法，包括以下步骤：
[0112]
s1.对被测互感器进行数据采集与分析，分为如下两种情况：
[0113]
a、被测互感器具备接地量采集时，根据二次量和接地量单独计算互感器计量误差、分析绝缘状态；
[0114]
b、被测互感器不具备接地量采集或接地量采集出现故障、数据波动量大导致数据无法进行个体互感器误差计算时，采取多只互感器联合分析的方式；
[0115]
s2.综合评估计量误差波动与绝缘状态的关联性：采用神经网络算法同步评估计量和绝缘状态，并根据绝缘指标评估计量超差的原因。
[0116]
所述步骤s1所述的被测互感器包括电磁式电压互感器和电容式电压互感器。
[0117]
所述被测互感器具备接地量采集时，采集分析方式如下：
[0118]
第一步、采集被测互感器的二次量和接地量，以及辅助量；所述辅助量包括温度、湿度、振动数据；
[0119]
若被测互感器为电磁式电压互感器，采集二次量和接地量时，至少采集一路二次电压，一路电压互感器整体接地电流；
[0120]
若测互感器为电容式电压互感器，采集二次量和接地量时，至少采集一路二次电压，一路整体接地泄漏电流，一路低压电容接地电流；或至少采集一路二次电压，一路低压电容接地电流，一路降压变压器一次接地电流；
[0121]
第二步、根据采集的二次量和接地量分别计算电压互感器的误差和评估绝缘状态。
[0122]
进一步地，所述被测电压互感器为电磁式电压互感器时，采集分析方法如下：
[0123]
(a)定时采集二次电压v2、互感器整体接地电流的波形ig，计算幅度、相位和频谱；温度、湿度、振动数据；
[0124]
(b)计量瞬时误差计算：对v2，ig波形数据进行开窗处理，采用小波或短时傅立叶变换stft计算v2，ig的直流分量v2dc,igdc及两者的比值kdc＝v2dc/igdc；当igdc，v2dc较无故障历史均值数据增大10％以上或kdc小于无故障历史均值数据90％时将kdc记为异常值，认为线路出现操作过电压或雷电过电压或线路谐振，因此该电压v2不作为计算误差的
依据，放弃已采集v2的数据；当有效值或均方根值v2和ig的比值v2/ig较无故障历史均值增大10％以上认为电压互感器二次电压开路，该电压v2不作为计量误差的依据，放弃已采集v2的数据，当igdc，v2dc低于历史均值110％或kdc与历史值差值的绝对量比较大于历史均值95％将kdc记为正常值，计算v2和ig的相位差v2和ig
×
m的比值差、角差、介质损耗，对应算法如下：
[0125]
比差vr0＝(v2*nr-ig*m)/(ig*m)＝v2*nr/(ig*m)-1＝kg*nr/m-1
[0126]
角差
[0127]
介质损耗
[0128]
nr为额定变比或历史测试的变比值，m为参考绝缘阻抗值或历史测试值,kg＝v2/ig；
[0129]
在本技术的实施例中，被测cvt为精度为0.2级、电压等级220kv，设m＝11gohm,v2＝58.11v,nr＝3666.7,ig＝19.3ma。
[0130]
比差＝(58.11*3666.7-0.0193*11000000)/(0.0193*11000000)＝0.00364＝0.364％。
[0131]
介质损耗
[0132]
从误差数据分析，该电压互感器大于0.2％，已经超差。
[0133]
(c)计量均值误差偏移量计算：
[0134]
至少获取kdc为正常数据时多个时间点二次电压v2n,接地电流ign,n＝1,2
…
n，并计算kgn＝v2n/ign，v2电压相位角度记做θ2n,接地电流ig的相位角度记做θgn,计算kgn＝v2n/ign，v2电压相位角度记做θ2n,接地电流ig的相位角度记做θgn,以参考标准值v20,ig0幅度比kg0＝v20/ig0作为期望值μ，δkg为kgn的标准差,基于kg0，δkg计算kgn的正态分布p(kg0)；
[0135]
基于v2n，ign均值的幅度比kgn0＝v2avg/igavg的平均值作为期望值μ，δkg为kgn的标准差,对kgn计算正态分布p(kgn)。
[0136]
分别以参考值平均值为期望值μ，的标准差计算相应的正态分布，获得获得
[0137]
设定置信区间，计算比差偏移量
△
p＝p(kgn)-p(kg0)并记作比差偏移量；角差偏移量移量
[0138]
当无法设定置信区间时，对n(n》8)个二次电压v2n,接地电流ign的幅度或相角差进行傅立叶变换获得频域数据，并计算频域数据取绝对值最大量占所有数据取绝对量后算术和的比例，获得对应二次电压和接地电流对应的占比系数sv2,sign，取[sv2,sign]中最小值作为置信区间。
[0139]
正态分布算法如下
[0140]
[0141][0142]
以上方程：y代表v2，ig,p(y)为概率密度方程，p(a《y《b)为概率分布函数，μ为对应p0计算的v20，ig0或对应pa计算的v2a,iga数据的期望值，取均值或设定的标准值，δ为v2n,ign的标准差,a,b分别为待计算对应置信区间的v2n,ign或其比值v2n/ign的幅度和相位；
[0143]
设置信区间为95％，
△
p＝p(kgn)-p(kg0)＝0.00035(无单位)；单位分
[0144]
如不确定95％是否是最佳评估的置信区间，可采取傅立叶变换法，设采集的v2n，ign个数n＝64，进行傅立叶变换后获得频域范围的增益，最大值v2n,所有算术增益总和记作sum(v2n)，则v2n/sum(v2n)＝0.966.同样的方法针对ign傅立叶变换后最大值和总增益算术和值比值为0.959，取[0.066,0.959]中最小值为0.959＝95.9％，该数值即为优选置信区间。
[0145]
这里选择最小值的原因是充分考虑到边界效应，以最大变换阈值作为置信区间考虑，更能提升诊断误差偏移的灵敏度。
[0146]
(d)带入比差和角差绝对量，计算当前运行状态的比差角差绝对量；
[0147]
d1:录入停电状态校验的比差和角差数据，如停电数据缺失时，采取同一运行变电站环境的其他同规格电压互感器的比差、角差的停电数据均值代替，将获得的停电校验比差、角差数据或计算的比差和角差数据记作vr0,δ0,然后计算当前被测电压互感器的比差v2＝vr0+
△
p，角差δ＝δ0+
△
δ。其中
△
p,
△
δ为步骤(c)获得的数据；
[0148]
d2：当d1获得的比差和角差处于标准值范围时，振动数据出现持续增大或振动幅度大于历史正常值时，认为电压互感器外部螺栓松动；当d1获得的比差和角差超过标准值范围时，振动数据出现持续增大或振动幅度大于历史正常值时，认为电压互感器存在过电压、放电或绝缘异常；
[0149]
(e)对多只电压互感器重复以上过程，定时分析多只同规格电压互感器的比差、角差、温度、湿度、振动数据，计算正态分布
[0150][0151][0152]
绘制基于时间的概率曲线、比差、角差、温度、湿度曲线。当比差、角差未出现超限情况，同等时间段分别对应比差和角差计算的概率分布函数pv,pδ的偏差
△
s＝pv-pδ；
[0153]
当
△
s在一定时间段出现极性正负变化，取算术平均值作为
△
savg；
[0154]
当比差、角差出现了超限情况，对应时间点的温度、湿度曲线处于历史均值或95％置信区间内，认为电压互感器计量误差超限；当比差、角差出现了超限情况，对应时间点的温度、湿度、振动数据至少一个超出历史均值或95％置信区间外，认为电压互感器存在计量误差超限和绝缘异常。当比差、角差出现了超限情况，比差和角差概率分布函数值偏差
△
sy
‑△
savg的绝对值大于0.1且kdc数值正常时，认为出现绝缘隐患或绝缘故障；在本技术的实施例中
[0155]
设时间段1采集了100次数据，计算比差和角差曲线，计算得比值偏差分布函数值pv＝0.9829,角差分布函数值pδ＝0.9779；
△
s＝0.005.
[0156]
设温度和湿度均处于95％置信区间，比差和角差均未超限；
[0157]
如果比差或角差至少一个超限且温度和湿度处于95％区间，则认为电压互感器计量误差超限；当比差、角差至少一个超限但温度和湿度也处于95％置信区间外，此时比差和角差本身意义已经不大，终点在于分析绝缘情况。
[0158]
进一步地，所述被测电压互感器为电容式电压互感器时，采集分析方法如下：
[0159]
(a)定时安全采集二次电压v2、低压电容接地电流ic2、励磁变压器一次侧接地电流ip1、互感器整体接地电流ig的波形，计算v2，ic2,ip1,ig的幅度、相位和频谱；温度、湿度、振动数据；
[0160]
(b)判断是否存在故障；
[0161]
b1:计算电容式互感器高压电容端电压、比差和角差；
[0162]
首先计算高压电容的电流向量值，ic1＝＝ig,或当ig采集出现故障、失效或无数据时，通过ic2和ip1计算，ic1＝ic2+ip1计算，即向量相加获得高压电容电流的幅度ic1和相位
[0163]
其次计算电容端电压vc1，vc2的幅度和相位，计算公式为：
[0164]
vc＝ic
×
zc,zc＝1/(2*3.141592*f
×
c),f为计算的频率值，c为高压电容c1,低压电容c2铭牌标称值或历史校验数据；ic为低压电容ic2，高压电容电流ic1＝ig或ic1＝ic2+ip1。
[0165]
zc1＝1/(2*3.141592*f
×
c1)，zc2＝1/(2*3.141592*f
×
c2)。
[0166]
vc1＝ic1
×
zc1,vc2＝ic2
×
zc2,
[0167]
然后计算线路电压：vline＝vc1+vc2；
[0168]
线路电压vline相角记作
[0169]
最后计算比差：vr＝(nr*v2-vline)/vline
[0170]
角差:角差:为二次电压的相角；nr为额定变比或历史测试的变比值。
[0171]
b2:根据谐波含量判断是否有局部放电现象：
[0172]
当多个采集时间段的低压电容接地电流ic2的频谱中出现谐波参量且谐波含量大于总频谱2％以上时，或ig频谱中出现谐波参量且谐波含量大于总频谱3％以上，判断被测电容式电压互感器出现局部放电现象；或ig频谱中出现谐波参量且谐波含量大于总频谱3％以上并且ip1谐波含量大于ic2谐波含量时，判断降压变压器出现局部放电现象；否则进入b3；
[0173]
b3：基于相角差是否存在故障：
[0174]
计算v2，ic2的相角差δvc，v2，ip1的相角差δvp；ic2,ip1的相角差δcp；如ic2大于额定值的10％且|90-δvc|小于门限值，说明高压电容c1出现容量下降；如ip1大于额定值20％且|90-δcp|小于门限值，说明降压变压器一次绕组或平波补偿电抗器或避雷器或高压电容c1出现故障；当如ip1大于额定值20％且|90-δcp|，δvp均大于门限值，说明降压变压器
出现故障；
[0175]
b4：估算电容量
[0176]
对互感器二次电压v2，或低压电容接地电流ic2，或降压变压器一次侧接地电流ip1或互感器整体接地电流ig的波形进行时域到频域变换，在频域数据上寻找20hz-150hz范围内是否存在稳定的非工频信号fr，如果存在fr，则计算fr与工频信号f0的偏差
△
f,工频信号f0取50hz或60hz或频域数据上增益最大对应的频率值：
[0177][0178]
当ic2偏离标准值5％以上，ig或v2偏离标准值小于2％时，认为电容c2产生了偏差；ic2正偏离时，c2减少,δc＜0；ic2负偏离时，c2增大,δc＞0；δc＝0,fr＝f0；
[0179]
首先带入标准值f0,c2标称电容，计算l值：
[0180]
然后带入l值,c2值，fr值带入到如下方程，
[0181][0182]
计算δc，最新的c2
‘
值为c2+δc；
[0183]
当ic2正偏离标准值5％以上，ig或v2偏离标准值大于2％时，认为高压电容c1减少导致电压互感器变比n减少，导致输出电压上升和ic2上升；假设高压电容和低压电容不会同时发生故障，因此该情况属于高压电容发生了故障；
[0184]
首先带入标准值f0,c为高压电容c1标称电容，计算l
′
值。
[0185]
然后带入l
′
值,c1值，fr值带入到如下方程，
[0186][0187]
计算δc
′
。最新的高压电容c1’值为c1+δc
′
；
[0188]
以上标准值指设计制造值或历史测试数据或无故障历史运行数据的平均值。
[0189]
所述被测互感器不具备接地量采集或接地泄漏量采集出现故障、数据波动量大导致数据无法进行个体互感器误差计算时，采取多只同电压等级互感器联合分析的方式，即通过多只电压互感器的二次电压的概率分布计算误差，具体包括：
[0190]
(1)设同步采集的互感器信号为ak,k＝1,2
…
n,k为相同时间点采集的多只互感器的数据，n为采集时间点的最大个数；ak为电磁式电压互感器二次电压、或电容式电压互感器二次电压、c2电流波形信号的相位、幅度；
[0191]
(2)对ak进行量化处理，获得bk,bk＝ak/akmax,akmax为ak中最大数值，因此bk量化后的范围是0-1，然后对bk施加窗函数进行开窗处理，进行时域到频域变换，获得频域特性数据ck；对ck取模值获得|ck|,计算模值的总和并寻找|ck|中最大值|ckmax|,计算比值p＝|ckmax|/sau,当p》＝λ时，认为整体数据处于良好状态，当p《λ认为数据波动性增大，存在异常数据并将p作为置信区间；λ取值区间为0.8000-0.9999，默认值0.9600。
[0192]
(3)然后计算ak正态分布。
[0193]
(4)计算对应置信区间p的ak的数据与ak平均值作为误差偏移量；获得的数据包括：
[0194]
电磁式电压互感器：二次电压v2幅度偏移量、角度偏移量，记作pt[
△
ε1,
△
ε2],将
△
ε1视为比差偏移量，
△
ε2为角差偏移量。
[0195]
电容式电压互感器：二次电压v2幅度偏移量、ic2幅度偏移量记作[
△
ε1,
△
ε2]；v2角度偏移量、ic2角度偏移量[
△
ε3,
△
ε4]，然后计算比差和角差偏移量：
[0196]
比差偏移量：
△
ε1
‑△
ε2
[0197]
角差偏移量：
△
ε3
‑△
ε4
[0198]
当所计算的比差和角差偏移量超出电压互感器精度等级规定数值视为误差超限。
[0199]
进一步地，所述步骤s2包括：
[0200]
a、建立如下参数的神经网络架
[0201]
a1、当被测设备为通用电压互感器:
[0202]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,igpeak,igrms,frg,mfg,n
[0203]
输出量为：verr,δerr,z,tanδ,pd,yn
[0204]
a2.当被测设备为电容式电压互感器：
[0205]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,ic2,ip1,igpeak,igrms,frg,mfg,c10,c20,n
[0206]
输出量为：verr,δerr,z,c2,c1,tanδ,pd,yn
[0207]
其中，v2peak＝二次电压峰值；v2rms＝二次电压有效值；v2dc＝二次电压直流电压；igpeak＝电压互感器接地电流峰值，igrms＝电压互感器接地电流有效值，frg＝电流ig的镜像频率，为频率在20-150hz范围的第二大增益的频率的非系统工频信号；mfg为大于工频信号的其他频率增益总和占所有频率增益总和的比值，因此0＝《mfg《＝1；
[0208]
ic2为电容式电压互感器低压电容的电流有效值或均方根值或峰值；
[0209]
ip1为电容式电压互感器电磁式变压器的一次接地电流；
[0210]
为二次电压v2相角,为低压电容电流ic2的相角,为接地电流ig相角；
[0211]
c10为铭牌或历史测试的高压电容值；
[0212]
c20为铭牌或历史测试的低压电容值。
[0213]
c2神经网络输出的低压电容值；
[0214]
c1神经网络输出的高压电容值；
[0215]
yn是否存在绝缘异常或整体状态异常，是取1，否取0值；
[0216]
pd局部放电量，单位pc或mv或db；
[0217]
b、采用神经网络算法对以上样本进行训练，在已知输出量情况下建立不同输入量与输出量的训练样本框架，训练的样本不低于3条；如果输入量部分缺失，记作0值或取其他统一固定的数字，如果已知输出量部分缺失，记作0值或取其他统一固定的数字；
[0218]
c、根据在线监测的输入量，调用步骤b已训练的神经网络算法计算输出量，根据输出量观察计量误差数据和放电量、电容量的绝缘指标，并对比误差超限与绝缘异常参数的同步性，解释误差超差的原因；
[0219]
基本归类如下：
[0220]
(c1)当计量误差和介质损耗同时出现超标，且yn＝1时，判断绝缘介质老化、介质受潮或密封缺陷导致的计量超差；
[0221]
(c2)当计量误差和局部放电量pd同时超标，且yn＝0时，判断误差超差因绝缘放电或放电的温升引起；
[0222]
(c3)当计量误差和局部放电量pd同时超标，且yn＝1时，判断误差超差因绝缘放电或放电的温升累加导致的热损、老化引起；
[0223]
(c4)当绝缘电阻z正常，计量误差超差，但pd超标，yn＝0，判断因互感器表面污垢引起放电或振动间隙或互感器高低压层接线端子接触不良引起计量误差超差。
[0224]
进一步地，对bk施加窗函数进行开窗处理，采用汉明窗、汉宁窗、高斯窗、布莱克曼窗、black-harries窗，凯瑟窗、平顶窗、矩形窗和三角窗的任意一种。
[0225]
在本技术的实施例中，神经网络算法作为一个类似黑匣子理论的人工智能处理技术，应用越来越广泛，其关键点不在于解释得出结论的具体算法步骤，而在于合理的搭建训练样本，构建输入量和输出量。输入量在本实施例中指已知或可以通过测量获得的参数，输出量是目标量即需要通过测量推算出的期望参数。
[0226]
搭建输出量应结合被测设备的物理电气模型，输出量的推算与输入量有电气物理关系。
[0227]
针对110kv pt式电压互感器，设搭建的神经网络输入输出框架如下：
[0228]
a1.当被测设备为通用电压互感器:
[0229]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,igpeak,igrms,frg,mfg,n
[0230]
输出量为：verr,δerr,z,tanδ,pd,yn
[0231]
设输入量v2peak，v2rms,v2dc三个参数的单位取伏特,igpeak,igrms单位取安培,frg单位hz,mfg为百分比；
[0232]
输出量verr单位百分比,δerr单位分,z单位g欧,tanδ单位百分比,pd单位皮库,yn为0或1二进制数。
[0233]
设训练样本如下表格前4行，采用后向神经网络算法训练，第五行为基于前四组数据样本的预测数据。
[0234][0235][0236]
由预测数据可知，verr＝0.192,δerr＝31,z＝49.5g,tanδ＝0.018,pd＝235pc，yn＝1。比差已经接近0.2％要求值，角差也严重偏大，介质损耗和局放量都偏高，因此yn栏得出被测互感器存在绝缘放电问题。
[0237]
当电压互感器为电容式电压互感器时，样本输入和输出结构为
[0238]
输入量为：v2peak,v2rms,v2dc,ic2,ip1,igpeak,igrms,frg,mfg,c10,c20,n
[0239]
输出量为：verr,δerr,z,c2,c1,tanδ,pd，yn
[0240]
训练样本相比电磁式互感器计算需要增加c1，c2的标称值及实测c2电流值、相位等，训练方法及预测方法与电磁式电压互感器计算方法相同，这里不做重复说明。
[0241]
在本技术的实施例中，依据本技术的监测方法可以搭建出如下监测模块，监测模块由处理器、采集模块(模数转换器)、电流取样模块、电压取样模块、存储器、通信模块组成。
[0242]
采集模块只需要采集电压和电流值，当应用于电磁式电压互感器和电容式电压互感器时，由于二次电压规格是相同的60v或100v规格，因此电压采集通道完全可以共用。
[0243]
电流通道主要是采集接地电流ig，ic2，其中接地电流ig对于电磁式电压互感器和电容式电压互感器也是通用的。
[0244]
除外，唯一区别电磁式电压互感器和电容式电压互感器的硬件还在于：电容式电压互感器增加了一路低压电容c2的电流采集和励磁变压器一次接地电流ip1。
[0245]
当然本架构还可进一步精简，神经网络架构中，ip1的波动性能解释故障或超差是否因为励磁单元引起，但因ip1+ic2＝ig，因此如果不需要进一步确定故障发生的部位或节省成本的情况下，还可以不需要监测ip1。仅需要通过ic2和ig即可实现。
[0246]
因此电容式电压互感器相比电磁式电压互感器仅仅增加了电流通道，可采取相同的硬件架构设计，尤其是应用于多套互感器监测时，可灵活选配电流通道，或直接采用电容式电压互感器的硬件方案兼容电磁式互感器的方案。
[0247]
本专利所述的硬件功能还兼顾了温度、湿度、振动等，对评估环境对误差和绝缘参数的影响起到了很好参考作用。
[0248]
专业人员根据本专利说明书可以快速搭建硬件和实现相关的算法。
[0249]
本专利可广泛应用于电压互感器带电误差测试、带电绝缘性能评估的便携式设备、在线监测设备、或其他在线监测功能模块等。
[0250]
当然，本实施例描述的硬件架构的用途不限于此，在本专利架构及分析方法上解释互感器的绝缘和误差或对其进行同等变换或概念替代都在本专利保护范围。
[0251]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。