CN102495328B

CN102495328B - 差动式电力电抗器故障在线监测仪

Info

Publication number: CN102495328B
Application number: CN201110437995.4A
Authority: CN
Inventors: 古亮; 夏岩松; 张金祥; 王建伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102495328A

Abstract

本发明公开了一种差动式电力电抗器故障在线监测仪，包括电流互感器、比例放大单元和数据采集处理单元；电抗器的每个汇流铝排分支上均安装有一个测量该分支电流的电流互感器，所有电流互感器以两个为一组，每组中的两个电流互感器的二次出线极性相反并连接比例放大单元，放大后的电流差动值输入数据采集处理单元进行分析和判断。在电抗器未出现故障情况下，每套比例放大单元输出的放大差动值接近0；在电抗器出现绕组断线或者匝间绝缘放电等故障时，与故障绕组连接的电流互感组的差动值就发生变化，当值超过某一预定值，数据采样处理单元输出电抗器故障报警信号。该监测仪能检测电力电抗器断线或匝间局部放电等故障，响应可靠、迅速。

Description

差动式电力电抗器故障在线监测仪

技术领域

本发明涉及一种电力电抗器故障检测装置，尤其涉及一种差动式电力电抗器故障在线监测仪。

背景技术

大型空心电力电抗器在无功补偿和高压绝缘配合等方面起着不可或缺的作用。多数电抗器均由数个线圈绕组叠套而成，每个绕组则由若干根相互绝缘的粗导体并联而成。电抗器长期工作在高电压环境，而且电流大，发热显著。因此，电抗器经常出现局部放电、绕组过电流熔断等故障。这些故障严重影响到电力系统的安全和稳定。

已有文献表明，电力电抗器故障检测方法有：电阻值和电抗值测量法、电流测量法、温度测量法、红外摄像法。

测量电阻值和电抗值法比较直接。但电抗器整体的电阻在未出现故障前就已经很小，加之导体数量较多，在故障之后，电阻值变化很小；电抗器各个绕组之间由于存在磁链，电抗值在故障前后的整体差异变化也很小。因此，测量电阻值和电抗值的方法和测量电抗器整体电流的方法都存在较大困难。

在电抗器上端设置温度互感器矩阵，通过测量电抗器的温度，就可以分析出故障的位置。但是，温度互感法有以下缺点：1.温度信号在故障前后变化差异微弱，而且在现场受到极强的电磁干扰；2.温度信号变化缓慢，时时性很差;3.温度还受到气候、光照、风速等诸多因素的影响，很不准确。

红外摄像法能直观、快速地获得温度热点。但由于电抗器的叠套结构，红外相机只能测量最外层绕组的温度分布，而不能测量其它内部绕组的温度分布，而且红外相机成本高，测量时劳动强度大。

因此，有必要开发反应迅速，灵敏可靠的检测仪器，以提高电力系统的稳定性和可靠性。

发明内容

为了克服现有的时时性、准确性差等缺点,本发明提供了一种反应迅速，灵敏可靠的的差动式电力电抗器故障在线监测仪。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：差动式电力电抗器故障在线监测仪，包括电流互感器、比例放大单元和数据采集处理单元；

所述比例放大单元包括可调电阻R1、可调电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、可调电阻R8和运算放大器；所述可调电阻R1的一端与可调电阻R2的一端连接，可调电阻R2的另一端接地，所述电阻R4的一端与可调电阻R1的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器的反向输入端连接；所述可调电阻R5的一端与可调电阻R6的一端连接，可调电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的一端与可调电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与运算放大器的反向输入端连接；所述电阻R3的一端与电阻R4和电阻R7的另一端连接，电阻R3的另一端与运算放大器的输出端连接；所述可调电阻R8的一端与运算放大器的同向输入端连接，可调电阻R8的另一端接地；

电抗器的每个汇流铝排分支上各套有一个电流互感器，所有电流互感器中分别按两种电流互感器为一组，每组中的两个电流互感器的二次出线极性相反，各组电流互感器分别与一个比例放大单元连接；每组电流互感器中的一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元中的可调电阻R1的另一端连接，另一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元中的可调电阻R5的另一端连接；

所述数据采集处理单元包括A∕D转换器和处理单元CPU；每个比例放大单元中的运算放大器的信号输出端连接A∕D转换器，A∕D转换器的输出信号输入处理单元CPU进行采样、判断并输出判断结果。

作为本发明的一种优选方案，所述处理单元CPU上连接一故障报警器。

与现有技术（电阻、电抗、电流值检测法和温度分布检测法）相比，本发明的差动式电力电抗器故障在线监测仪具有以下优点：

1、本发明的差动式电力电抗器故障在线监测仪，抗电磁干扰能力极强。由于在故障前后的温差信号本身比较微弱，而电抗器多处于变电站等强干扰区，因此受到的电磁干扰极强。然而，本发明中的电抗器线圈中的电流在正常时相互平衡抵消，在故障时直接测量差动电流值，有很高的信噪抑制比。

2、本发明的差动式电力电抗器故障在线监测仪，时时性好，响应迅速。温度检测法中，在线圈断线前后，线圈电流重新分配引起一定的温度变化；但变化缓慢，时时性差。本发明中直接监测电流分配，时时性好，响应迅速。

3、本发明的在线监测仪，不受环境非电干扰，可靠性高。温度检测法中，测量温度与环境的温度、风速、光照等有关，可靠性低。而本发明中直接监测电流重新分配的不平衡程度，与环境情况关系很小，可靠性高。

4、在故障前，各汇流铝排分支中的电流分配基本均衡，各电流互感器组输出差动值接近0。在故障后，与故障对应的电流互感器组输出差动值不再接近于0，而其余正常组别的电流差动值基本不变。因此，本发明能够确定发生故障的组别。

附图说明

图1为差动式电力电抗器故障在线监测仪的原理图；

图2为差动式电力电抗器故障在线监测仪中的电流互感器安装在电抗器的汇流铝排分支上的结构示意图。

附图中： 1—电流互感器； 2—电流互感器； 3—电流互感器； 4—电流互感器； 5—电抗器引线； 6—绕组； 7—汇流铝排分支； 8—比例放大单元； 9—数据采集处理单元； 10—运算放大器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，差动式电力电抗器故障在线监测仪，包括电流互感器（本实施例中，图1中仅画出了电流互感器1和电流互感器2）、比例放大单元8和数据采集处理单元9。比例放大单元8包括可调电阻R1、可调电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、可调电阻R8和运算放大器10。可调电阻R1的一端与可调电阻R2的一端连接，可调电阻R2的另一端接地；电阻R4的一端与可调电阻R1的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器10的反向输入端连接。可调电阻R5的一端与可调电阻R6的一端连接，可调电阻R6的另一端接地，电阻R7的一端与可调电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与运算放大器10的反向输入端连接。电阻R3的一端与电阻R4和电阻R7的另一端连接，电阻R3的另一端与运算放大器10的输出端连接。可调电阻R8的一端与运算放大器10的同向输入端连接，可调电阻R8的另一端接地。电抗器上的所有汇流铝排分支7上均套有电流互感器，所有电流互感器中分别以两个电流互感器为一组，各组电流互感器分别与一个比例放大单元8连接；每组电流互感器中的一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元8中的可调电阻R1的另一端连接，另一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元8中的可调电阻R5的另一端连接。数据采集处理单元9包括A∕D转换器和处理单元CPU，每个比例放大单元8中的运算放大器信号10的输出端连接A∕D转换器，A∕D转换器的输出信号输入处理单元CPU进行采样、判断并输出判断结果，处理单元CPU上连接一故障报警器。

电力电抗器上的汇流铝排分支一般为四个或四个以上的偶数个，本实施例以电力电抗器上设置四个汇流铝排分支7为例，如图2所示。电抗器引线5设置在电力电抗器的中部，四个汇流铝排分支7的内端均与电抗器引线5连接，通过该电抗器引线5将电流分配到四个汇流铝排分支7上。可由电池供电，当然也可在汇流铝排分支上另外加设电流互感器，对其输出电压进行整流、滤波从而获得电源。电抗器各绕组6的端头连接在汇流铝排分支7上，四个汇流铝排分支7上分别安装有电流互感器（即电流互感器1、电流互感器2、电流互感器3和电流互感器4），用于测量四个汇流铝排分支7上的电流，使与汇流铝排分支7连接的电抗器绕组6电流都流过相应的电流互感器。检测之前需调试可调电阻R1和可调电阻R2以及可调电阻R5和可调电阻R6，使图中的c点和d点的电流相同，电阻R4和电阻R7的阻值相同。四个电流互感器输出信号分为两组，电流互感器1和电流互感器2为一组，电流互感器3和电流互感器4为另一组，各组中的二次出线极性相反，将这两组分别输入到两套比例放大单元8，比例放大单元8由微调电阻和运放共同产生差动信号，差动信号最终输入到数据采集处理单元进行分析并输出分析结果或远传。在电抗器未出现故障情况下，两套比例放大单元10输出的信号差值接近U₀=0；而当电抗器出现绕组断线或者匝间绝缘放电的情况下，则电流在四个汇流铝排分支7上重新分配，故障组中的两个电流差动信号值就会发生变化，当其值超过一预定限度，数据采样处理单元输出故障报警信号。

本发明的差动式电力电抗器故障在线监测仪，抗电磁干扰能力极强。温度检测法由于温差产生的电信号本身比较微弱，而电抗器多处于变电站等强干扰区，因此受到的电磁干扰极强。然而，由于本发明中的电抗器线圈中的平衡电流相互抵消，较小的差动电流就能获得较大的电流差值，有很高的信噪抑制比。

本发明的差动式电力电抗器故障在线监测仪，时时性好，响应迅速。温度检测法中，在线圈断线前后，线圈电流重新分配引起一定的温度变化；但变化缓慢，时时性差。本发明中直接监测电流分配，时时性好，响应迅速。

本发明的在线监测仪，不受环境非电干扰，可靠性高。温度检测法中，测量温度与环境的温度、风速、光照等有关，可靠性低。而本发明中直接监测电流重新分配的不平衡程度，与环境情况关系很小，可靠性高。

本发明还能够粗略地确定发生故障的组别。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.差动式电力电抗器故障在线监测仪，其特征在于：包括电流互感器、比例放大单元和数据采集处理单元；

所述比例放大单元包括可调电阻R1、可调电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻R5、可调电阻R6、电阻R7、可调电阻R8和运算放大器；所述可调电阻R1的一端与可调电阻R2的一端连接，可调电阻R2的另一端接地，所述电阻R4的一端与可调电阻R1的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器的反向输入端连接；所述可调电阻R5的一端与可调电阻R6的一端连接，可调电阻R6的另一端接地，所述电阻R7的一端与可调电阻R5的一端连接，电阻R7的另一端与运算放大器的反向输入端连接；所述电阻R3的一端与电阻R4和电阻R7的另一端连接，电阻R3的另一端与运算放大器的输出端连接；所述可调电阻R8的一端与运算放大器的同向输入端连接，可调电阻R8的另一端接地；所述电阻R4和电阻R7的阻值相同;

电力电抗器上的汇流铝排分支为四个以上的偶数个，电抗器引线（5）设置在电力电抗器的中部，每个汇流铝排分支（7）的内端均与电抗器引线（5）连接，通过该电抗器引线（5）将电流分配到每个汇流铝排分支（7）上，电抗器各绕组（6）的端头连接在汇流铝排分支（7）上，电抗器上的每根汇流铝排分支上均套有一个电流互感器，所有电流互感器中分别按两个电流互感器为一组，每组中的两个电流互感器的二次出线极性相反，各组电流互感器分别与一个比例放大单元连接；每组电流互感器中的一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元中的可调电阻R1的另一端连接，另一个电流互感器的信号输出端与对应的比例放大单元中的可调电阻R5的另一端连接；

所述数据采集处理单元包括A∕D转换器和处理单元CPU；每个比例放大单元中的运算放大器的信号输出端连接A∕D转换器，A∕D转换器的输出信号输入处理单元CPU。

2.根据权利要求1所述的差动式电力电抗器故障在线监测仪，其特征在于：所述处理单元CPU连接一故障报警器。