CN101881802A - 一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，干式空心电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，在干式空心电抗器正常运行状态下，采集每对磁场探测线圈的电压差分信号有效值并计算出该电压差分信号的基准均值Eio和基准标准方差dio，然后在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号并计算出该电压差分信号的在线均值Ei和在线标准方差di，最后通过比较Ei和Eio，di和dio判断电抗器实时运行状态。对于采集的信号采用分频段处理，有利于更灵敏和准确地检测电抗器的匝间短路故障。

Description

一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法
技术领域
本发明涉及一种电力技术领域的在线实时检测方法，特别涉及一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法。
背景技术
电抗器在电力系统中起到补偿无功功率、限制短路电流、滤除高次谐波等作用，是电力系统的重要电力设备之一。相对于油浸式电抗器，干式空心电抗器具有起始电压分布均匀、线性度好、损耗小、噪声低、安装方便、维护简单等优点，因此得到非常广泛的应用。
由于工况严劣，干式空心电抗器事故频发。统计表明，匝间短路故障发生次数占据干式空心电抗器故障总发生次数的50％以上，如果得不到及时排除，短路电流产生的局部高温会直接将电抗器烧毁并造成停电事故，严重影响电力系统的稳定运行。因此有效检测匝间短路故障是保证干式空心电抗器稳定运行的关键。
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：匝间绝缘缺陷检测法和功率方向检测法。
匝间绝缘缺陷检测是一种离线的匝间短路故障检测方法。该方法从预防性试验的角度出发，定期对电抗器进行匝间绝缘性能检测，通过分析匝间绝缘性能发现匝间绝缘缺陷，预防匝间短路故障的发生。预防性试验制度基本能够保证设备在两次试验期间正常运行，但它有以下不足：一是由于停运带来经济损失；二是离线试验不能准确反映设备运行状况；三是该试验具有破坏性，设备的使用寿命会因此缩短。
功率方向检测法是一种在线的匝间短路故障检测方法。干式空心电抗器正常运行时，三相电压或三相电流对称，只有正序分量，没有负序分量和零序；发生匝间短路故障时，三相电压(电流)出现不对称现象，此时可分解出零序和负序分量。根据该特点，通过检测电抗器序电压和序电流实现干式空心电抗器匝间短路故障检测的方法被称为功率方向检测法，功率方向检测法是实现电抗器匝间保护的重要手段，但该方法检测的灵敏度不足。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种干式空心电抗器匝间短路故障的在线检实时测方法，用以解决长期以来干式空心电抗器匝间短路故障难以在线实时检测的问题。该方法通过在干式空心电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，通过探测线圈感应电压，提取磁场变化信号，通过对信号加工处理分析，判断电抗器运行状态，达到匝间短路故障在线实时检测的目的。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现，一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，在干式空心电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，通过检测电抗器工作过程中每对磁场探测线圈的电压差分信号，在线实时检测电抗器匝间短路故障，并在发生匝间短路故障时启动报警。
本发明的进一步技术方案是，首先在干式空心电抗器正常运行状态下，采集每对磁场探测线圈的电压差分信号并计算出该电压差分信号的基准均值Eio和基准标准方差dio，然后在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号并计算出该电压差分信号的在线均值Ei和在线标准方差di，最后通过比较Ei和Eio，di和dio判断电抗器实时运行状态，其中，i为对应探测线圈对的序号。
本发明的更进一步技术方案是，首先采集每对磁场探测线圈在干式空心电抗器正常运行状态下的电压差分信号，利用小波变换方法，将该电压差分信号分解到不同频段上，提取40kHz～55kHz高频信号和50Hz低频信号，计算出每对磁场探测线圈40kHz～55kHz高频信号的基准均值EiHo和基准标准方差diHo，计算出每对磁场探测线圈50Hz低频信号的基准均值EiLo和基准标准方差diLo；然后在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号，将该电压差分信号分解到不同频段上，提取40kHz～55kHz高频信号和50Hz低频信号，计算出40kHz～55kHz高频信号的在线均值EiH和在线标准方差diH、50Hz低频信号的在线均值EiL和在线标准方差diL；最后通过在线检测值与基准检测值的比较判断电抗器实时运行状态；当diL＞K1diLo或diH＞K1diHo时，电抗器处于匝间短路初期，即匝间短路的发展期，式中，K1为安全裕度系数，基于随机过程数据处理的置信区间估计原理，结合电抗器的实际工作服役条件，取值为2.1～8；当|EiL-EiLo|＞K2diLo或|EiH-EiHo|＞K2diHo时，电抗器处于匝间短路故障期，即匝间短路事故期，式中，K2为安全裕度系数，基于随机过程数据处理的置信区间估计原理，结合电抗器的实际工作服役条件，取值为1.3～4.6。
所述的每对磁场探测线圈由两个结构尺寸和匝数完全相同的线圈组成。
所述的每对磁场探测线圈的电压差分信号为电压差分信号的有效值。
本发明通过在干式空心电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，通过磁场探测线圈感应电压，提取磁场变化信号，通过对信号处理分析，判断电抗器运行状态，达到匝间短路故障在线实时检测的目的，对于采集的信号采用分频段处理，有利于更灵敏和准确地诊断检测电抗器的匝间短路故障。
附图说明
图1本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：干式空心电抗器，磁场探测线圈，数据采集卡以及微型计算机。其中：
干式空心电抗器，容量、额定电压、额定电流以及额定电感分别为4.4kVar、110V、40A和8.76mH，工作频率为50Hz。电抗器具有两个并联包封，每包封由两层线圈支路并联形成，在其各包封外表面上下对称位置各设置一组探测线圈，磁场探测线圈，采用130级厚漆膜聚酯漆包圆铜线(QZ-2/130)绕制而成，圆铜线标称直径为0.1mm。
微型计算机和数据采集卡，微型计算机型号Inter Pentuim4 CPU 3.06GHz；内存1G。数据采集卡型号NI PCI-622；单端通道16个，差分通道8个；最高采样率250K Sa/s；分辨率16bits。采集卡安装于微型计算机扩展槽内，实时采集磁场探测线圈电压差分信号。
电抗器处于运行状态下，当发生匝间短路故障时，在电抗器中有一个或若干个自行闭和的短路环生成，短路环感应电流产生磁场，电抗器磁场分布发生变化，尤其，在短路环附近磁场变化最大。基于此，在电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，通过每对磁场探测线圈感应电压的变化，获取磁场变化信息，从而判断电抗器是否发生匝间短路故障，本发明可及时准确地检测到运行状态下电抗器的匝间短路故障。
本实施例中，在电抗器处于正常运行状态，采集24小时的时间段内两对磁场探测线圈电压差分信号做为历史数据，对历史数据进行高低频信号分离，计算得到40kHz～55kHz高频信号的基准均值E1Ho＝0mV，E2Ho＝0mV和基准标准方差d1Ho＝19.0mV，d2Ho＝22.5mV，计算得到50Hz低频信号的基准均值E1Lo＝2150mV，E2Lo＝2730mV和基准标准方差d1Lo＝34.8mV，d2Lo＝38.3mV。
在电抗器运行过程中，数据采集卡实时在线采集磁场探测线圈的电压差分信号，该电压差分信号经处理计算得到一定时间段(1-10s)内40kHz～55kHz高频信号的在线均值EiH和在线标准方差diH，50Hz低频信号的在线均值EiL和在线标准方差diL，i为1，2。
当d1L＞K1d1Lo或d2L＞K1d2Lo或d1H＞K1d1Ho或d2H＞K1d2Ho时，电抗器处于匝间短路初期，即匝间短路的发展期，系统启动故障报警；当置信度取0.99，采样样本数为40时，查x2分布临界值表得，K1值约为8.0；当置信度取0.80，采样样本数为2时，查x2分布临界值表得，K1值约为2.1。在该实施例中，采样样本数为5，置信度取0.80，K1取值为3.0。
当|E1L-E1Lo|＞K2d1Lo  或|E2L-E2Lo|＞K2d2Lo  或|E1H-E1Ho|＞K2d1Ho  或|E2H-E2Ho|＞K2d2Ho时，电抗器处于匝间短路故障期，即匝间短路事故期，系统启动故障报警；当置信度取0.99，采样样本数为4时，查t分布临界值表得，K2取值约为4.6；当置信度取0.80，采样样本数为40时，查t分布临界值表得，K2取值为约1.3。在该实施例中，采样样本数为5，置信度取0.80，K2取值为1.5。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (5)

1.一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，在干式空心电抗器各包封外表面上下对称位置成对安装磁场探测线圈，通过检测电抗器工作过程中每对磁场探测线圈的电压差分信号，在线实时检测电抗器匝间短路故障，并在发生匝间短路故障时启动报警。
2.根据权利要求1所述的一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，首先在干式空心电抗器正常运行状态下，采集每对磁场探测线圈的电压差分信号并计算出该电压差分信号的基准均值Eio和基准标准方差dio，然后在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号并计算出该电压差分信号的在线均值Ei和在线标准方差di，最后通过比较Ei和Eio，di和dio判断电抗器实时运行状态，其中，i对应探测线圈对的序号。
3.根据权利要求1或2所述的一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，首先采集每对磁场探测线圈在干式空心电抗器正常运行状态下的电压差分信号，利用小波变换方法，将该电压差分信号分解到不同频段上，提取40kHz～55kHz高频信号和50Hz低频信号，计算出每对磁场探测线圈高频信号的基准均值EiHo和基准标准方差diHo，计算出每对磁场探测线圈低频信号的基准均值EiLo和基准标准方差diLo；然后在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号，将该电压差分信号分解到不同频段上，提取40kHz～55kHz高频信号和50Hz低频信号，计算出40kHz～55kHz高频信号的在线均值EiH和在线标准方差diH、50Hz低频信号的在线均值EiL和在线标准方差diL；最后通过在线检测值与基准检测值的比较判断电抗器实时运行状态；当diL＞K1diLo或diH＞K1diHo时，电抗器处于匝间短路初期，即匝间短路的发展期，式中，K1为安全裕度系数，基于随机过程数据处理的置信区间估计原理，结合电抗器的实际工作服役条件，取值为2.1～8；当|EiL-EiLo|＞K2diLo或|EiH-EiHo|＞K2diHo时，电抗器处于匝间短路故障期，即匝间短路事故期，式中，K2为安全裕度系数，基于随机过程数据处理的置信区间估计原理，结合电抗器的实际工作服役条件，取值为1.3～4.6。
4.根据权利要求1所述的一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，所述的每对磁场探测线圈由两个结构尺寸和匝数完全相同的线圈组成。
5.根据权利要求1所述的一种干式空心电抗器匝间短路故障在线实时检测方法，其特征在于，所述的电压差分信号是指电压差分信号的有效值。
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