一种用于干式空心电抗器匝间绝缘故障的在线监测方法技术

本发明专利技术公开一种用于干式空心电抗器匝间短路故障的监测方法，适合电抗器匝间短路故障早期和发展期的监测、识别、预警。通过在干式空心电抗器外表面靠近上、下星型臂附近设置自差分结构的磁场探测线圈，获取电抗器磁场突变信号，通过对信号的识别和统计分析，判断电抗器匝间短路故障的发展阶段。达到电抗器工作状态异常的早期识别和预警的目的。同时采用信号无线传输实现高电压隔离，保证电抗器设备本体的工作可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于干式空心电抗器匝间绝缘故障的在线监测方法
本专利技术涉及一种干式空心电抗器匝间绝缘故障的在线监测方法，特别涉及一种干式空心电抗器在匝间短路发生过程中的状态监测方法。
技术介绍
干式空心电抗器具有重量轻、噪音低、安装方式灵活以及维护简单等优势，而且拥有良好的适应性和较高的可靠性高，能够实现补偿杂散容性电流、限制短路电流等功能，在电力系统得到广泛的应用。随着干式空心电抗器的大规模应用及极端恶劣气候的频繁出现，沙暴雾霾、霜尘雨露还有风筝鸟害等，干式空心电抗器发生故障，引起事故的次数也逐渐增多。现场发现电抗器出现异常时，产品往往已发生严重的拉弧、烧蚀，在电抗器的绝缘故障点会形成短路环，局部温度会迅速升高，最终导致电抗器起火，因干式空心电抗器的结构特点，起火后很难扑灭，只能燃烧殆尽，严重时还会殃及其周围的设备，造成严重的运行事故。匝间短路类故障的基本特征是出现局部故障、诱发多处或严重局部故障、电绝缘破坏导致设备烧毁，其分别对应于电抗器设备的故障初期和发展期和损毁期。因为电抗器设备故障损毁期到事故实际发生之间的时间间隔极短，约为30s~100s的时间量级，待运维人员发现已形成较严重的事故。故在电抗器故障初期、发展期对其进行有效的匝间短路状态监测是保证干式空心电抗器稳定运行的技术关键。目前针对干式空心电抗器匝间短路故障，国内外采用的检测方法有5类：1电磁场扰动探测法（专利号CN201010217935.7，CN201210056968.7，CN201610345584.5，CN201220081086.1），采用沿电抗器外壁设置上下对称放置的感应线圈，探测电抗器的磁场变化和漏磁变化信号通过传输线接入电子监控设备，利用其异常信号辨识、判断、监控匝间短路故障；2红外测温法（专利号CN201110281937.7），采用热敏红外探头监控电抗器内部匝间温度变化，通过传输线接入电子监控设备，利用其温度信号判断来监控电抗器的工作状态；3振动频谱分析法（专利号CN201110299914.9），采用电抗器外表面多处安置振动传感器，通过传输线接入电子监控设备，利用其振动频谱分析来监控电抗器的工作状态；4功率损耗比较法（专利号CN201410434868.2）采用在电抗器顶部星型架设置电磁感应线圈、进线臂上设置换能器的方法，得到电抗器的功率损耗系数，然后通过无线传输、光纤传输接入到电子监控设备，利用其功率损耗系数的变化来监控电抗器的工作状态；5综合参数比较法（专利号CN201610345584.5，CN201420741358.5）采用上述1~4的原理，进行磁扰动信号、温度信号、振动信号、功率损耗的多参数采集，采用传输线接入电子监控设备进行多参数同时监控，但是干式空心电抗器在运行时，其端电压和电势常常高达数千伏甚至十几万伏，需要考虑特殊的结构和处理方式来保证绝缘性能。上述方法1需要从电抗器的顶部和底部对称设置探测感应线圈形成差分信号，虽然信号灵敏可靠，但是电抗器外表面的绝缘爬距极大减小，严重影响了电抗器的运行安全性，难以应用于高压干式空心电抗器。上述方法2、3、5需要传感器探测电抗器的几个设定部位温度、振动信号，而对于户外恶劣环境下运行的电抗器而言，这种弱的温度信号变化、振动频谱信号变化的实时性、可靠性、敏感性较差，在电抗器匝间短路故障的初始期和发展期产生的温度局部变化识别困难，因此预警能力和可靠性难以满足运行状态监控的实际需求。上述方法4提供了电抗器功率损耗系数的监控方法，而对于动辄数百匝的干式空心电抗器而言，其功率损耗系数变化的实时性、可靠性和敏感性较差，对于初期和发展期的电抗器匝间短路故障识别困难，因此预警能力和可靠性难以满足运行状态监控的实际需求。另外，上述1，2，3，4，5方案均采用信号线从电抗器的高电压位引出到低电位的电子监控设备中的方式，这种传输方式对于大容量、高电压的电抗器而言是非常危险的，而且在电网初级（一次）设备端进行这种信号接入和传输方式是不允许的。综上所述，对于高压干式空心电抗器运行状态监控，目前关键技术在于初期、发展期的匝间短路故障的电磁扰动信号的有效识别，同时，监控结构的设置必须具有可靠的高电压隔离手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于干式空心电抗器匝间短路故障监测的方法，适合电抗器故障的早期识别和监测预警，同时适合匝间短路故障早期和发展期的识别、监测、预警。该方法通过在干式空心电抗器靠近上下星型臂附近的电抗器表面或周围设置自差分结构的磁场探测线圈，获取电抗器磁场突变信号，通过对信号的识别和统计分析，判断电抗器匝间短路故障的发生和发展期状态。同时采用信号无线传输实现高压电气隔离，从原理上保证电抗器设备的工作可靠性和安全性。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现，在干式空心电抗器靠近上、下星型臂附近的电抗器表面或周围，通过双线并绕的匝数和换位、叠层等方式设置得到自差分结构的探测线圈，基于电磁感应原理，如式1所示。在电抗器工作过程中探测线圈就会得到磁场变化的感应电压差分信号，该信号在正常工况下可预设为10V以下，而在匝间短路故障发生期和发展期内，由于频繁的发生匝间瞬间短路又恢复绝缘的状态，会产生一系列的电磁信号瞬态扰动和突变，会产生约10~1000倍稳态信号幅值的突变和脉冲信号，因而易于辨识和判断，可以在匝间短路故障发生期和发展期及时预警。（1）式中，u–感应电势信号，N–探测线圈匝数，S–探测线圈有效面积，dB(t)/dt–磁感应强度变化率。本专利技术的进一步技术方案是，自差分结构的探测线圈采用双线并绕的方法绕制，为了补偿电抗器磁场分布的变化，可在绕制中间采用一次或多次双线换位措施，也可采用双线并绕的叠层绕制方法。使得在电抗器正常工况下，探测线圈的感应电压预设为10V以下，以保证良好的信噪比和灵敏性。本专利技术的进一步技术方案是，探测线圈可以根据工况需要独立工作，可设置在上部或下部星型臂附近的电抗器表面或周围，也可同时在上部、下部星型臂附近的电抗器表面或周围设置各自独立工作，以增加在线监控的可靠性和准确性。本专利技术的进一步技术方案是，根据不同电抗器的工作特性采样速率3kHz-150kHz，以标准工频波形为基准，实时计算探测线圈的感应电压的均值E、离差S、方差σ。基于随机过程数据处理的置信区间估计原理，当离差S>kσ时（式中，k为置信系数，k=2~6），表明电抗器处于匝间短路故障发生期，该故障出现的频率越高，表明其发展期接近后期。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现，采样和数据处理采用采样处理模块来进行，该模块由模数转换、CPU单片机、通讯模块3部分功能组成。1部分所涉及的采样过程、采样数据的均值、离差、方差等的数据运算及其置信区间统计等工作由该CPU单片机实时运算，以减少实时数据的尺寸和提高数据通讯的可靠性。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现，采样信号通过无线通讯方式中转，远距离数据通讯采用485协议通讯电缆接入上位机。其中无线通讯距离50m~1000m，通讯频段233MHz~2.4GHz。传输通讯数据主要包括：差分线圈感应信号的均值、离差、方差、置信区间统计结果等特征数据，由上位机数据库存储和进一步处理分析。本专利技术通过在干式空心电抗器星型臂附近的电抗器表面或周围设置具有自差分结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于干式空心电抗器匝间短路故障的监测方法，其特征在于，通过在线实时监测运行中电抗器匝间短路故障的电磁场突变信号，判断电抗器是否发生了初期、发展期的匝间短路故障，并在发生故障发展的前期进行预警或报警。

【技术特征摘要】
1.一种用于干式空心电抗器匝间短路故障的监测方法，其特征在于，通过在线实时监测运行中电抗器匝间短路故障的电磁场突变信号，判断电抗器是否发生了初期、发展期的匝间短路故障，并在发生故障发展的前期进行预警或报警。2.根据权利要求1所述的一种用于干式空心电抗器匝间短路故障的监测方法，其特征在于，具体为：通过自差分结构的探测线圈在线实时测量电磁感应电压，通过离差、方差和基于置信区间的统计运算，判断电抗器运行状态，并在匝间短路故障的发生期、发展期给予报警。3.根据权利要求1，2所述的一种用于干式空心电抗器匝间短路故障的监控方法，其特征在于，具体为：所述采样处理模块内设置有无线通信模块，通过对采样的数据进行计算，将均值、离差...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：周超超，
类型：发明
国别省市：浙江,33