电压互感器匝间短路检测装置、分析方法及装置与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种电压互感器匝间短路检测装置、分析方法及装置。

背景技术：

近年，出现了多起电压互感器匝间短路的故障，给生产运行带来了较大影响。而电压互感器的匝间短路，常规检测方法为直流电阻检测、空载电流检测、三倍频耐压检测和变比检测。但上述方法较难完全确定匝间短路，且对于匝间短路不甚严重的电压互感器，直流电阻检测、空载电流检测和变比检测都难以发现问题，而三倍频耐压检测更是由于平均分配到各匝间的电压较小，有时难以发现匝间的潜在故障。因此，迫切需要研究新型的检测电压互感器匝间短路故障的手段，解决上述问题。

对于匝间短路的新型检测手段，已有研究人员提出了在二次线圈处以频率可变的电压信号进行输入，同时测量阻抗，当频率越高时，匝间短路形成的阻抗变化越为明显。但该方法基本处于理论研究阶段，且能产生高电压信号的频率可变的电压信号源较难获得，成本较高。一般可调频率的电压信号源，其输出电压一般不足20kV。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电压互感器匝间短路检测装置，该装置包括：冲击电压发生器、待测电压互感器、采样电阻、电压采集装置；

冲击电压发生器与待测电压互感器的高压端连接，待测电压互感器的低压端与采样电阻的一端连接，采样电阻的另一端接地；采样电阻与电压采集装置并联；

所述冲击电压发生器用于产生冲击电压，并将所述冲击电压施加于待测电压互感器；

所述电压采集装置用于采集采样电阻两端的电压，所述电压用于分析待测电压互感器是否存在匝间短路。

在一个实施例中，所述电压采集装置为示波器。

在一个实施例中，还包括：保护装置，所述保护装置与采样电阻并联；

所述保护装置用于对冲击电压发生器、采样电阻和电压采集装置进行保护。

在一个实施例中，所述保护装置为放电管或其他抑制电压的设备。

在一个实施例中，还包括：冲击电压分压器；

冲击电压分压器的一端与待测电压互感器的高压端连接，冲击电压分压器的另一端接地；

所述冲击电压分压器用于测量冲击电压发生器产生的冲击电压。

本发明实施例提供了一种电压互感器匝间短路分析方法，该方法包括：获取上述电压互感器匝间短路检测装置采集的电压；

对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路。

在一个实施例中，对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路，包括：

分别计算第一电压值与第二电压值的第一相关性系数、第一电压值与第三电压值之间的第二相关性系数、第一电压值与第四电压值之间的第三相关性系数；

将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值；

将最终值与预设标准值进行比较，当最终值大于预设标准值，确定待测电压互感器存在匝间短路；当最终值小于预设标准值，确定待测电压互感器合格；

其中，第一电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；第二电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；第三电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第四电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第一冲击电压与第二冲击电压的幅值相差一半。

本发明实施例还提供了一种电压互感器匝间短路分析装置，该装置包括：获取模块，用于获取上述电压互感器匝间短路检测装置采集的电压；

分析模块，用于对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路。

在一个实施例中，所述分析模块具体用于：

分别计算第一电压值与第二电压值的第一相关性系数、第一电压值与第三电压值之间的第二相关性系数、第一电压值与第四电压值之间的第三相关性系数；

将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值；

将最终值与预设标准值进行比较，当最终值大于预设标准值，确定待测电压互感器存在匝间短路；当最终值小于预设标准值，确定待测电压互感器合格；

其中，第一电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；第二电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；第三电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第四电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第一冲击电压与第二冲击电压的幅值相差一半。

在本发明实施例中，通过冲击电压发生器产生冲击电压，并将冲击电压施加于待测电压互感器，通过电压采集装置采集采样电阻两端的电压，所述电压用于分析待测电压互感器是否存在匝间短路。与现有的电压互感器匝间短路检测装置相比，采用本发明电压互感器匝间短路检测装置无需寻找能产生高电压信号的频率可变的电压信号源，使用现有冲击电压发生器即可，节省成本。

采用本发明电压互感器匝间短路分析方法和装置可以对电压互感器匝间短路检测装置采集的电压进行分析，从而可以有效地检测电压互感器的匝间短路故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电压互感器匝间短路检测装置结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的一种电压互感器匝间短路检测装置结构示意图二；

图3是本发明实施例提供的一种电压互感器匝间短路分析方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种电压互感器匝间短路分析装置结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种半绝缘电压互感器匝间短路检测装置结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种相关性系数和谐波次数的关系示意图一；

图7是本发明实施例提供的一种全绝缘电压互感器匝间短路检测装置结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种相关性系数和谐波次数的关系示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的匝间短路测试手段不能发现潜在的匝间绝缘隐患的原因在于：直流电阻检测和空载电流检测施加的电压相对偏低，不易发现仍有一定绝缘性、但已有潜在风险的匝间绝缘问题，源于实验时，匝间尚未击穿。因此，尝试用可输出更高电压等级的操作冲击设备，检测匝间绝缘是一种有效手段，在瞬间击穿匝间绝缘并反映至曲线上。另外，阻抗和频率密切相关(Z＝2πf*L，Z阻抗、f试验频率、L电感)，当频率增大时，阻抗的变化更为灵敏，也有助于通过对比实验，发现阻抗的变化，从而发现匝间绝缘问题。雷电冲击是一种涵盖多种频率电压信号的信号源，有较多高频信号，可以有效地检测出阻抗的变化。

基于此，本发明提出一种电压互感器匝间短路检测装置，如图1所示，该装置包括：冲击电压发生器1、待测电压互感器2、采样电阻3、电压采集装置4；

冲击电压发生器1与待测电压互感器2的高压端连接，待测电压互感器2的低压端与采样电阻3的一端连接，采样电阻3的另一端接地；采样电阻3与电压采集装置4并联；其中，冲击电压发生器1用于产生冲击电压，并将冲击电压施加于待测电压互感器2；电压采集装置4用于采集采样电阻3两端的电压，所述电压用于分析待测电压互感器2是否存在匝间短路。

具体实施时，冲击电压发生器1主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。电压采集装置4可以是任何种类的电压采集装置，比如，万用表。本发明采用示波器来采集采样电阻3两端的电压。采样电阻3采用的是无感电阻(non-inductance resistor)。

具体实施时，如图2所示，本发明电压互感器匝间短路检测装置还可以包括：保护装置5，与采样电阻4并联，主要用于对冲击电压发生器1、采样电阻3和电压采集装置4进行保护。具体的，保护装置5可以采用放电管。放电管是一种使用于设备输入端的高压保护元件。若其两端的电压高过其保护规格值时，其内部会出现短路现象，并吸收掉输入的过高压。保护装置5还可以采用其他任何抑制电压的设备。

如图2所示，本发明电压互感器匝间短路检测装置还可以包括：冲击电压分压器6；冲击电压分压器6的一端与待测电压互感器4的高压端连接，冲击电压分压器6的另一端接地。采用冲击电压分压器6的作用是用来定量测量冲击电压发生器1产生的冲击电压，防止冲击电压发生器1产生的冲击电压过大，损坏待测电压互感器2。

本发明提出的电压互感器匝间短路检测装置适用于干式和固体绝缘式的电压互感器，一般其原理为电磁式电压互感器。CVT(Continuously Variable Transmission，电容式电压互感器)中的中压变压器线圈的匝间绝缘情况也可用本发明装置进行检测。

具体实施时，基于电压互感器匝间短路检测装置，本发明还提出了一种利用冲击电压试验中的暂态电压和电流进行电压互感器绕组绝缘缺陷的诊断方法。根据电压互感器绕组半波以及全波冲击试验，通过全电压下(全波，即全幅值)和下降电压下(半波，即半幅值)两次加压过程，得出对应周期段不同频率下(雷电波可以看成是多个频率的电压信号)的电压幅值相角波形和/或电流幅值相角波形，即把部分雷电冲击电压电流分成一系列谐波，运用纵比法(同一只PT不同电压条件下比对)和横比法(同类PT，电压互感器，Potential transformer相同条件下结果进行比对)对对应段谐波电压或电流数据进行分析，构造相关性判别函数。即可实现对电压互感器绕组绝缘缺陷以及严重程度的检测。对通过冲击试验的绕组也可以诊断其是否存在绝缘损伤。

具体的，本发明提出的电压互感器匝间短路分析方法的流程图如图3所示，该方法包括：

步骤301：获取上述电压互感器匝间短路检测装置采集的电压；

步骤302：对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路。

具体实施时，在进行电压互感器的匝间短路检测、分析实验时，首先电压互感器匝间短路检测装置中的冲击电压发生器产生第一冲击电压，将第一冲击电压施加于待测电压互感器后，在第一周期内采集采样电阻两端的第一电压值，在第二周期内采集采样电阻两端的第二电压值。然后改变冲击电压发生器使其产生第二冲击电压，然后将第二冲击电压施加于待测电压互感器后，在第一周期内采集采样电阻两端的第三电压值，在第二周期内采集采样电阻两端的第四电压值。其中，第一冲击电压与第二冲击电压的幅值相差一半。比如，第一冲击电压可以是全电压(全波，即全幅值)，第二冲击电压可以是下降电压(半波，即半幅值)。第一周期和第二周期是人为设定的，比如，第一周期可以是加上冲击电压后的0～50微秒，第二周期可以是加上冲击电压后的50～100微秒。

然后，具体按照如下方式对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路：

分别计算第一电压值与第二电压值的第一相关性系数、第一电压值与第三电压值之间的第二相关性系数、第一电压值与第四电压值之间的第三相关性系数；

将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值；

将最终值与预设标准值进行比较，当最终值大于预设标准值，确定待测电压互感器存在匝间短路；当最终值小于预设标准值，确定待测电压互感器合格。

其中，预设标准值为通过大量合格PT的同样试验归化得出。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电压互感器匝间短路分析装置，如下面的实施例所述。由于电压互感器匝间短路分析装置解决问题的原理与电压互感器匝间短路分析方法相似，因此电压互感器匝间短路分析装置的实施可以参见电压互感器匝间短路分析方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是本发明实施例的电压互感器匝间短路分析装置的一种结构框图，如图4所示，包括：

获取模块402，用于获取上述电压互感器匝间短路检测装置采集的电压；

分析模块404，用于对电压进行分析，确定待测电压互感器是否存在匝间短路。

具体实施时，所述分析模块404具体用于：

分别计算第一电压值与第二电压值的第一相关性系数、第一电压值与第三电压值之间的第二相关性系数、第一电压值与第四电压值之间的第三相关性系数；

将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值；

将最终值与预设标准值进行比较，当最终值大于预设标准值，确定待测电压互感器存在匝间短路；当最终值小于预设标准值，确定待测电压互感器合格；

其中，第一电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；第二电压值为冲击电压发生器将第一冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；第三电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第一周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第四电压值为冲击电压发生器将第二冲击电压施加于待测电压互感器后在第二周期内采集的采样电阻两端的电压值；所述第一冲击电压与第二冲击电压的幅值相差一半。

下面通过具体实施例来说明本发明装置和方法。

实施例一

本发明提出的电压互感器匝间短路检测装置中的待测电压互感器采用的是半绝缘电压互感器，试验接线如图5所示：

雷电冲击施加点位于半绝缘电压互感器高压端，从半绝缘电压互感器一次绕组N端(高压端)引出线，串接无感测量电阻后入地，无感测量电阻的入端并联放电管，通过示波器对无感测量电阻两端的电压信号进行采集。半绝缘电压互感器及冲击发生设备接地端均可靠接地。利用并联入电路的放电管对试验测量设备进行保护。

对半绝缘电压互感器高压端施加不同幅值的雷电冲击，从半绝缘电压互感器的N端引出线经串联的无感测量电阻后接地，通过示波器采集无感测量电阻两端电压获得半绝缘电压互感器在雷电冲击下的响应电压。

试品：空载异常的半绝缘电压互感器，型号为JDZX16-15，空载电流为4.26mA。对其分别施加20kv和10kv雷电冲击电压，其中，20kv雷电冲击电压为100％冲击电压，10kv雷电冲击电压为50％冲击电压，采集100％冲击电压下0～50微秒内无感测量电阻两端的电压值，100％冲击电压下50～100微秒内无感测量电阻两端的电压值，50％冲击电压下下0～50微秒内无感测量电阻两端的电压值，50％冲击电压下50～100微秒内无感测量电阻两端的电压值。以100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值为基准，分别与50％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值，100％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值，50％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值相比较，得出100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值的相关性系数A，100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值的相关性系数B，100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值的相关性系数C，然后将A、B和C的差值绝对值叠加求和(比如，可以是|A-B|+|A-C|+|B-C|)，如果其值大于预先规定的标准值，则判定试品(空载异常的半绝缘电压互感器)有问题，如果小于，则试品(空载异常的半绝缘电压互感器)合格。

图6所示为相关性系数和谐波次数的关系示意图，图中实线表示100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第一相关性系数)，虚线表示100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第二相关性系数)，虚点线表示100％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第三相关性系数)，由图6可以看出，三条曲线的相关性系数相差不明显。因此，根据上述固定算法，将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值480，其最终值480与预设标准值500相比较小，可以表明图6所示试品没有匝间短路缺陷。

实施例二

将本发明提出的电压互感器匝间短路检测装置中的待测电压互感器采用的是全绝缘电压互感器，试验接线如图7所示：

雷电冲击施加点位于全绝缘电压互感器高压绕组一端，从全绝缘电压互感器高压绕组另一端引出线，串接无感测量电阻后入地，无感测量电阻的入端并联放电管，通过示波器对无感测量电阻两端的电压信号进行采集。全绝缘电压互感器及冲击电压发生设备接地端均可靠接地。

试品：空载异常的全绝缘电压互感器，型号为JDZX16-15，空载电流为4.26mA。对其分别施加20kv和10kv雷电冲击电压，采集100％冲击电压下0～50微秒内无感测量电阻两端的电压值，100％冲击电压下50～100微秒内无感测量电阻两端的电压值，50％冲击电压下下0～50微秒内无感测量电阻两端的电压值，50％冲击电压下50～100微秒内无感测量电阻两端的电压值。以50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值为基准，分别与100％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值，50％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值，100％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值相比较，得出50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值的相关性系数A，50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值的相关性系数B，50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值的相关性系数C，然后将A、B和C的差值绝对值叠加求和(比如，可以是|A-B|+|A-C|+|B-C|)，如果其值大于预先规定的标准值，则判定试品(空载异常的半绝缘电压互感器)有问题，如果小于，则试品(空载异常的半绝缘电压互感器)合格。

图8所示为相关性系数和谐波次数的关系示意图，图中实线表示50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下0～50微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第二相关性系数)，虚线表示50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与50％冲击电压下50-100微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第一相关性系数)，虚点线表示50％冲击电压下0～50微秒采集的电压值与100％冲击电压下50～100微秒内采集的电压值的相关性系数(称为第三相关性系数)，由图8可以看出，三条曲线的相关系数相差不明显。因此，根据上述固定算法，将第一相关性系数和第二相关性系数的差值绝对值、第一相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值、第二相关性系数和第三相关性系数的差值绝对值相加得到最终值2000，将最终值与预设标准值相比，其最终值2000远大于预设标准值500，可以表明图8所示试品有匝间短路缺陷。

综上所述，采用本发明提出的电压互感器匝间短路检测装置、分析方法及装置进行电压互感器匝间短路检测分析试验时，可以充分利用现有实验的信息，有助于电压互感器绝缘缺陷的快速检测和实现检测的可靠性。将围绕匝间短路的检测手段开展研究，其研究成果对应的试验项目将直接应用至电磁式电压互感器的交接或诊断性试验中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。