一种供电系统内互感器的铁磁谐振故障预判断方法与流程

本发明涉及紧急保护电路装置，尤其涉及一种供电系统内互感器的铁磁谐振故障预判断方法。

背景技术：

1、铁磁谐振指的是在特定频率下，电磁式电压互感器的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。当输入信号的频率接近或等于铁芯的谐振频率时，电磁式电压互感器会对输入信号产生异常的放大效应，从而导致不稳定性和非线性失真。这种谐振现象会导致电磁式电压互感器输出信号的失真，可能会引起测量误差或系统不稳定。在电力系统中，铁磁谐振可能对保护装置、测量设备和控制系统等产生不良影响。虽然铁磁谐振在国内外已有很多研究成果，在电网运行中也采取了许多消谐措施，例如专利号为201110233402.2的发明专利《一种电子式电压互感器防铁磁谐振自供电装置》中就公开了一种电子式电压互感器防铁磁谐振自供电装置，包括电子式电压互感器、阻尼电阻、供能变压器、隔离变压器、整流滤波稳压电路；所述供能变压器的一次线圈至少有一端串联阻尼电阻后并联在电子式电压互感器一次的两端；所述供能变压器的二次线圈接所述隔离变压器，隔离变压器的二次输出端接所述整流滤波稳压电路，整流滤波稳压电路的输出端接二次电压信号变换电路；所述电子式电压互感器的二次电压信号输出端与二次电压信号变换电路输入端连接，电子式电压互感器输出的二次电压信号由二次电压信号变换电路变换后输出变换后的二次电压信号。可见该发明提供了一种不会产生过大的谐振电流，达到防铁磁谐振目的的电子式互感器防铁磁谐振自供电装置。但实际上，这样的设备无法根本解决铁磁谐振问题，小电流接地系统的铁磁谐振事故却依然频繁发生。

2、现有技术中针对这些事故也设有预警的方法及装置，例如专利申请号为201811183692 .2的发明专利《高压gis开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置及方法》中也公开了一种高压gis开关站电压互感器铁磁谐振的预警装置及方法，包括电压互感器铁磁谐振预警装置，所述断路器分位信号采集模块对各gis间隔单元的断路器位置接点进行采集，所述电压信号采集模块对电压互感器二次侧三相相电压进行采集，所述断路器分位信号采集模块与电压信号采集模块分别与铁磁谐振预警信号输出模块电连接。与现有技术相比，该发明能在高压开关站一次设备操作或断路器事故跳闸后，gis间隔单元发生铁磁谐振时，准确做出判断，并快速向监控系统输出预警信号，快速提醒运行人员及时采取措施处理故障，避免发生设备烧损的重大安全事故。

3、但是这样的技术方案存在两个问题，一个是只有被动的获得铁磁谐振故障并进行处理，其中还存在误判的可能。另一个是对于所有的铁磁谐振都发出预警要求处理，但是如果本次铁磁谐振带来的故障危害性较小且故障发生时以及接近预期检修时间，此时进行停机检修则会带来资源的浪费。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺点，本发明的目的是提出一种供电系统内互感器的铁磁谐振故障预判断方法，尤其针对采用电磁式电压互感器的小电流接地系统，对其中可能由于铁磁谐振导致的故障进行预测及分析，根据预测的结果进行不同的处理，从而减少由于误判停机带来的经济损失。同时提高对应的保护等级，避免由于分析错误带来的经济损失。

2、为达到该目的，本发明一种供电系统内互感器的铁磁谐振故障预判断方法，包括监测系统和分析系统，还包括模拟系统、自动决策系统及执行系统；且依照以下步骤运行，

3、s1：模拟系统基于小电流接地系统的结构建立标准模型，所述标准模型中各个部件带有第一数据参数组；

4、s2：获取现实场景下小电流接地系统的具体结构，模拟系统基于该小电流接地系统的结构建立现场模型，所述现场模型中各个部件带有第二数据参数组；

5、s3：获取基于小电流接地系统模型的故障集，标记所述故障集中基于电磁式电压互感器的故障案例，通过分析系统提取所述故障案例中因电磁式电压互感器铁磁谐振产生的故障；

6、s4：在小电流接地系统的标准模型中再现铁磁谐振产生的故障，并通过监测系统记录产生该故障时小电流接地系统中各个部件参数信息,为第三数据参数组；

7、s5：监测系统保持对小电流接地系统的运行参数进行记录，获取及时更新的即时数据参数组；此处的更新时间和小电流接地系统的规模相关，通常为半小时到6小时进行一次更新；

8、s6:在小电流接地系统的现场模型中通过分析系统，根据第二数据参数组和即时数据参数组的参数信息变换，判断达到第三数据参数组的时间，以及发生的具体故障，判断并记录该故障基于持续时间的影响及损失；

9、s7：自动决策系统基于s6的结果提供处理方案；

10、s8：执行系统用于执行s7中所提出的处理方案；

11、s9：对s8的执行结果进行反馈，将可行的执行方案添加到故障集中。

12、优选的，所述s3中小电流接地系统模型的故障集数据取之于主网中记录的小电流接地系统的运行记录，每类故障带有故障编号，及故障发生几率，其中基于电磁式电压互感器的故障案例包括铁芯故障、系统扰动、电网参数变化和其它外界激化条件。所述分析系统获取导致铁磁谐振产生的因素以及每个因素所对应的参数，保存所述因素以及参数作为预判断的数据基础。

13、其中铁芯故障主要指的是由于铁芯自身的特性导致的故障。电磁式电压互感器的铁芯是产生铁磁谐振的根本原因。铁芯是一个非线性元件，当系统受到扰动时，铁芯的非线性特性会导致谐振现象的发生。在本发明中会针对铁芯故障最后带来的实际损失判断这个故障是否要及时维修。

14、除了互感器自身的设备内部问题，小电流接地系统中的任何扰动都有可能引起电压互感器的谐振，如电源的变动、电容元件、电感元件的串联等。特别是当系统发生操作或故障时，变压器、互感器等含铁芯元件与系统中的电容可能引起谐振，这类故障通常是连带发生的。

15、电压互感器还可能在不同电网参数下产生不同类型的谐振。这类谐振可以通过调整电网参数快速解决。但是对于受到外界激发条件的影响，例如扰动的频率、振幅和相位等带来的谐振，处理的方案就较为复杂。不同的外界激发条件和参数可能引起分频、工频或高频铁磁谐振过电压。而对于不同的场景下，带来的损耗也是不同的，这类故障是本发明着重处理的对象。

16、优选的，所述s3中的故障集基于单独区域内所有小电流接地系统定时上传数据，除首次运行外，每次故障集更新时都将重新标记故障集中基于电磁式电压互感器的故障数据。这样一旦发生了新的故障，能及时通过故障集来进行对比处理。

17、优选的，所述根据故障集生成的第三数据参数组中，多个部件在一次故障中具备的参数形成组合匹配关系，分析系统分别对每一组组合匹配关系进行分析，并推算出针对该组组合匹配关系的数据合集。通过这样的方案能便于根据出现的数据预测可能出现的故障，从而可以在故障发生前就做好准备。

18、优选的，所述s6中在现场模型中进行模拟，具体包括以下步骤：

19、根据第一数据参数组和第二数据参数组的数据变化中找到参数变化异常的部件；

20、根据发现出现异常的部件检索与该部件对应的形成组合配合关系的其它部件，推算当故障出现时具备的参数；

21、根据每次检测到的即时数据参数组推算最终达到故障出现时具备的参数时的时间点；

22、自动决策系统在达到所述时间点前作出针对可能出现的故障的处理方案。

23、优选的，所述处理方案包括主动干预和故障忽略。实施哪种决策取决于对该故障带来损失的估计。这一点和现有技术中电力系统的安规设计不同，现有技术中出现故障后的要求就是及时处理。而本发明通过模型归纳和故障集的支持，更注重于工作效能，在确保安全的情况下提前处理故障或减少维护次数。

24、优选的， 处理方案为主动干预后再通过分析系统判断是否更换部件，在无需更换部件的前提下处理方式为调整部件参数、接入滤波器或添加阻尼件。

25、优选的，每个数据参数组中的部件参数信息包括可控部件参数和非可控数据参数，模拟系统在小电流接地系统的模型中通过调整可控部件参数，模拟对应故障的处理结果，并将模拟过程中调整的可控部件参数发送至自动决策系统及执行系统作为决策依据。

26、优选的，在执行系统处理方案后获取更新后的部件参数信息，并单独进行标记，在经过指定运行周期后经分析工作正常，就将其作为处理方案补充写入到基于所述小电流接地系统模型的故障集中，并将对应的故障数据标记为具有处理方案。这样可以快速将成熟的处理方案共享。

27、优选的， 在执行系统处理方案后获取更新后的部件参数信息，在经过指定运行周期后发现该部件重现故障现象后即将其作为错误处理方案补充写入故障集，并且在实际处理时跳过已经标记为错误处理方案的处理方案。这样对于故障集中可能出现的错误处理方案也有预案，提高故障集中处理方案的可靠性。

28、本发明选择在小电流接地系统中的电磁式电压互感器进行预判断，是因为电磁式电压互感器进量很小，但结构上要求有较高的安全系数，在使用过程中不易损坏。此外现有技术中研究电磁式电压互感器的模型较为成熟，在设计模型的过程中预测值较为准确，不易出现偏差。

29、通过本发明所记载的技术方案，本发明所带来的技术效果主要是：

30、1、通过对模型的分析，对电磁式电压互感器上尚未发生但是有可能发生的铁磁谐振导致的故障，尤其是周期性的故障进行预判，提前做好准备。

31、2、对已经发生的故障进行识别，判断是铁磁谐振导致的故障还是其它较为严重的故障，针对具体情况安排处理方案，提高人员调度效率。

32、3、对已经识别的铁磁谐振导致的故障进行评价，预判其可能带来的损失，并设计针对性的处理方案。尤其是对预期损失较小的故障，可暂缓其维修工作，提高整体的处理效率。

33、通过本发明所述的技术方案，虽不能避免，但是能全面覆盖小电流接地系统中可能出现的所有由于电磁式电压互感器带来的铁磁谐振导致的故障。在故障尚未发生前，通过参数的变化可以预测故障的发生，在基于模型预测的前提下提早进行相应维护工作。而在一些不可预测的突发故障发生后通过模型验证该故障产生后的危害性，从而针对性地提供处理的方案。

34、需要说明的是，虽然本发明现仅在小电流接地系统中实施成功，但经过实验保证其预判断稳定且可靠，则可以在其它的供电系统内尝试使用。