轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法、系统及应用技术方案

本公开提供了一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法、系统及应用，测量点选在干式空心电抗器的轴向中心轴的上下顶点，测量点放置磁场测量仪器。实时测量电抗器运行时上顶点与下顶点之间的磁场强度差值并和阈值进行比较，判断电抗器匝间绝缘结构是否完好。整个过程与电抗器无电气连接，不影响电抗器正常运行，且能够实时监测电抗器匝间绝缘状态，具有实时性。

【技术实现步骤摘要】
轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法、系统及应用
本公开涉及一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法、系统及应用。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。干式空心电抗器采用多包封并绕结构型式，具有价格低、结构简单、质量轻、电抗值恒定不变等优势，在电力系统中得到广泛应用。但近年来干式空心电抗器烧毁事故在大部分地区均有发生，影响了电网安全稳定运行。与相同电压等级的其他设备相比较，其出现故障的概率远远高出其他设备，并且60％以上的故障是由于匝间短路所导致的。因此探究一种灵敏度较高的空心电抗器匝间短路故障监测方法，在电抗器发生匝间短路故障初期及时报警、及时从系统中切除十分必要。据专利技术人了解，目前存在一些力图解决上述问题的方法，如漏磁场检测法、高频振荡能量吸收或脉冲电压、雷电冲击等，但是，这些方法在进行检测的过程中，存在适用范围窄，检测过程复杂、困难度大，检测效果不好，投入成本高，会对电抗器本身造成损害，降低了电抗器原本的使用效率等问题。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法、系统及应用，本公开在检测过程中，与电抗器本身并无电气连接，不会影响电抗器的本身性能，且有效降低了投入成本，同时利用轴向磁场差值法来检测匝间短路故障，扩大了电抗器的检测范围。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，包括以下步骤：至少探测电抗器轴向上下顶点和中间部分处的磁场；计算上下顶点轴向磁场差值，若该差值大于第一阈值，则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，确定中间部分的磁场是否大于第二阈值，如果是则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，判定电抗器无匝间短路故障。上述过程，通过两次阈值判断，就可以确定匝间短路故障，检测过程简单，且准确率较高。作为进一步的限定，基于有限元分析，确定电抗器稳态运行及发生匝间短路故障时磁场分布情况。所述有限元分析过程为结合数值计算中的离散原理和分片多项式差值原理的基础上，以麦克斯韦方程组为出发点，将空心电抗器产生的磁场由连续的物理量变为离散的数字量，以有限数量单元的若干个自由度为基础，近似模拟出无限且连续的区域上的情况，不断逼近实际值。通过有限元的分析，能够保证检测过程基础能够不断逼近实际值，在一定程度上保证了准确性。作为进一步的限定，电抗器稳态运行时，磁力线在端部是呈发散状的，在内部则是以中心部位为轴呈闭合环路，整体沿中心轴线处对称分布。通过利用电力电抗器可近似看作是轴对称结构的性质，主要分析干式空心电抗器有无匝间短路时轴向磁场的分布特性，通过轴向磁场差值法检测干式空心电抗器的匝间短路故障，与电抗器无电气连接，不影响电抗器正常运行，且能够实时监测电抗器匝间绝缘状态，具有实时性。作为进一步的限定，电抗器稳态运行时，磁通密度在空心电抗器内部的分布也是对称的，最大值区域为最内层的中间部分。这种结果表明当干式空心电抗器稳态运行情况下，中心轴上下顶点的磁场分布是对称的，其磁场差值可以视为零。作为进一步的限定，电抗器发生匝间短路故障时，电抗器上下顶点的磁场分布不再对称。这种结果表明当干式空心电抗器匝间短路故障情况下，中心轴上下顶点的对称磁场分布被打破，会出现较大的磁场差值。这用这种现象，可以利用这种差值的变化来进行匝间短路故障的判断。作为一种可实现的技术方案，在电抗器中心轴上下顶点位置处和轴向中心位置处检测交变磁场。作为一种可实现的技术方案，检测交变磁场可以利用探测线圈实现。作为进一步的限定，所述第一阈值为电抗器出厂后前24小时的差分电压最大有效值的k倍，k为安全裕度，大于1。可以根据具体情况设置。作为进一步的限定，所述第二阈值为电抗器稳态运行时，电抗器中间位置处的磁场强度的n倍，n大于100。可以根据具体情况设置。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法。一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测系统，包括处理器和数据采集模块，所述处理器加载并执行所述的轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，所述数据采集模块包括至少三个，分别设置于电抗器轴向上下顶点和中间部分，所述数据采集模块将采集的数据传输给所述处理器。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开利用电力电抗器可近似看作是轴对称结构的性质，主要分析干式空心电抗器有无匝间短路时轴向磁场的分布特性，通过轴向磁场差值法检测干式空心电抗器的匝间短路故障，与电抗器无电气连接，不影响电抗器正常运行，且能够实时监测电抗器匝间绝缘状态，具有实时性；本公开可有效解决干式空心电抗器发生小匝数比匝间短路故障时，很难从电感和电流的角度对匝间短路进行检测的问题；本公开的检测过程不会对电力电抗器本身的性能造成伤害，且检测量容易获取，只需能够实现磁场感应元件即可，投入成本小。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本实施例中的场路耦合仿真原理图；图2是本实施例中稳态运行情况下电抗器磁场分布图；图3是本实施例中匝间短路情况下电抗器磁场分布图；图4是本实施例中轴向磁场差值法流程图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
中所述的，干式空心电抗器发生小匝数比匝间短路故障时，很难从电感和电流的角度对匝间短路进行检测。本实施例从磁场的角度研究干式空心电抗器匝间短路故障检测方法。再考虑到电力电抗器可近似看作是轴对称结构，故主要分析干式空心电抗器有无匝间短路时轴向磁场的分布特性，通过轴向磁场差值法检测干式空心电抗器的匝间短路故障。具体来说，测量点选在干式空心电抗器的轴向中心轴的上下顶点，测量点放置磁场测量仪器。实时测量电抗器运行时上顶点与下顶点之间的磁场强度差值并和阈值进行比较，判断电抗器匝间绝缘结构是否完好。首先进行电抗器磁场的有限元分析，有限元法是根据数学近似应用到对物理系统的实际模拟，将连续的物理量离散化，再累积逼近真实的物理量。有限元法是计算电磁场问题的基本方法，即结合数值计算中的离散原理和分片多项式差值原理的基础上，以麦克斯韦方程组为出发点，将空心电抗器产生的磁场由连续的物理量变为离散的数字量，以有限个单元的若干个自由度为基础，近似模拟出无限且连续的区域上的情况，不断逼近实际值。其场-路耦合原理如图1所示。磁场强度计算步骤为:1.设定好电磁基本参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：包括以下步骤：至少探测电抗器轴向上下顶点和中间部分处的磁场；计算上下顶点轴向磁场差值，若该差值大于第一阈值，则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，确定中间部分的磁场是否大于第二阈值，如果是则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，判定电抗器无匝间短路故障。

【技术特征摘要】
1.一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：包括以下步骤：至少探测电抗器轴向上下顶点和中间部分处的磁场；计算上下顶点轴向磁场差值，若该差值大于第一阈值，则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，确定中间部分的磁场是否大于第二阈值，如果是则判定电抗器发生匝间短路故障，否则，判定电抗器无匝间短路故障。2.如权利要求1所述的一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：还包括基于有限元分析，确定电抗器稳态运行及发生匝间短路故障时磁场分布情况。3.如权利要求2所述的一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：所述有限元分析过程为结合数值计算中的离散原理和分片多项式差值原理的基础上，以麦克斯韦方程组为出发点，将空心电抗器产生的磁场由连续的物理量变为离散的数字量，以有限数量单元的若干个自由度为基础，近似模拟出无限且连续的区域上的情况，不断逼近实际值。4.如权利要求2所述的一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：电抗器稳态运行时，磁力线在端部是呈发散状的，在内部则是以中心部位为轴呈闭合环路，整体沿中心轴线处对称分布；或/和，电抗器稳态运行时，磁通密度在空心电抗器内部的分布也是对称的，最大值区域为最内层的中间部分。5.如权利要求2所述的一种轴向磁场差值的匝间短路故障检测方法，其特征是：电抗器发生匝间短路故障时，电抗器上下顶点的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥明凯，刘晨，高兆丽，付兆远，苏娜，严玺，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37