电力电容器击穿故障识别方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电力设备安全检测技术领域，尤其涉及一种电力电容器击穿故障识别方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

电力电容器是常用于电力系统和电工设备的无功补偿设备，在电网中通常以并联电容器组的形式装设在母线上，用于提高线路输电能力和保障系统电压稳定。

为提高运行寿命，并联电容器组通常采用内熔丝式设计，随着运行过程中绝缘介质的老化、劣化，在过电压作用下，电容元件将存在一定的被逐个击穿的风险。现有技术中针对电力电容器的监控和保护主要通过介质损耗因数、温度分布、局部放电和电容量等指标评估电容器的健康状态。而实现对电力电容器的介质损耗因数、温度分布、局部放电和电容量等指标的采集评估需要安装额外的监测设备，其监测成本较高，测量精度易受外界干扰，在线监测环境下经济实用性较差。

发明内容

本发明提供了一种电力电容器击穿故障识别方法、装置、设备及存储介质，以及时性的实现对电力电容器的击穿故障进行识别和判断，保证电力电容器的运行安全。

根据本发明的一方面，提供了一种电力电容器击穿故障识别方法，包括：

获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息；

基于所述录波信息解析获取所述工作电流的扰动电流波形；

对所述扰动电流波形进行分离获得扰动电流的目标暂态信息；

对所述暂态信息进行分解获得所述扰动电流的目标暂态频率；

基于所述暂态频率与预先计算的所述电力电容器击穿时的参考暂态频率判断所述电力电容器是否发生击穿故障。

可选的，所述基于所述录波信息解析获取所述工作电流的扰动电流波形，包括：

将所述录波信息与预先采集的所述电力电容器正常工作的工作电流的预设信息进行比较，获得所述录波信息与所述预设信息不同的部分，作为所述工作电流的扰动电流波形。

可选的，所述对所述扰动电流波形进行分离获得扰动电流的目标暂态信息，包括：

对所述扰动电流波形做差分计算，获得扰动电流的目标暂态信息。

可选的，所述对所述扰动电流波形做差分计算，获得扰动电流的目标暂态信息，包括：

基于以下公式计算扰动电流的目标暂态信息：

i

其中，i

可选的，所述对所述暂态信息进行分解获得所述扰动电流的目标暂态频率，包括：

对所述暂态信息进行快速傅里叶变换，获得所述暂态信息的频率信息，作为所述扰动电流的目标暂态频率。

可选的，在所述基于所述暂态频率与预先计算的所述电力电容器击穿时的参考暂态频率判断所述电力电容器是否发生击穿故障之前，还包括：

获取所述电力电容器的系统电感、电力电容器的第一电容值、与电力电容器处于同一串联段内其余电力电容器的第二电容值、电力电容器所处的电容器单元内其余串联段的第三电容值、与电容器单元并联的其余电容器单元的第四电容值；

基于所述系统电感、第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值计算所述电力电容器击穿时的参考暂态频率。

可选的，所述基于所述系统电感、第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值计算所述电力电容器击穿时的参考暂态频率，包括：

基于以下公式计算所述电力电容器击穿时的参考暂态频率：

其中，f

根据本发明的另一方面，提供了一种电力电容器击穿故障识别装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息；

解析模块，用于基于所述录波信息解析获取所述工作电流的扰动电流波形；

分离模块，用于对所述扰动电流波形进行分离获得扰动电流的目标暂态信息；

分解模块，用于对所述暂态信息进行分解获得所述扰动电流的目标暂态频率；

判断模块，用于基于所述暂态频率与预先计算的所述电力电容器击穿时的参考暂态频率判断所述电力电容器是否发生击穿故障。

根据本发明的另一方面，提供了一种电力电容器击穿故障识别设备，所述设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的电力电容器击穿故障识别方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的电力电容器击穿故障识别方法。

本发明实施例的技术方案，通过获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息，对录波文件进行解析和分离获得电力电容器工作过程中的扰动电流的目标暂态信息，然后分解获得扰动电流的目标暂态频率，最后与预先计算的电力电容器击穿时的参考暂态频率可判断电力电容器是否发生击穿故障，整个过程可以采用现有安装的电流传感器进行数据的采集，避免大量的新增设备所带来的设备成本增加，同时避免新增设备对线路的正常运行所带来的干扰，通过对扰动电流的目标暂态频率与电力电容器击穿时的参考暂态频率的比较，可快速可靠的实现对电力电容器的击穿故障识别判断。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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1a是根据本发明实施例一提供的一种电力电容器击穿故障识别方法的流程图；

图1b是本发明实施例一中电力电容器工作电路的等效电路示意图；

图1c是本发明实施例一提供的附加电流源电路的电路示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种电力电容器击穿故障识别装置的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种电力电容器击穿故障识别设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供了一种电力电容器击穿故障识别方法的流程图，本实施例可适用于对电力电容器的击穿故障的识别和判断的情况，该方法可以由电力电容器击穿故障识别装置来执行，该电力电容器击穿故障识别装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该电力电容器击穿故障识别装置可配置于计算机设备中，例如，服务器、工作站、个人电脑，等等。如图1a所示，该方法包括：

S110、获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息。

一般的，在电力系统中对应线路安装有电流传感器。而电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。在电力系统中安装的电流传感器可以采集各路线路的电流信息，其中就包括了安装有电力电容器的线路上流过的工作电流和发生故障时的暂态电流等。

在本发明实施例中，所获取的电流传感器采集的录波信息主要是针对的电力电容器所在线路上的电流传感器的录波信息，其应包括电力电容器正常工作过程中的工作电流和发生故障时的暂态电流信息。录波信息是指的故障录波装置等装置对电流传感器采集的电流信息按时间顺序进行记录产生的数据，其中可包含所采集的线路的线路参数、设备的设备参数等。线路参数可包含线路的硬件参数和工作参数等，设备参数也可包含设备的硬件参数和工作参数等。

S120、基于录波信息解析获取工作电流的扰动电流波形。

在前述步骤中对电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息进行了获取，该录波文件中就包含了电力电容器正常工作的工作电流和发生故障时产生的扰动电流的信息，基于该信息则可判断解析获得电力电容器非正常工作状态下的电流信息，则可获得电力电容器的扰动电流波形。

S130、对扰动电流波形进行分离获得扰动电流的目标暂态信息。

在本发明实施例中，电力电容器在发生击穿故障时将产生故障电流(扰动电流)附加在线路上，在本步骤中则是将工作电流中的扰动电流进行分类获取扰动电流发生时的暂态信息。

S140、对暂态信息进行分解获得扰动电流的目标暂态频率。

在本发明实施例中，暂态信息中包括扰动电流的幅值、频率、相角等信息。在本步骤所要做的是分解获得扰动电流的目标暂态频率。

S150、基于暂态频率与预先计算的电力电容器击穿时的参考暂态频率判断电力电容器是否发生击穿故障。

在电力电容器正常工作过程中产生的工作电流的频率与电力电容器发生击穿故障时的产生的扰动电流的频率存在着明显的区别，可通过将获得的目标暂态频率与预先计算的电力电容器击穿时的参考暂态频率进行比较判断电力电容器是否发生击穿故障，进而实现对电力电容器的击穿故障的识别。

在其他实施例中，还可以是通过将对正常工作电流的频率与正在工作过程中的工作电流进行对比，判断是否与正常情况下的工作电流特性一致，进而判断电力电容器是否正在正常运行。

在本发明实施例中，通过获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息，对录波文件进行解析和分离获得电力电容器工作过程中的扰动电流的目标暂态信息，然后分解获得扰动电流的目标暂态频率，最后与预先计算的电力电容器击穿时的参考暂态频率可判断电力电容器是否发生击穿故障，整个过程可以采用现有安装的电流传感器进行数据的采集，避免大量的新增设备所带来的设备成本增加，同时避免新增设备对线路的正常运行所带来的干扰，通过对扰动电流的目标暂态频率与电力电容器击穿时的参考暂态频率的比较，可快速可靠的实现对电力电容器的击穿故障识别判断。

在本发明的一个可选实施例中，电容器击穿故障可具体包括元件击穿与熔丝熔断两部分动作，如图1b中电力电容器工作电路的等效电路图所示，可采用开关S1闭合来等效电力电容器的击穿导通，采用开关S2的断开动作等效保护熔丝熔断动作。

在图1b中，C1是击穿元件电容的第一电容值，C2是与击穿元件处于同一串联段内其余完好元件的第二电容值，C3为该电容器单元内其余串联段的第三电容值，C4是与故障电容器单元并联的其余电容器单元的第四电容值，R、L为系统电阻和电感，因电容器组内部的熔丝阻抗和引线阻抗远小于系统阻抗，故在此忽略不计。图1b中电容值满足下式中的关系。

由于实际情况中元件击穿至熔丝熔断仅间隔0.2ms甚至更短，因此在本发明实施例中选取熔丝熔断后流过电容器组端口的电流暂态特征量来识别电容器击穿故障。元件击穿后，与其并联的完好元件向击穿元件放电，使与其串联的熔丝快速熔断，对应的附加电流源电路如图1c所示。

其中，图1c中的ΔI

在本发明实施例中，S120可包括：

S121、将录波信息与预先采集的电力电容器正常工作的工作电流的预设信息进行比较，获得录波信息与预设信息不同的部分，作为工作电流的扰动电流波形。

在具体实现中，可预先采集电力电容器正常工作的工作电流作为预设信息。再将录波信息与预设信息作对比，确定录波信息中与预设信息的波形不同的部分，并将该部分截取出来，从而作为扰动电流部分的扰动电流波形。

在其他实施例中，还可以是通过对录波信息进行分析，将录波信息中波形与其他部分的区别大于设置的阈值的部分进行截取作为扰动电流波形等方式获得扰动电流波形。

在一个可选示例中，S130可包括：

对扰动电流波形做差分计算，获得扰动电流的目标暂态信息。

进一步的，可基于以下公式计算扰动电流的目标暂态信息：

i

其中，i

在本发明实施例中，S140可包括：

S141、对暂态信息进行快速傅里叶变换，获得暂态信息的频率信息，作为扰动电流的目标暂态频率。

在本发明实施例中，在S150之前还可包括：

获取电力电容器的系统电感、电力电容器的第一电容值、与电力电容器处于同一串联段内其余电力电容器的第二电容值、电力电容器所处的电容器单元内其余串联段的第三电容值、与电容器单元并联的其余电容器单元的第四电容值；

基于系统电感、第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值计算电力电容器击穿时的参考暂态频率。

如图1c所示，基于电路理论，由熔丝熔断引起的故障电流i

其中，I

其中：

则电力电容器击穿时的参考暂态频率为：

则可选的，可基于以下公式计算电力电容器击穿时的参考暂态频率：

其中，f

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种电力电容器击穿故障识别装置的结构示意图。如图2所示，该装置包括获取模块21、解析模块22、分离模块23、分解模块24和判断模块25：

获取模块21，用于获取电流传感器采集的电力电容器工作过程中的工作电流的录波信息；

解析模块22，用于基于录波信息解析获取工作电流的扰动电流波形；

分离模块23，用于对扰动电流波形进行分离获得扰动电流的目标暂态信息；

分解模块24，用于对暂态信息进行分解获得扰动电流的目标暂态频率；

判断模块25，用于基于暂态频率与预先计算的电力电容器击穿时的参考暂态频率判断电力电容器是否发生击穿故障。

可选的，解析模块22可包括：

解析单元，用于执行将录波信息与预先采集的电力电容器正常工作的工作电流的预设信息进行比较，获得录波信息与预设信息不同的部分，作为工作电流的扰动电流波形。

可选的，分离模块23可包括：

分离单元，用于执行对扰动电流波形做差分计算，获得扰动电流的目标暂态信息。

分离单元可包括：

分离子单元，用于执行基于以下公式计算扰动电流的目标暂态信息：

i

其中，i

可选的，分解模块24可包括：

分解单元，用于执行对暂态信息进行快速傅里叶变换，获得暂态信息的频率信息，作为扰动电流的目标暂态频率。

在本发明实施例中，还可以包括：

容值获取单元，用于执行获取电力电容器的系统电感、电力电容器的第一电容值、与电力电容器处于同一串联段内其余电力电容器的第二电容值、电力电容器所处的电容器单元内其余串联段的第三电容值、与电容器单元并联的其余电容器单元的第四电容值；

参考暂态频率计算单元，用于执行基于系统电感、第一电容值、第二电容值、第三电容值和第四电容值计算电力电容器击穿时的参考暂态频率。

参考暂态频率计算单元可包括：

参考暂态频率计算子单元，用于执行基于以下公式计算电力电容器击穿时的参考暂态频率：

其中，f

本发明实施例所提供的电力电容器击穿故障识别装置可执行本发明任意实施例所提供的电力电容器击穿故障识别方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例三

图3示出了可以用来实施本发明的实施例的电力电容器击穿故障识别设备10的结构示意图。电力电容器击穿故障识别设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图3所示，电力电容器击穿故障识别设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电力电容器击穿故障识别设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。

电力电容器击穿故障识别设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电力电容器击穿故障识别设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如电力电容器击穿故障识别方法。

在一些实施例中，电力电容器击穿故障识别方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电力电容器击穿故障识别设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的电力电容器击穿故障识别方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行电力电容器击穿故障识别方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。