CN102590699A - 一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，含有以下步骤：步骤一，建立由工频电路与高频脉冲振荡电路相互叠加的电路，工频电路主要由第二开关、阻塞电感、补偿电容和交流电源构成，高频脉冲振荡电路主要由放电球隙、第一开关、充电电容和直流电源组成；步骤二，将干式空心电抗器的一端接入第一开关与第二开关之间，另一端接入充电电容与补偿电容之间；步骤三，断开第二开关，接通第一开关，干式空心电抗器即接入高频脉冲振荡电路，判断干式空心电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，若有缺陷，则进行步骤四至步骤六，依次判断是否为金属性击穿、低阻击穿、高阻击穿并根据不同的缺陷性质进行定位。

Description

一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法

技术领域

本发明涉及一种定位方法，特别是涉及一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法。

背景技术

现有技术中，电网中会时常发生因匝间绝缘缺陷而导致的电抗器着火燃烧的事故。目前，我国对干式空心电抗器匝间绝缘缺陷检测的手段尚处在经验积累及完善阶段，由于干式空心电抗器匝间绝缘缺陷无法进行定位和查找，很大程度上限制了干式空心电抗器匝间绝缘缺陷检测技术的发展和进步。同时，由于匝间绝缘缺陷无法定位，导致干式空心电抗器的匝间绝缘缺陷在整个运行过程中，都无法对匝间绝缘缺陷进行具体的统计分析，从而也限制了电抗器在结构方面的改进和设计方面的完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，能够对干式空心电抗器匝间绝缘缺陷进行精确定位。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，包括以下步骤：

步骤一，建立由工频电路与高频脉冲振荡电路相互叠加的电路，工频电路主要由第二开关、阻塞电感、补偿电容和交流电源构成，高频脉冲振荡电路主要由放电球隙、第一开关、充电电容和直流电源组成，其中，第一开关与第二开关连接，充电电容与补偿电容连接；

步骤二，将干式空心电抗器的一端接入第一开关与第二开关之间，另一端接入充电电容与补偿电容之间；

步骤三，断开第二开关，接通第一开关，干式空心电抗器即接入高频脉冲振荡电路，判断干式空心电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，若有缺陷，则进行步骤四；

步骤四，金属性击穿的定位，断开第一开关，接通第二开关，干式空心电抗器即接入工频电路，匝间绝缘若为金属性击穿，则认为电抗器已经出现短路匝，施加工频电流，短路处的温度迅速升高，短路匝温度也因短路电流而迅速升高，用红外热像仪进行精确定位，如果此时温度不升高，则进行步骤五；

步骤五，低阻击穿的定位，匝间绝缘若为低阻击穿，同时接通第一开关和第二开关，在电抗器通过额定电流的情况下，使用高频脉冲电压击穿故障点出现匝间短路，此时击穿故障点的绝缘碳化变黑，出现烟雾，标示出故障点的位置；如果电源继续保持，则绕组会形成金属性匝间短路，用红外热像仪进行精确定位，如果此时温度不升高，则进行步骤六；

步骤六，高阻击穿的定位，匝间绝缘若为高阻击穿，用声音探测装置进行探听，根据击穿点的高阻情况，调节高频脉冲回路的参数，断开第一开关和第二开关，加大充电电容，再重新接通第一开关和第二开关，增加在高频脉冲击穿点弧道的能量，降低击穿故障点的绝缘，形成金属性匝间短路，用红外热像仪进行精确定位。

对每一种性质缺陷的定位，若在干式空心电抗器最外层包封，通过红外热像仪进行扫描，可找到缺陷所在位置，对于内层包封，通过红外热像仪对各包封之间的空隙进行扫描，便可找到缺陷所在的包封位置。

本定位方法实现的本质是通过工频电压电路与高频脉冲振荡电压电路相互叠加而成。其中，阻塞电感、补偿电容和交流电源构成工频电压电路，放电球隙、充电电容和直流电源组成高频脉冲电压电路。本定位方法所实现的功能是将高频脉冲振荡电压和工频电压能够同时叠加在待测的干式空心电抗器上，且高频脉冲振荡电压和工频电压互相不影响对方的正常工作。同时，施加的工频电压要保证待测的干式空心电抗器上的电压为额定电压，电流为额定电流。施加在待测的干式空心电抗器上的高频脉冲振荡电压频率为100kHz及以下、电压幅值则按照相关要求规定。补偿电容的作用是提供待测的干式空心电抗器的试验电流，降低对电源的容量要求，补偿电容的电容值较大，因为考虑到设备的实际限制，无法要求补偿电容上能承受过高的高频脉冲振荡电压。交流电源的作用是提供待测的干式空心电抗器工频电流，同时，交流电源自身也不能承受高频脉冲振荡电压，因此在本定位方法的电路中设计了阻塞电感。阻塞电感的作用主要用于承受高频电压，达到保护补偿电容和交流电源的目的。本定位方法所设计的电路中，与待测的干式空心电抗器的连接也是十分重要的，如果连接的位置选择不当，将无法解决本定位方法所要解决的技术问题。本定位方法主要是建立了工频电压和高频脉冲振荡电压叠加的电路，该电路可实现将缺陷点温度急剧升高，然后通过红外热像仪达到缺陷定位的目的。

所述高频脉冲振荡电压电路还包括限流电阻。目的是对高频脉冲电流起到限制作用，从而保护直流发生器。

建立的叠加后的电路，其具体电路连接关系如下：充电电容、放电球隙、第一开关、第二开关、阻塞电感和补偿电容依次串联构成闭合回路，所述充电电容、补偿电容分别并联直流电源和交流电源，所述第一开关与所述第二开关之间设有与待测的干式空心电抗器的一端连接的连接点，所述充电电容与所述补偿电容之间设有与待测的干式空心电抗器的另一端连接的连接点，限流电阻与直流电源串联。

本发明具有如下有益技术效果：

(1)填补了目前干式空心电抗器匝间绝缘缺陷无法定位的空白，实现了对缺陷进行精确定位；

(2)实现了对目前的干式空心电抗器匝间绝缘缺陷检测装置的检测效果进行验证，推动了干式空心电抗器匝间绝缘缺陷检测装置的发展和进步；

(3)使得对绝缘缺陷位置进行统计成为可能，为制定电抗器的运行维护规程提供依据，指导运行中对干式空心电抗器绝缘监测巡视。

(4)对缺陷位置的统计分析，将有利于指导电抗器在结构方面的改进、设计方面的完善，从而进一步提高干式空心电抗器的运行可靠性，降低事故发生的概率。

附图说明

图1为本发明所述定位方法采用的其中一优选的电路原理图；

图2为本发明所述定位方法采用的的电路设计构思图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：

参见图1、图2，一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，步骤如下：

步骤一，建立由工频电路与高频脉冲振荡电路相互叠加的电路，工频电路主要由第二开关K₁、阻塞电感L₁、补偿电容C₁和交流电源AC构成，高频脉冲振荡电路主要由放电球隙S、第一开关K、充电电容C、限流电阻R和直流电源DC组成，其中，第一开关K与第二开关K₁连接，充电电容C与补偿电容C₁连接；

建立的叠加后的电路，其具体电路连接关系如下：充电电容C、放电球隙S、第一开关K、第二开关K₁、阻塞电感L₁和补偿电容C₁依次串联构成闭合回路，所述充电电容C、补偿电容C₁分别并联直流电源DC和交流电源AC，所述第一开关K与所述第二开关K₁之间设有与待测的干式空心电抗器L的一端连接的连接点，所述充电电容C与所述补偿电容C₁之间设有与待测的干式空心电抗器L的另一端连接的连接点，限流电阻R与直流电源DC串联。

步骤二，将干式空心电抗器L的一端接入第一开关K与第二开关K₁之间，另一端接入充电电容C与补偿电容C₁之间。

步骤三，断开第二开关K₁，接通第一开关K，干式空心电抗器L即接入高频脉冲振荡电路，判断干式空心电抗器L是否存在匝间绝缘缺陷，若有缺陷，则继续以下步骤；

步骤四，金属性击穿的定位，断开第一开关K，接通第二开关K₁，干式空心电抗器L即接入工频电路，匝间绝缘若为金属性击穿，则认为电抗器已经出现短路匝，施加工频电流，短路处的温度迅速升高，短路匝温度也会因短路电流而迅速升高，用红外热像仪可进行精确定位。若此时温度不升高，则继续以下步骤；

步骤五，低阻击穿的定位，匝间绝缘若为低阻击穿，由于电抗器在额定工频电流时匝间电压很低，击穿故障点的电阻足以阻止绕组形成短路，无法通过升高短路匝温度的方法查寻出击穿故障点。针对此种缺陷的做法是，同时接通第二开关K₁和第一开关K，采用高频脉冲电压和工频电压叠加的试验技术，在电抗器通过额定电流的情况下，使用高频脉冲电压使击穿故障点出现匝间短路，由于击穿故障点的电阻低，在高频脉冲击穿时弧道能量较大，会迅速将击穿故障点的绝缘碳化变黑，继而会出现烟雾，标示出故障点的位置；如果试验电源继续保持，则绕组会很快形成金属性匝间短路，用红外热像仪可进行精确定位。若此时温度不升高，则继续以下步骤；

步骤六，高阻击穿的定位，匝间绝缘若为高阻击穿，由于击穿点的电阻过大，即使采取高频脉冲电压和工频电压叠加的试验技术，短时间内无法使故障点形成金属性匝间短路。针对此种缺陷的定位技术可分为两步：1)高阻击穿，由于击穿电压高，必然伴随击穿时的放电声音，可用声音探测装置进行探听；2)根据击穿点的高阻情况，调节高频脉冲回路的参数，断开第一开关K、第二开关K₁后，加大充电电容C，再重新接通K、K₁，增加在高频脉冲击穿点弧道的能量，会迅速将击穿故障点的绝缘降低，快速形成金属性匝间短路，用红外热像仪可进行精确定位。

本实施例所述的定位方法，对于匝间绝缘存在缺陷的地方，由于两种电压同时作用，在高频脉冲电压的作用下可以使匝间形成火花放电及暂时性的击穿，而叠加的工频电压可以使匝间击穿不熄弧，两者的同时作用可以在电抗器绕组的匝间形成电弧性短路状态，在电弧的作用下，短路点温度迅速升高，缺陷处的绝缘介质因高温碳化变黑，继而会出现烟雾。同时绕组的短路匝温度也会因短路电流而迅速升高，此时：

(1)对于缺陷在电抗器最外层包封时，可简单的通过红外热像仪进行精确定位。

(2)对于内层包封的匝间绝缘缺陷点，由于绕组的短路匝温度很高，匝间绝缘缺陷包封两侧的气隙温度也自然随之升高，借助红外热像仪对各包封之间的空隙进行扫描，很容易找到缺陷所在的包封位置。并且，匝间绝缘缺陷点处的电弧会使绝缘介质因高温而碳化，产生烟雾，据此也可标示发生故障的内部包封的位置。对某一缺陷包封可单独作为被试电抗器进行高频脉冲电压和工频电压的叠加试验，通过红外热像仪可将缺陷位置进行精确定位。

如图1所示，图1为本发明所述定位方法采用的其中一优选的电路原理图。该电路原理图实质上表达了一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位系统电路，包括依次串联构成闭合回路的充电电容C、放电球隙S、第一开关K、第二开关K₁、阻塞电感L₁和补偿电容C₁，所述充电电容C、补偿电容C₁分别并联连接直流电源DC和交流电源AC，所述第一开关K、第二开关K₁之间设有与待测的干式空心电抗器L的一端连接的连接点，所述充电电容C与所述补偿电容C₁之间设有与待测的干式空心电抗器L的另一端连接的连接点。所述直流电源DC上串联有限流电阻R。其中，阻塞电感L₁的额定电压不小于被测电抗器L的额定电压，且电感值与L相当；补偿电容C₁的值根据L₁和L确定，按照下式进行计算，

充电电容C的电容值按照下式计算，其中f≤100kH。放电球隙S在指定电压下进行点火放电，为待测的干式空心电抗器L提供高频脉冲振荡电压。

如图2所示，图2为本发明所述定位方法采用的的电路设计构思图。图中左侧虚线框内为工频电压电路，U为工频电源。右侧虚线框内为高频脉冲振荡电压电路，Udc表示试验装置中的直流发生器。R为限流电阻，C为充电电容，L为待测的干式空心电抗器，S表示放电球隙，在指定电压下进行点火放电，为待测的干式空心电抗器L提供高频脉冲振荡电压。

本发明所公开的定位方法，在实施中，有以下注意事项：1)阻塞电感L₁的选用、在电路中的位置、及阻塞电感L₁电感值的选择，选用阻塞电感L₁的主要目的是作为阻塞电感，使其在不影响原有的振荡回路的同时，阻塞高频振荡电压施加在工频电压电路上，使工频电压电路不承受高频振荡电压，保证工频电压电路的正常工作。2)补偿电容C₁的选用、在电路中的位置、及补偿电容C₁电容值的选择，补偿电容C₁一方面作为补偿电容，为待测的干式空心电抗器L提供额定电流，一方面与工频电压电路并联，为高频电流提供通道，使得工频电源不承受高频脉冲振荡电压。

在本发明设计的电路中，在干式空心电抗器上叠加工频电压和高频脉冲电压时，选择充电电容C为3000pF，限流电阻R阻值为6kΩ，调整放电球隙的间隙使之在7kV电压下放电，此时被试电抗器上将产生高频脉冲振荡电压，振荡峰值电压为7kV，对于工频电路部分，阻塞电感L₁选择与待测的干式空心电抗器L相当的电感值，C₁作为补偿电容，根据振荡频率、待测的干式空心电抗器L和阻塞电感L₁进行选择，由于振荡频率在数十kHz左右，此时阻塞电感L₁上将承受主要的高频脉冲振荡电压，经仿真计算补偿电容C₁上承受的高频脉冲电压峰值仅2.15V，几乎不受高频脉冲振荡电压的影响，从而保证了工频电压电路不承受高频脉冲振荡电压。

本发明通过工频电压和高频脉冲电压叠加的方法，对于匝间绝缘存在缺陷的地方，在高频脉冲电压的作用下可以使匝间形成火花放电及暂时性的击穿，而叠加的工频电压可以使匝间击穿不熄弧，两者的同时作用可以使得匝间绝缘形成连续的短路状态，在电弧的作用下，短路点温度迅速升高，通过红外热像仪可将缺陷点精确定位，同时匝间绝缘缺陷点会因高温碳化，并伴随烟雾，据此可标示各包封的故障点位置。

上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立由工频电路与高频脉冲振荡电路相互叠加的电路，工频电路主要由第二开关、阻塞电感、补偿电容和交流电源构成，高频脉冲振荡电路主要由放电球隙、第一开关、充电电容和直流电源组成，其中，第一开关与第二开关连接，充电电容与补偿电容连接；

步骤二，将干式空心电抗器的一端接入第一开关与第二开关之间，另一端接入充电电容与补偿电容之间；

步骤三，断开第二开关，接通第一开关，干式空心电抗器即接入高频脉冲振荡电路，判断干式空心电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，若有缺陷，则进行步骤四；

步骤四，金属性击穿的定位，断开第一开关，接通第二开关，干式空心电抗器即接入工频电路，匝间绝缘若为金属性击穿，则认为电抗器已经出现短路匝，施加工频电流，短路处的温度迅速升高，短路匝温度也因短路电流而迅速升高，用红外热像仪进行精确定位，如果此时温度不升高，则进行步骤五；

步骤五，低阻击穿的定位，匝间绝缘若为低阻击穿，同时接通第一开关和第二开关，在电抗器通过额定电流的情况下，使用高频脉冲电压击穿故障点出现匝间短路，此时击穿故障点的绝缘碳化变黑，出现烟雾，标示出故障点的位置；如果电源继续保持，则绕组会形成金属性匝间短路，用红外热像仪进行精确定位，如果此时温度不升高，则进行步骤六；

步骤六，高阻击穿的定位，匝间绝缘若为高阻击穿，用声音探测装置进行探听，根据击穿点的高阻情况，调节高频脉冲回路的参数，断开第一开关和第二开关，加大充电电容，再重新接通第一开关和第二开关，增加在高频脉冲击穿点弧道的能量，降低击穿故障点的绝缘，形成金属性匝间短路，用红外热像仪进行精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，其特征在于：所述高频脉冲振荡电路还包括限流电阻。

3.根据权利要求2所述的一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷的定位方法，其特征在于，建立的叠加后的电路，其具体电路连接关系如下：

充电电容、放电球隙、第一开关、第二开关、阻塞电感和补偿电容依次串联构成闭合回路，所述充电电容、补偿电容分别并联直流电源和交流电源，所述第一开关与所述第二开关之间设有与待测的干式空心电抗器的一端连接的连接点，所述充电电容与所述补偿电容之间设有与待测的干式空心电抗器的另一端连接的连接点，限流电阻与直流电源串联。

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