一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法及系统与流程

本发明涉及电气设备故障诊断与状态监测，尤其涉及一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法及系统。

背景技术：

1、随着电力系统智能化和状态检修技术的发展，电压互感器作为电力系统中承担电压测量、计量和保护信号获取的重要设备，其运行可靠性直接影响电网测量精度和保护动作准确性。在电压互感器的各类故障中，绕组匝间短路具有较强的隐蔽性和危害性。该类故障通常由绕组绝缘性能下降引起，当相邻匝或相近匝之间发生绝缘击穿时，会形成局部短路回路。

2、目前，电压互感器绕组故障检测多依赖电气量检测、绝缘试验、局部放电检测或温度检测等方式，现有技术的缺陷如下：

3、（1）早期故障检测灵敏度不足：故障初期，端口电气量（电压、电流、变比）变化微弱，传统基于电气量的检测方法灵敏度有限，难以实现早期预警。

4、（2）检测手段的适用性差：部分有效的检测方法（如绝缘试验）需要停电进行，无法满足在线监测的实时性需求。

5、（3）抗干扰与稳定性差：局部放电、温度检测等方法易受环境、安装位置、工况波动影响，导致检测结果不稳定，可靠性低。

6、（4）故障信息利用不充分，缺乏区分与定位能力：现有漏磁检测多依赖单点磁场幅值，只能判断“是否异常”，无法准确区分不同的故障状态，也无法实现故障定位。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法及系统，用以解决现有技术中检测灵敏度低、抗干扰能力差以及无法在线区分故障位置与严重程度的缺陷，实现了对电磁式电压互感器匝间短路故障的高灵敏度、高准确性且适用性强的在线辨识与状态分类。

2、本发明提供一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，包括：

3、获取与一预设检测路径相对应的实际检测路径处的漏磁场空间分布数据；

4、将所述漏磁场空间分布数据输入至预训练的故障分类模型，得到匝间短路故障识别结果；

5、其中，所述预设检测路径基于待检测电磁式电压互感器的仿真模型确定；所述故障分类模型基于所述仿真模型生成的所述预设检测路径处的漏磁场空间分布样本数据训练得到。

6、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，所述预设检测路径基于待检测电磁式电压互感器的仿真模型确定，具体包括：

7、将所述电磁式电压互感器的结构参数和额定运行参数输入至所述仿真模型；

8、在所述仿真模型中为所述电磁式电压互感器的外表面沿绕组轴线方向设置一检测路径，得到预设检测路径。

9、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，所述故障分类模型基于所述仿真模型生成的所述预设检测路径处的漏磁场空间分布样本数据训练得到，具体包括：

10、在所述仿真模型中，通过设置短路支路来模拟多种故障状态，所述故障状态包括正常状态以及由不同短路位置和/或不同短路匝数定义的匝间短路状态；

11、对每一种所述故障状态进行电磁场仿真，并提取所述预设检测路径上的漏磁场空间分布数据；

12、将提取的所述漏磁场空间分布数据与对应的故障状态标签关联，以构建漏磁场空间分布样本数据库；

13、利用所述漏磁场空间分布样本数据库对所述故障分类模型进行监督训练，得到预训练的故障分类模型。

14、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，所述故障分类模型为随机森林分类模型，对应的，所述将所述漏磁场空间分布数据输入至预训练的故障分类模型，得到匝间短路故障识别结果，具体包括：

15、从所述漏磁场空间分布数据中，提取用于表征漏磁场空间分布特性的幅值特征，以形成漏磁特征向量；

16、将所述漏磁特征向量输入至所述预训练的随机森林分类模型，得到匝间短路故障的初步分类结果；

17、计算所述随机森林分类模型对所述初步分类结果的分类置信度，并将所述分类置信度与预设阈值进行比较，根据比较结果输出最终的故障识别结果。

18、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，所述幅值特征包括以下一项或多项：所述漏磁场空间分布数据的最大值、平均值、有效值以及峰峰值。

19、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，所述将所述分类置信度与预设阈值进行比较，根据比较结果输出最终的故障识别结果，具体包括：

20、若所述分类置信度高于所述预设阈值，则直接输出所述初步分类结果作为所述最终的故障识别结果；

21、若所述分类置信度低于或等于所述预设阈值，则输出用于提示诊断不确定或需进一步复核的提示信息。

22、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，在将所述漏磁场空间分布数据输入至预训练的故障分类模型之前，所述方法还包括：

23、获取所述电压互感器在正常状态下沿所述实际检测路径的漏磁场空间分布数据，作为基准漏磁数据；

24、将获取的漏磁场空间分布数据与所述基准漏磁数据进行差分处理，得到用于输入至所述故障分类模型的校正后漏磁场空间分布数据。

25、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，对每一种所述故障状态进行电磁场仿真，并提取所述预设检测路径上的漏磁场空间分布数据，具体包括：

26、在所述预设检测路径上设置多个采样点；

27、针对每一种所述故障状态，提取各所述采样点处的磁通密度分量；

28、根据各所述采样点处的磁通密度分量，计算各所述采样点处的磁通密度模值；

29、将各所述采样点处的磁通密度模值按照所述预设检测路径的长度方向依次排列，形成对应于该故障状态的漏磁场空间分布特征，得到漏磁场空间分布数据。

30、根据本发明提供的一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法，通过布置于所述实际检测路径上的漏磁传感器阵列来获取所述漏磁场空间分布数据；其中，所述传感器阵列中的各传感器的敏感轴方向校准至与所述仿真模型中坐标方向保持一致。

31、本发明还提供一种基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别系统，包括：

32、获取模块，用于获取与一预设检测路径相对应的实际检测路径处的漏磁场空间分布数据；

33、分类模块，用于将所述漏磁场空间分布数据输入至预训练的故障分类模型，得到匝间短路故障识别结果；

34、其中，所述预设检测路径基于待检测电磁式电压互感器的仿真模型确定；所述故障分类模型基于所述仿真模型生成的所述预设检测路径处的漏磁场空间分布样本数据训练得到。

35、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法。

36、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于漏磁场空间分布的电磁式电压互感器匝间短路故障识别方法。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

38、（1）本发明通过电磁式电压互感器外表面漏磁场的空间分布特征来表征匝间短路故障，利用仿真模型获取在不同故障状态下，沿预设检测路径的漏磁场响应规律，从而建立故障状态与漏磁空间分布之间的映射关系，并以此生成训练数据来构建故障分类模型，从而实现从局部磁场畸变角度反映绕组内部的匝间短路状态，即使在短路匝数少、外部电气量变化不明显的早期阶段，也能提取出有效的故障特征，提升对早期匝间短路故障的识别能力；

39、（2）本发明通过将传感器严格沿预设检测路径布置得到实际检测路径，使实测数据与仿真数据得以在空间坐标上精确对应，从而便于获取电压互感器外表面沿绕组轴线方向的完整漏磁变化规律，不依赖单一测点的磁场幅值进行判断，可更全面地反映匝间短路故障引起的表面漏磁场变化。同时，由于传感器安装于电压互感器外表面，检测过程无需改变设备内部结构，不影响互感器正常运行，因而具有较好的在线监测适用性和工程安装便利性。

40、（3）本发明通过随机森林分类模型学习多个漏磁幅值特征与故障类别间的复杂非线性关系，实现对包括正常状态在内的多种匝间短路状态的自动识别。相较依赖于单一阈值判断的传统方法，本发明能综合评估多个特征参数，有效减少因单个特征波动导致的误判，并引入分类置信度机制进一步提升诊断可靠性。这显著提高了故障检测的准确性，为设备状态评估与精准检修提供了可靠的数据支持。