電子式互感器狀態(tài)評(píng)估方法及其檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、電子式互感器是由傳感元件和數(shù)據(jù)處理單元組成的新型電測(cè)量設(shè)備，作為傳統(tǒng)電磁式互感器的理想替代品，被大量應(yīng)用于智能變電站，為后續(xù)測(cè)控、保護(hù)以及計(jì)量提供電壓和電流測(cè)量數(shù)據(jù)。國家電網(wǎng)公司對(duì)2013年投運(yùn)的首批6座新一代智能變電站運(yùn)行情況的總結(jié)報(bào)告表明，電子式互感器已基本克服了電磁兼容、絕緣等問題，目前存在的主要問題是誤差長(zhǎng)期穩(wěn)定性和有源電子式互感器一次供能可靠性。作為測(cè)量設(shè)備，電子式互感器的準(zhǔn)確度是衡量其性能最重要的參量，而現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的周期性

2、停電校驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)，如何解決在不需要高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的條件下評(píng)估在線運(yùn)行的電子式互感器的誤差狀態(tài)是計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域的難題。電子式互感器狀態(tài)評(píng)估和性能檢測(cè)是保證其在新一代智能變電站應(yīng)用中可靠性和穩(wěn)定性逐步提升的關(guān)鍵技術(shù)，本文針對(duì)工程實(shí)際中在運(yùn)電子式互感器亟待解決的誤差和一次供能狀態(tài)評(píng)估方法及其檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　針對(duì)誤差狀態(tài)評(píng)估這一難題，本文提出了一種新的技術(shù)路線，即發(fā)掘在電網(wǎng)運(yùn)行過程中的某些可描述變化規(guī)律的參數(shù)，依據(jù)電子式互感器的輸出值

3、，采用高維隨機(jī)矩陣判斷這些參數(shù)是否符合已知規(guī)律，從而對(duì)電子式互感器的測(cè)量誤差的統(tǒng)計(jì)分布是否有異常變化作出判斷，而誤差的統(tǒng)計(jì)分布和誤差性能直接相關(guān)，據(jù)此進(jìn)行誤差狀態(tài)評(píng)估?；谠摷夹g(shù)路線，對(duì)電子式互感器高維隨機(jī)矩陣?yán)碚撜`差狀態(tài)評(píng)估方法，從理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和工程應(yīng)用三個(gè)層次進(jìn)行了研究：
　?。?）針對(duì)狀態(tài)評(píng)估模型，研究了基于高維隨機(jī)矩陣?yán)碚摰慕７椒ê筒襟E；針對(duì)構(gòu)建高維隨機(jī)矩陣，提出了一種基于虛擬傳感器的矩陣擴(kuò)充方法，主要克服了現(xiàn)有方

4、法引起的數(shù)據(jù)獨(dú)立性較差等問題；針對(duì)狀態(tài)評(píng)估判據(jù)，研究了兩種特征值線性統(tǒng)計(jì)量判據(jù)，定義了一種譜分布概率密度函數(shù)相似度定量判據(jù)。上述研究為所提出的電子式互感器誤差狀態(tài)評(píng)估方法提供了理論基礎(chǔ)。
　?。?）設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)用電子式互感器，在設(shè)計(jì)中研究應(yīng)用了一種基于最小二乘的數(shù)字移相方法，可以將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)用電子式互感器的整體測(cè)量誤差快速靈活地調(diào)整至接近零。針對(duì)電子式互感器誤差均值和方差變化兩個(gè)主要誤差狀態(tài)變化特征，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，分別驗(yàn)證了所

5、提出的電子式互感器誤差狀態(tài)評(píng)估方法可以發(fā)現(xiàn)上述兩種誤差狀態(tài)變化。
　?。?）針對(duì)工程應(yīng)用目的，提出了一種電子式互感器誤差狀態(tài)評(píng)估思路，利用電網(wǎng)運(yùn)行中具備穩(wěn)定分布特征的參數(shù)，依據(jù)電子式互感器的輸出值，借助高維隨機(jī)矩陣?yán)碚?，判斷被觀測(cè)參數(shù)是否符合已知的穩(wěn)定分布特征。基于該思路，研究了電網(wǎng)頻率和節(jié)點(diǎn)相位等電網(wǎng)參數(shù)的變化規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，所提出的方法可以不依賴標(biāo)準(zhǔn)器發(fā)現(xiàn)誤差狀態(tài)一定程度的變化。在貴州某數(shù)字化變電站建立

6、了電子式互感器誤差狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)多臺(tái)電子式互感器誤差狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)一次“異常”。進(jìn)一步分析表明，在本次“異?！卑l(fā)生的時(shí)刻，一次負(fù)荷電流突然增大，由此判斷該“異?！睉?yīng)該是電網(wǎng)一次擾動(dòng)引起。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況說明，所提的電子式互感器誤差狀態(tài)評(píng)估方法可以發(fā)現(xiàn)電子式互感器誤差狀態(tài)異常變化。
　　一次供能系統(tǒng)是有源電子式互感器的重要組成部分，也是薄弱環(huán)節(jié)，所以針對(duì)一次供能系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估是有源電子式互感器狀態(tài)評(píng)估的重要內(nèi)容。一次供能系統(tǒng)一般

7、由CT供能和激光供能組成，根據(jù)一次電流的大小自動(dòng)切換供能方式。在實(shí)際應(yīng)用中，激光器失效和供能方式切換錯(cuò)誤時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致一次供能故障，因此迫切需要研究在不影響電子式互感器正常工作的情況下評(píng)估其一次供能狀態(tài)的方法。本文提出了一種基于非接觸式測(cè)量的一次供能狀態(tài)評(píng)估方法，無需在電子式互感器內(nèi)部加裝傳感器，而是綜合根據(jù)供能激光器所在合并單元的電源電流值和一次電流值判別一次供能系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該方法在應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)噪聲對(duì)合并單元電源電流測(cè)量結(jié)果影響較

8、大，對(duì)此采用了一種將信號(hào)進(jìn)行移相再積分的數(shù)字濾波方法，適用于計(jì)算能力有限的嵌入式系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該方法能在復(fù)雜環(huán)境下準(zhǔn)確判別一次供能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供能方式切換錯(cuò)誤、激光器失效等故障，并為評(píng)估供能激光器的壽命狀態(tài)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　在穩(wěn)態(tài)條件下檢測(cè)電子式互感器的誤差時(shí)，校驗(yàn)裝置與被校電子式互感器的數(shù)據(jù)是否同步極大影響相位校驗(yàn)準(zhǔn)確度，一般采用同步信號(hào)確保兩者的數(shù)據(jù)同步。現(xiàn)有基于數(shù)據(jù)采集卡的電子式互感器校驗(yàn)裝置在接收外

9、同步信號(hào)時(shí)，普遍存在同步觸發(fā)與信號(hào)采樣不嚴(yán)格同步的問題，引起相位測(cè)量誤差。針對(duì)這一問題，本文提出了一種基于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的相位校正方法，通過測(cè)量采集卡觸發(fā)和采樣的時(shí)間差，再根據(jù)時(shí)間與相位的對(duì)應(yīng)關(guān)系校正測(cè)量相位，顯著減小了校驗(yàn)裝置在接收外同步信號(hào)時(shí)的相位測(cè)量誤差。研制的校驗(yàn)裝置經(jīng)國家高電壓計(jì)量站校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度為0.05級(jí)。與此同時(shí)，新一代智能變電站對(duì)不依賴同步信號(hào)的校驗(yàn)技術(shù)提出了新的要求，所以本文針對(duì)無同步信號(hào)校驗(yàn)技術(shù)開展了研究，設(shè)計(jì)了基于數(shù)