【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气设备运行状态在线监测领域，特别涉及干式空心并联电抗器匝间短路故障的在线监测。
技术介绍
1、干式空心并联电抗器是电力系统中常用的无功设备，运行过程中具有高故障率。故障的主要原因是匝间绝缘击穿后造成匝间短路，短路匝形成巨大的环流引起发热着火，着火点继续发展成多匝短路故障，最终整台电抗器过火形成单相短路故障。着火事故给电力系统安全运行带来严重的安全隐患，需要尽早发现匝间短路故障，退出运行电抗器避免着火事故发生。
2、通过在线监测可以发现匝间短路故障，现有监测方法主要包括温度监测、磁场监测和电气参数监测等。温度有热传递过程且监测位置受限于最外表面，温度监测无法及时发现发生在包封内部的匝间短路故障。利用探测线圈监测磁场变化可以发现匝间短路故障，但是干式空心并联电抗器磁路开放，磁场监测容易受周围运行设备磁场影响。电气参数监测通过测量电抗器的电压和电流，进一步计算得到其它电气参数，一般利用电气参数有功分量变化判断匝间短路，如等值电阻、损耗角正切和功率因数等。它不受周围运行设备影响，是一种比较有效的监测方法。
3、通过电气参数有功分量有效表征匝间短路的条件是短路匝处于短路状态。由于干式空心并联电抗器匝间短路后短路匝的电流非常大，短路匝铝导线会在短时间内熔断，熔断后短路匝变成开路，不再满足有效监测条件。所以，电气参数监测的测量频次必须足够快，在发生短路开始到导线熔断这一时间内至少完成一次有效监测，才能及时发现匝间短路故障。
4、如何确定干式空心并联电抗器匝间短路故障有效监测的测量频次是现有技
技术实现思路
1、本专利技术提供一种干式空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，以解决现有监测技术中不能及时有效判断干式空心并联电抗器匝间短路的技术问题。
2、本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：
3、(1)计算方法
4、(1.1)短路匝电流计算；
5、(1.2)短路匝熔断时间计算；
6、(1.3)测量频次计算方法
7、从发生匝间短路到短路匝熔断时间内至少要完成一次电气参数测量，每次电气参数测量需要一定时间τb，由所选取的测量方法确定，设每次电气参数测量需要时间间隔为τc，则每次测量的时间间隔τc需要满足：
8、τc≤τa-τb (17)
9、至少完成一次测量的时序，给出了两种测量条件下的测量时序关系：
10、则测量频次f为：
11、
12、(2)、计算流程
13、任一位置发生匝间短路故障后，初始温度为75℃，每次升高△t足够小，采用迭代方式，解析短路匝电流和升温时间，直到短路匝温度达到660℃，对每次升温时间求和得到熔断时间；
14、各线圈轴向不同位置各匝自感和导线电阻不同，中部位置互感最大，短路电流最大，熔断时间最短，所以，仅考虑轴向中部各层线圈出现匝间短路后的熔断时间，取最小值计算整台电抗器电气参数监测的测量频次f。
15、本专利技术所述步骤(1)中(1.1)短路匝电流计算计算方法，包括下列步骤：
16、干式空心并联电抗器为轴对称结构，由多层线圈并绕构成，各层线圈可以由导线电阻、自感及互感所形成的感应势来等效，以层为单位建立的等值电路，为外施电压，为流过整台电抗器的电流，为流过各层线圈的电流，rl1～rln为各层线圈的导线电阻，l1～ln为各层线圈的自感，e1～en为各层线圈与其它线圈互感形成的感应势的代数和；
17、μ0为真空磁导率，ni和nk为两个线圈的单位长度匝数，hi和hk为两个线圈的高度，ri和rk为两个线圈的半径，s为两线圈的中心间距，任意两个线圈间互感mi,k的计算公式为：
18、mi,k＝μ0ninkrirk[f(ri,rk,z1)-f(ri,rk,z2)+f(ri,rk,z3)-f(ri,rk,z4)] (1)
19、其中：
20、
21、取hi＝hk及s＝0，可以得到任一线圈的自感li计算公式为：
22、
23、各层线圈由铝导线绕制，γ0为20℃铝导线的电导率，a＝0.004/℃为铝导线的温度系数，tav为线圈平均摄氏温度，t0等于20℃，di为铝导线直径，任一层线圈电阻计算公式为：
24、
25、第i层线圈的感应势的代数和为：
26、
27、建立等值电路电压方程组：
28、
29、式(5)中有n个电流变量，可以由方程组解析出各层线圈电流，流过电抗器的电流为：
30、
31、当发生匝间短路故障时，短路匝形成短路环，假设第i层发生匝间短路故障，故障层线圈可以分成两部分：短路匝构成第n+1个支路，剩余匝构成第i个支路，含匝间短路故障并联电抗器的等值电路中，为流过短路匝的电流，rln+1为短路匝电阻，ln+1为短路匝的自感，e1～en+1为各层线圈及短路匝与其它线圈互感形成的感应势的代数和，第i层线圈感应势代数和如式(7)所示：
32、
33、建立含匝间短路故障并联电抗器的等值电路的电压方程组：
34、
35、式(8)构成有n+1个方程，有n+1个电流变量，解方程组可以得到各电流值，解析结果中包括流过短路匝电流它是短路匝内部环流，不包含在流过电抗器的电流中，流过电抗器的电流仍然按照式(6)进行计算。
36、本专利技术依据式(3)中平均温度tav取75℃，第i层发生匝间短路故障后，其它层和第i层剩余匝电流变化不大，平均温度仍然可以取75℃，短路匝电流非常大，温度会大范围变化：初始平均温度为75℃，随导线发热温度迅速升高，到熔断时刻为铝导线熔点660℃，依据式(3)，短路匝温度大范围变化引起短路匝导线电阻大范围变化，依据式(8)，短路匝导线电阻大范围变化将造成短路匝电流发生改变，它是以短路匝温度为变量的函数。
37、本专利技术所述步骤(1)中(1.2)短路匝熔断时间计算方法如下：
38、由于短路匝电流非常大，短路开始到熔断持续时间非常短，短路匝与外界的热交换很少，可以认为是一个绝热过程，短路匝电流产生的电阻损耗全部转化成导线的热能，遵循的热平衡方程为：
39、
40、上式中，q为短路匝导线单位体积生热率，ρ为铝导体质量密度，c为铝导线比热，t为短路匝铝导线导体摄氏温度，τ为时间；
41、设短路匝铝导线体积为v，任一温度t下短路匝导线单位体积生热率为：
42、
43、上式中，in+1为短路匝电流幅值。
44、将式(3)代入式(10)，且nihi＝1，上式转化为：
45、
46、联立式(9)和式(11)得到：
47、
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1.一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中(1.1)短路匝电流计算计算方法，包括下列步骤：
3.根据权利要求2所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于：依据式(3)中平均温度tav取75℃，第i层发生匝间短路故障后，其它层和第i层剩余匝电流变化不大，平均温度仍然可以取75℃，短路匝电流非常大，温度会大范围变化：初始平均温度为75℃，随导线发热温度迅速升高，到熔断时刻为铝导线熔点660℃，依据式(3)，短路匝温度大范围变化引起短路匝导线电阻大范围变化，依据式(8)，短路匝导线电阻大范围变化将造成短路匝电流发生改变，它是以短路匝温度为变量的函数。
4.根据权利要求1所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于，所述(1.2)短路匝熔断时间计算方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气
...【技术特征摘要】
1.一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中(1.1)短路匝电流计算计算方法，包括下列步骤：
3.根据权利要求2所述的一种空心并联电抗器匝间短路故障电气参数监测测量频次确定方法，其特征在于：依据式(3)中平均温度tav取75℃，第i层发生匝间短路故障后，其它层和第i层剩余匝电流变化不大，平均温度仍然可以取75℃，短路匝电流非常大，温度会大范围变化：...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵春明，司昌健，杨代勇，于群英，刘春博，王永红，庄羽，李守学，林海丹，翟冠强，张赛鹏，郭家昌，杜宇博，许文燮，刘俊博，栾靖尧，高昌龙，赵天成，陈捷元，姜浩，
申请(专利权)人：吉林省电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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