基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，构建平波电抗器三维仿真模型与二维仿真简化模型，对模型依照匝间短路故障中心的位置进行分区，对各个测量点处的磁场变化与故障程度进行曲线拟合，计算得到故障程度和磁场变化百分比之间的故障程度检测函数；将实时测得的磁场强度变化量代入故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度。

【技术实现步骤摘要】
基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法
本专利技术涉及一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法。
技术介绍
干式空心电抗器(Dry-typeAir-coreReactors,DAR)在国内外应用广泛，然而一旦发生匝间短路故障，短路环中产生的大电流会对线圈造成损坏，甚至烧毁电抗器进而引起火灾。作为DAR最常见的故障之一，有必要寻找有效的方法检测其匝间绝缘，及时发现设备的不正常运行状态，预防匝间短路故障的发生。针对电抗器匝间短路问题，许多专家学者研究并提出了多种检测方法，但都具有一定的缺点，具体的：1)电气量检测法：可直接检测电压、电流等参量的变化，准确有效，但不能达到预警的目的；2)烟感检测法：检测过热燃烧产生的烟气，原理简单易实现，但受环境影响较大，精确度较差；3)温度检测法：检测故障区域发热情况，较为直观，但检测及时性稍差，且传感器选择及布置困难；4)应力感应检测法：检测匝间应力突变，但易受外界影响，且对传感器灵敏度有较高要求；5)探测线圈检测法：检测短路环涡流在探测线圈中感应出的电压波形，具备实时监控能力，但对发生于电抗器横轴中的故障反应不够灵敏。综上，现有的检测方法各具优势但测量自由度较弱，即检测位置较为固定，不便于安装拆卸及扩展，因此在保证检测精度的基础上，寻求一种更加自由便捷的检测方法十分必要。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，本专利技术通过在平波电抗器特定的测量点放置磁场测量仪器，实时检测其磁场强度并与其正常运行时的磁场强度进行对比得出磁场变化量，将发生故障前后的磁场强度变化量代入故障程度检测函数即可得到发生匝间短路的故障程度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，包括以下步骤：构建平波电抗器三维仿真模型与二维仿真简化模型，对模型依照匝间短路故障中心的位置进行分区；对各个测量点处的磁场变化与故障程度进行曲线拟合，计算得到故障程度和磁场变化百分比之间的故障程度检测函数；将实时测得的磁场强度变化量代入故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度。进一步的，根据平波电抗器三维仿真模型，以电抗器三维仿真模型图中的Z轴与Y轴建立二维仿真模型。进一步的，在二维仿真模型中设定匝间短路故障，当第k层线圈发生匝间短路故障时，定义匝间短路的故障程度s为短路环的高度与第k层线圈的高度的百分比。进一步的，本方法适用于故障匝数不超过本层线圈匝数的1/3的情况。进一步的，在进行分区时，将匝间短路故障的中心位于电抗器总高度2/3以上时定义为第一故障，故障中心低于总高度2/3且高于1/3时定义为第二故障，故障中心低于1/3时定义为第三故障。进一步的，所述测量点选取电抗器外部的点。优选的，所述测量点包括距离电抗器中心轴向中心轴方向0.5-1.5米点处的点，以及沿径向中心轴方向2.3-3.4米点处的点。进一步的，故障程度检测函数中故障程度s为自变量，磁场变化ΔB为因变量，确定各匝间短路故障位置处的曲线拟合值。进一步的，实时检测个测量点磁场强度并与其正常运行时的磁场强度进行对比得出磁场变化量。一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测系统，运行在处理器或存储器，被配置为执行以下指令：构建平波电抗器三维仿真模型与二维仿真简化模型，对模型依照匝间短路故障中心的位置进行分区；对各个测量点处的磁场变化与故障程度进行曲线拟合，计算得到故障程度和磁场变化百分比之间的故障程度检测函数；将实时测得的磁场强度变化量代入故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过构建故障程度检测函数，能够实时检测其磁场强度并与其正常运行时的磁场强度进行对比得出磁场变化量，将发生故障前后的磁场强度变化量代入简化表达后的故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度，计算结果具有实时性；2、本专利技术通过验证，可以证明构建的故障程度检测函数的准确性高，具有应用前景。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(a)为平波电抗器的三维仿真模型图；图1(b)为平波电抗器的二维仿真模型图；图1(c)为平波电抗器的匝间短路故障模型图；图2为电抗器故障位置示意图；图3为磁场观测点分布示意图；图4为电抗器磁场分布测量方向示意图；图5(a)和图5(b)分别为观测点C和E的故障磁场变化三维图；图6(a)和图6(b)分别为观测点C和E的故障程度检测函数拟合曲线图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。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。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术通过在平波电抗器特定的测量点放置磁场测量仪器，实时检测其磁场强度并与其正常运行时的磁场强度进行对比得出磁场变化量，将发生故障前后的磁场强度变化量代入故障程度检测函数即可得到发生匝间短路的故障程度。所建三维仿真模型如图1(a)所示，可见平波电抗器在结构上具有很好的对称性。为了分析方便，以电抗器三维仿真模型图中的Z轴与Y轴建立如图1(b)所示的二维仿真模型。如图1(c)所示，在二维仿真模型中设定匝间短路故障，当第k层线圈发生匝间短路故障时，定义匝间短路的故障程度s为：其中，Hk为第k层线圈的高度，hs为短路环的高度；由于匝间短路故障是由简单故障逐步发展起来的，通常情况下s取0～35％。若电抗器匝间短路的故障程度s过大，则电抗器故障检测变得毫无意义，因此，仅研究故障匝数不超过本层线圈匝数的1/3的情况。将匝间短路故障的中心位于电抗器总高度2/3以上时定义为“上部故障”，故障中心低于总高度2/3且高于1/3时定义为“中部故障”，故障中心低于1/3时定义为“下部故障”，故障位置分布示意图如图2所示。在实际电抗器磁场测量中，由于电抗器内部磁场测量困难，测量点选取电抗器外部(即C、E点)如图3所示。C点为距离电抗器中心轴向中心轴(AxialTraverseinCenter,ATC)方向1m点处，E点为沿径向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：包括以下步骤：构建平波电抗器三维仿真模型与二维仿真简化模型，对模型依照匝间短路故障中心的位置进行分区；对各个测量点处的磁场变化与故障程度进行曲线拟合，计算得到故障程度和磁场变化百分比之间的故障程度检测函数；将实时测得的磁场强度变化量代入故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度。

【技术特征摘要】
1.一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：包括以下步骤：构建平波电抗器三维仿真模型与二维仿真简化模型，对模型依照匝间短路故障中心的位置进行分区；对各个测量点处的磁场变化与故障程度进行曲线拟合，计算得到故障程度和磁场变化百分比之间的故障程度检测函数；将实时测得的磁场强度变化量代入故障程度检测函数，得到发生匝间短路的故障程度。2.如权利要求1所述的一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：根据平波电抗器三维仿真模型，以电抗器三维仿真模型图中的Z轴与Y轴建立二维仿真模型。3.如权利要求1所述的一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：在二维仿真模型中设定匝间短路故障，当第k层线圈发生匝间短路故障时，定义匝间短路的故障程度s为短路环的高度与第k层线圈的高度的百分比。4.如权利要求1所述的一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：适用于故障匝数不超过本层线圈匝数的1/3的情况。5.如权利要求1所述的一种基于平波电抗器磁场变化的匝间短路故障程度检测方法，其特征是：在进行分区时，将匝间短路故障的中心位于电抗器总高度2/3以上时定义为第一故障，故障中心低于总高度2/3且高于1/3时定义为第二...

【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，宋晗，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网山东省电力公司济南供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11