CN103278726A - 一种串联电抗器监测及保护装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串联电抗器监测及保护装置及方法，将探测线圈组设置在干式空心电抗器线圈本体的内部或外部，探测线圈组一侧与电抗器相对应，探测线圈组另一侧对应设置有隔离变压器，隔离变压器一端接地，隔离变压器另一端串联有滤波器模块；滤波器模块、电阻和TVS瞬态电压抑制器依次顺序串联后接地，滤波器模块和数据采集模块依次顺序串联后接地；数据采集模块与控制计算机连接。本发明技术的有益效果是：避免电抗器起火等大事故的发生；提高限流电抗器运行安全系数，从而保证变压器的安全运行。
Description
技术领域
本发明属于电力设备领域，涉及一种用于防止电抗器匝间短路造成的线圈起火烧毁的一种新装置，尤其是一种串联电抗器在线监测及保护装置。
背景技术
改革开放以来，我国电网建设加快，规模扩大，变电站建设也日益增多。随着科技的发展和社会的进步，人们保护自然的意识越来越强，无油的干式电抗器逐渐成为电抗器产品的主流，广泛应用于输变电领域。然而一旦干式空心电抗器存在绝缘处理不当、包封进水或绝缘老化到一定程度，薄弱的绝缘层起不到绝缘作用，在投切的瞬间或出现运行过电压情况，相邻两匝线就会形成一个短路环。那么此时该短路环温度急剧升高，带动相邻线层的绝缘被破坏，事故迅速发生，整个过程仅仅数十秒。尽管聚酯薄膜、玻璃纤维丝及环氧树脂均属于阻燃材料，但是在巨大的短路电流下绝缘层被高温碳化，电抗器起火事故屡见不鲜，并危及到其他设备的运行安全。鉴于当前的检测及保护手段效果有限，无法检测匝间短路现象,加之变电站无人化以及事故的不可预期性，预防电抗器起火事故的效果仍然不尽如人意。如何实现在出现匝间短路的瞬间切除电抗器之路，避免事故扩大化成为一个亟待解决的课题。为解决上述问题，特设计了一种防止电抗器匝间短路造成的线圈起火烧毁的一种新装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种串联电抗器监测及保护装置，该装置可以实现对电抗器匝间短路事故的有效监测，实现无人值守的情况下第一时间切断事故电抗器回路，保护系统及其他设备不受影响，避免短路起火造成事故扩大化等功能，解决了上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种串联电抗器监测及保护装置，包括电源、电抗器、探测线圈组、隔离变压器、滤波器模块、电阻、TVS瞬态电压抑制器、数据采集模块和控制计算机；所述探测线圈组设置在干式空心电抗器线圈本体的内部或外部，探测线圈组一侧与电抗器相对应，探测线圈组另一侧对应设置有隔离变压器，隔离变压器一端接地，隔离变压器另一端串联有滤波器模块；滤波器模块、电阻和TVS瞬态电压抑制器依次顺序串联后接地，滤波器模块和数据采集模块依次顺序串联后接地；数据采集模块与控制计算机连接。
所述探测线圈组由两个结构尺寸和匝数完全相同，且绕向相反的线圈组成。
所述探测线圈组中的每个探测线圈都用带护套线的高绝缘强度电缆做为二次线圈的导线，且每个探测线圈都装于电抗器假包封上。
所述探测线圈和电抗器包封之间存在一个气道。
所述探测线圈端子用胶木棒固定后引出。
一种串联电抗器监测及保护的方法，在干式空心电抗器线圈本体的内部或外部加装探测线圈，通过检测电抗器工作过程中每对磁场探测线圈所感应出的的差分电压信号，实现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瞬间启动报警。
在干式空心电抗器线圈本体的最内包封内部或最外包封外部加装一对探测线圈，探测线圈用带护套线的高绝缘强度电缆做为二次线圈的导线，且装于电抗器假包封上，和电抗器包封之间存在一个气道，且端子用胶木棒固定后引出。
所检测的差分电压信号，是指由于交变磁场所感应产生的感应电压；当发生匝间短路之后，电抗器本身的交变磁场会发生变化，从而不再对称，这时探测线圈端出现的感应电压参数也随之出现变化。
本发明的目的：
1.“串联电抗器在线监测装置”对所运行的电抗器具备监测及保护能力，当检测到串联电抗器在匝间发生短路时，串联电抗器在线监测装置及时动作。
2.“串联电抗器在线监测装置”不会因为电压波动等因素影响到预设的阀值，不会产生误动作。
本发明的构成：本发明由硬件系统和软件系统构成。
硬件：计算机（控制器）、探测线圈、隔离变压器、低通滤波器、TVS、数据采板、光收发装置。
软件：基于LabView的串联电抗器监测及保护程序。
首先探测线圈被安装在电抗器最外包封外面，对称放置用来探测磁场变化，图1为硬件系统示意图，U代表由图1中对称放置的探测线圈所感应出的差分电压，隔离变压器保证测量端与电力系统互不影响，低通滤波器保证采集到信号的正确性。R和TVS保护数据采集板。数据采集板用来将经过前面元件处理的信号采集进入计算机。串联电抗器监测及保护程序设置好阈值，通过对采集信号运算后和阈值进行比较，判断电抗器内部绝缘结构是否完好。如若绝缘受损，内部匝间短路，计算机将给保护设备跳闸信号，保护设备动作，将电抗器之路从电路中切除。
本发明技术的有益效果是：
2.1避免电抗器起火等大事故的发生
本发明将会完善现有的保护方式，对电抗器引匝间短路引起的事故扩大起到有效的防护作用，可以及时准确的发现电抗器内部存在的匝间短路情况，并迅速跳开开关，切除事故回路，从而保证电抗器不起火，电站安全及其他设备不受影响。
2.2提高限流电抗器运行安全系数，从而保证变压器的安全运行。
本发明可以延伸到限流电抗器上，可以避免匝间短路事故给变压器及后续设备带来的较大经济损失。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图；
图中：1为电源；2为电抗器；3为探测线圈；4为隔离变压器；5为滤波器模块；6为电阻；7为TVS瞬态电压抑制器；8为数据采集模块；9为控制计算机。
图2-1是探测线圈的安装示意图；图2-2是探测线圈的俯视图；
图中：2为电抗器；3为探测线圈；4为电抗器包封；5为气道；6为胶木棒。
图3-1是电抗器发生匝间短路的示意图；图3-2电抗器发生匝间短路的局部放大图。
图中：7为短路区域；8为短路点。
图4-1是电抗器正常状态图；图4-2是电抗器匝间短路磁场变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1和4-2，电抗器正产运行情况下，电抗器周边磁场相对水平中轴分布对称。发生匝间短路故障（图3-2所示情况）时，短路环反向电流产生的磁场会削弱原有的磁场。因此，匝间短路故障使干式空心电抗器磁场分布出现了关于水平中轴不对称的现象。此时磁场分布关于水平中轴不再对称，即磁场分布发生畸变。判断干式空心电抗器是否发生匝间短路故障的问题就转化为判断电抗器磁场在空间上分布是否对称的问题。
选用探测线圈检测交变磁场，探测线圈绕向相反，对称安装，串联连接（图2-2），通过监测探测线圈开口的电压变化，可检测磁场是否对称，即判定电抗器内部绝缘是否发生破损造成匝间短路。
首先探测线圈被安装在外包封外面（或内包封里面），对称放置用来探测磁场变化，隔离变压器用来隔离电抗器和测量端，以保证测量端与电力系统互不影响，低通滤波器用来防止频谱混叠，保证采集到信号的正确性。R和TVS共同作用来达到保护数据采集卡的目的。数据采集卡用来将经过处理的信号采集进入计算机。
串联电抗器监测及保护程序设置好阈值，通过对采集信号运算后和阈值进行比较，判断电抗器内部绝缘结构是否完好。如若绝缘受损，内部匝间短路，计算机将给保护设备跳闸信号，保护设备动作，将电抗器之路从电路中切除，避免电抗器起火，消除火灾隐患，保护其他设备。光收发装置用以避免现场电磁干扰，确保信号准确。由于变电站存在大量电磁干扰存在故本套设备的信号传输采用光收发装置。
探测线圈用带护套线的高绝缘强度电缆做为二次线圈的导线，且装于电抗器假包封上，和电抗器包封之间存在一定的距离（气道），且端子用胶木棒固定后引出，从而解决一次和二次之间的绝缘水平问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种串联电抗器监测及保护装置，其特征在于：包括电源、电抗器、探测线圈组、隔离变压器、滤波器模块、电阻、TVS瞬态电压抑制器、数据采集模块和控制计算机；所述探测线圈组设置在干式空心电抗器线圈本体的内部或外部，探测线圈组一侧与电抗器相对应，探测线圈组另一侧对应设置有隔离变压器，隔离变压器一端接地，隔离变压器另一端串联有滤波器模块；滤波器模块、电阻和TVS瞬态电压抑制器依次顺序串联后接地，滤波器模块和数据采集模块依次顺序串联后接地；数据采集模块与控制计算机连接。
2.如权利要求1所述的一种串联电抗器监测及保护装置，其特征在于：所述探测线圈组由两个结构尺寸和匝数完全相同，且绕向相反的线圈组成。
3.如权利要求1所述的一种串联电抗器监测及保护装置，其特征在于：所述探测线圈组中的每个探测线圈都用带护套线的高绝缘强度电缆做为二次线圈的导线，且每个探测线圈都装于电抗器假包封上。
4.如权利要求2或3所述的一种串联电抗器监测及保护装置，其特征在于：所述探测线圈和电抗器包封之间存在一个气道。
5.如权利要求2或3所述的一种串联电抗器监测及保护装置，其特征在于：所述探测线圈端子用胶木棒固定后引出。
6.一种串联电抗器监测及保护的方法，其特征在于：在干式空心电抗器线圈本体的内部或外部加装探测线圈，通过检测电抗器工作过程中每对磁场探测线圈所感应出的的差分电压信号，实现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瞬间启动报警。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：在干式空心电抗器线圈本体的最内包封内部或最外包封外部加装一对探测线圈，探测线圈用带护套线的高绝缘强度电缆做为二次线圈的导线，且装于电抗器假包封上，和电抗器包封之间存在一个气道，且端子用胶木棒固定后引出。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所检测的差分电压信号，是指由于交变磁场所感应产生的感应电压；当发生匝间短路之后，电抗器本身的交变磁场会发生变化，从而不再对称，这时探测线圈端出现的感应电压参数也随之出现变化。
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