CN106124941A - 电抗器匝间绝缘性诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电抗器匝间绝缘性诊断方法，对充电电容充30～50%和80～100%电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，通过30～50%和80～100%试验电压波形的变化来实现对电抗器匝间绝缘故障的判断，将匝间绝缘出现损坏、劣化、老化的电抗器检测出来，便于及时更换，防止其在运行中损坏造成供电中断事故。将解决目前对电抗器匝间绝缘长期不能监管的被动局面，对促进电抗器制造厂家产品质量提高及确保整个电网的安全运行将起到积极的作用。

Description

电抗器匝间绝缘性诊断方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘性检测方法，特别涉及一种电抗器匝间绝缘状态诊断方法。

背景技术

干式空心电抗器一般由多个同轴绕组包封组成，所有包封在电气上是并联的，在每个包封中有若干个并联连接的线圈，每层线圈又有数根小截面金属导线(一般为铝导线)并绕而成，每根导线上包有聚酷薄膜或玻璃丝作匝绝缘，每个包封用浸有环氧树脂的长玻璃丝纤维包绕.电抗器绕制完毕后，经加热固化，整个绕组包封形成一个坚固的整体。

干式空心电抗器与传统的油浸式铁心电抗器相比，具有结构简单、重量轻、体积小、线性度好、损耗低、维护方便等优点，因此得到了迅速发展和广泛应用。随着干式空心电抗器在电网中大量使用，由于产品质量潜在隐患或绝缘老化等原因，其故障逐步增加，电抗器着火燃烧事故时有发生，给电网造成了巨大的经济损失。国内外空心电抗器的运行情况和大量资料表明，线圈的匝间绝缘损坏事故在空心电抗器运行时出现的故障中占多数，而且，由于这种事故往往会造成电抗器发生匝间绝缘直接短路，导致电抗器烧毁，造成很大的直接和间接经济损失。

目前，对于高压干式电抗器的绝缘检测主要集中在绕组电阻检测、绝缘电阻检测和外施耐压等方法。当电抗器局部匝间发生短路时，对于整体的直流电阻、电感量和对地绝缘强度的影响很小，这造成这些方法在应用的过程中对于匝间故障的检测不是十分有效，尤其是当匝间短路的线圈匝数很少时(如只有1匝的情况下)。

发明内容

本发明是针对高压干式电抗器匝间绝缘性检测困难的问题，提出了一种电抗器匝间绝缘性诊断方法，将脉冲振荡加载在电抗器上，根据所测得试验数据实现对电抗器匝间绝缘状态的诊断。

本发明的技术方案为：一种电抗器匝间绝缘性诊断方法，具体包括如下步骤：

1)对充电电容充30～50％电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，电容分压器并联在电抗器上，对振荡波进行分压，通过示波器得到30～50％试验电压和电流波形；

2)对充电电容充80～100％电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，电容分压器并联在电抗器上，对振荡波进行分压，通过示波器得到80～100％试验电压和电流波形；

3)绝缘故障判定：根据电感量进行绝缘故障判定，电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其电感量会随着故障程度的增加而减小，从而导致振荡波的频率增加，通过公式计算电感量，

式中f为振荡频率，C为试验充电电容的电容量，

如果高压下的电感量小于低压下的电感量，即步骤2)示波器采集波形的频率计算出的电感量小于步骤1)采集波形的频率计算出的电感量，则电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障；

4)绝缘故障位置判定：利用测量所得的电抗器直流电阻计算出电抗器发生短路的匝数，并根据电抗器原有的出厂的电感量计算出该短路线圈的所造成的电感变化量，将计算所得的电感量和步骤2)所得高压状态下测试所得的电感量进行比较，当相差小于等于8％时，则短路故障发生在端部，当相差大于25％时，则短路故障发生在靠近电抗器的中部。

所述步骤3)还可以根据振荡波的衰减系数进行绝缘故障判定，电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其振荡波的衰减速度会随着故障程度的增加而增加，具体方法如下：

A:根据所测得的振荡波波形，提取每个振荡波正峰值电压和对应的时刻，然后利用衰减系数的计算公式求取衰减系数，然后将所有计算所得的衰减系数进行平均，计算出平均值，

衰减系数的计算公式为：

$\mathrm{\δ}=ln\left(\frac{U_1}{U_2}\right)/(t_2-t_1)$

其中U₁、U₂为相邻两个振荡波正峰值电压，t₁、t₂为U₁、U₂对应的时刻；

B：通过对在30％～50％试验电压和80％～100％的试验电压下的振荡波的衰减系数的测量，如果80％～100％的试验电压下的衰减系数大于30％～50％试验电压下的衰减系数，则电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障。

本发明的有益效果在于：本发明电抗器匝间绝缘性诊断方法，将匝间绝缘出现损坏、劣化、老化的电抗器检测出来，便于及时更换，防止其在运行中损坏造成供电中断事故。将解决目前对电抗器匝间绝缘长期不能监管的被动局面，对促进电抗器制造厂家产品质量提高及确保整个电网的安全运行将起到积极的作用。

附图说明

图1为本发明脉冲振荡原理的匝间绝缘测试装置结构图；

图2为本发明正常情况下电抗器的电压波形图；

图3为本发明正常情况下电抗器的电流波形图；

图4为本发明故障出现在端部时，电抗器上的电压波形图；

图5为本发明故障出现在端部时，电抗器上的电流波形图；

图6为本发明故障出现在中部时，电抗器上的电压波形图；

图7为本发明故障出现在中部时，电抗器上的电流波形图。

具体实施方式

如图1所示脉冲振荡原理的匝间绝缘测试装置结构图，T₁为调压器；T₂为高压试验变压器；D为整流硅堆；R为保护电阻；R₁为阻尼电阻；S为可控放电球隙；L为电抗器试品；C为主电容；R_H为电阻分压器高压臂电阻；R_L为电阻分压器低压臂电阻；C_H为电容分压器高压臂电容；C_L为电容分压器低压臂电容。整个系统工作原理为：首先利用高压试验变压器T₂将输入的交流升压到高压交流，然后通过高压硅堆D和保护电阻R，将交流高压变为直流高压，并通过由R_H和R_L组成的电阻分压器将输出的直流高压输入到控制单元，控制单元根据所设定的值对调压器T₁进行控制，使输出的直流高压稳定在一定的值上。接着将得到的直流高压通过阻尼电阻对高压电容C进行充电，达到试验电压，充电完成后，通过控制单元控制停止高压直流电源的输出，同时控制球隙s放电，电容C与被试线圈L、阻尼电阻R₁形成阻尼振荡。当振荡放电电压衰减到足够小时，电弧熄灭，启动直流高压电源，电容C又开始充电，循环上述过程。在振荡的过程中，采用示波器通过由C_H和C_L组成的电容分压器实现对振荡波的测量。

电抗器发生匝间绝缘故障时，其电气参数变化分析：

将电抗器作为上述电路的被试线圈部分，如果电抗器有短路匝存在，则由于线圈之间互感的存在，将会出现以下现象：

a.由于电抗器线圈匝数的减少，导致整个电抗器的电感量减少，从而使整个振荡电路的振荡频率发生变化。

b.由于短路匝以外的其它线圈在短路匝中将产生感应电动势，这一感应电动势将引起短路匝内有很大的环流，这一环流会在线圈中产生去磁场，使整个电抗器线圈中的总磁场减少，使电抗器的电感量减少，从而使整个振荡电路的振荡频率发生变化。

c.短路匝内的环流会引起电抗器的损耗增加，从而使整个振荡电路的电压和电流衰减速度加快。

d.由于短路匝的存在，破坏了电抗器各层线圈原来的磁势平衡关系，势必引起电抗器各层线圈中电流的分配关系变化，使电抗器中出现贯穿整个线圈的环流，这个环流的存在也同样会加大电抗器的损耗，使整个振荡电路的电压和电流衰减速度加快。

由此可见，在进行电抗器匝间绝缘故障检测的故障过程中，首先对充电电容充30～50％和100％电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，通过30～50％和100％试验电压波形的变化来实现对电抗器匝间绝缘故障的判断。当电抗器匝间绝缘故障出现的位置不同，电抗器的短路匝线圈对各匝线圈的互感值是不同的，从而影响电路的振荡电压和电流波形。为了了解脉冲振荡波形和发生匝间故障位置的关系，对存在相同匝间故障数，不同匝间故障位置的电抗器进行仿真分析，可以看出：

当电抗器无匝间绝缘故障时,电抗器上的电压波形和电流波形见图2和3。

电抗器匝间绝缘故障出现在端部时，短路线匝与电抗器其它部分线圈之间的互感比较小,总电压和总电流波形如图4和5所示，图中，U_n(I_n)表示匝间绝缘完好情况下电抗器上的总电压(总电流)，U_ef(I_ef)表示匝间绝缘故障发生在端部时的总电压(总电流)。经对比发现:同匝间绝缘完好时相比,当电抗器端部线圈出现匝间短路时,电抗器上的电压和电流衰减速度明显加快,振荡频率也较高。

电抗器匝间绝缘故障出现在中部匝间绝缘故障出现在中部时，短路线匝与电抗器其它部分线圈之间的互感比较大，故该部分线圈发生短路时对电抗器电气参数的影响较大，总电压和总电流波形如图6和7所示。图中：U_n(I_n)表示匝间绝缘完好情况下电抗器上的总电压(总电流)，U_mf(I_mf)表示匝间绝缘故障发生在中部时电抗器上的总电压(总电流)。由图6、7可以看出，当电抗器中部线圈的匝间绝缘出现短路时，电抗器上的总电压和总电流的衰减速度和振荡频率相对于端部线圈匝间出现短路明显增大。

通过上述对匝间绝缘故障过程中电抗器电气参数的变化和不同故障位置对振荡波形的影响，本发明的电抗器匝间绝缘状态判断方法为：

1、电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其电感量会随着故障程度的增加而减小，从而导致振荡波的频率增加。因此可通过对振荡波频率的测量来实现对电抗器电感量的测量，根据电感量的变化来判断电抗器匝间是否存在绝缘故障，其电感量得计算公式为：

$L=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{f}^{2}C}$

式中f为振荡频绿率，C为试验系统中充电电容的电容量(图1中的C)。具体故障诊断方法为：1)通过对在30％-50％试验电压和80％-100％的试验电压下的振荡波的频率的测量，根据系统的参数计算出不同电压下的电感量，如果高压下的电感量小于低压下的电感量，则说明电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障。2)上述的过程只能对电抗器匝间存在薄弱点时有效，当以形成永久短路点则无法实现诊断，为了实现对已永久短路点的判断，将测量所得的电抗器电感量和电抗器投运时(即电抗器正常完好时)的电感量进行比较，如存在电感量减小的现象，则说明存在电抗器匝间绝缘故障，反之则不存在匝间绝缘故障。

2、电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其振荡波的衰减速度会随着故障程度的增加而增加。因此可通过对振荡波形的测量，计算出所测振荡波的衰减系数，根据衰减系数的变化来实现对电抗器匝间绝缘故障的判断，其衰减系数的计算采用相同相位下的电压进行计算，其计算公式为：

$\mathrm{\δ}=ln\left(\frac{U_1}{U_2}\right)/(t_2-t_1)$

其中U₁、U₂分别为t₁、t₂时刻的电压值，具体的诊断过程为：1)根据所测得的振荡波波形，提取每个振荡波正峰值电压和该点的时刻，然后利用上述的公式根据相邻两个电压求取衰减系数，然后将所有计算所得的衰减系数进行平均，计算出平均值。2)通过对在30％-50％试验电压和80％-100％的试验电压下的振荡波的衰减系数的测量，如果高压下的衰减系数大于低压下的衰减系数，则说明电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障。3)将测量所得的电抗器衰减系数和电抗器投运时的衰减系数进行比较，如存在衰减系数变大的现象，则说明存在电抗器匝间绝缘故障，反之则不存在匝间绝缘故障。

3、由于电抗器的各线圈之间存在互感，当电抗器匝间绝缘故障发生在不同位置时，其对整个电抗器的电感量的影响是不同的，因此通过电感量的测量，并结合电抗器导体电阻的测量可判断出匝间故障的位置。整个诊断的原理为利用测量所得的电抗器直流电阻计算出电抗器发生短路的匝数，并根据电抗器原有的出厂的电感量计算出该短路线圈的所造成的电感变化量，将计算所得的电感量和步骤2)所得高压状态下测试所得的电感量进行比较，当相差较小(约小于8％时)，则说明短路故障发生在端部，当相差较大(约大于25％时)，则说明短路故障发生在靠近电抗器的中部。

Claims (2)

1.一种电抗器匝间绝缘性诊断方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)对充电电容充30～50％电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，电容分压器并联在电抗器上，对振荡波进行分压，通过示波器得到30～50％试验电压和电流波形；

2)对充电电容充80～100％电后，控制高压开关的动作，重复地施加到电抗器上，在电抗器上形成高频脉冲振荡电压，电容分压器并联在电抗器上，对振荡波进行分压，通过示波器得到80～100％试验电压和电流波形；

3)绝缘故障判定：根据电感量进行绝缘故障判定，电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其电感量会随着故障程度的增加而减小，从而导致振荡波的频率增加，通过公式计算电感量，

式中f为振荡频率，C为试验充电电容的电容量，

如果高压下的电感量小于低压下的电感量，即步骤2)示波器采集波形的频率计算出的电感量小于步骤1)采集波形的频率计算出的电感量，则电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障；

4)绝缘故障位置判定：利用测量所得的电抗器直流电阻计算出电抗器发生短路的匝数，并根据电抗器原有的出厂的电感量计算出该短路线圈的所造成的电感变化量，将计算所得的电感量和步骤2)所得高压状态下测试所得的电感量进行比较，当相差小于等于8％时，则短路故障发生在端部，当相差大于25％时，则短路故障发生在靠近电抗器的中部。

2.根据权利要求1所述电抗器匝间绝缘性诊断方法，其特征在于，所述步骤3)还可以根据振荡波的衰减系数进行绝缘故障判定，电抗器在发生匝间绝缘故障的过程中，其振荡波的衰减速度会随着故障程度的增加而增加，具体方法如下：

A:根据所测得的振荡波波形，提取每个振荡波正峰值电压和对应的时刻，然后利用衰减系数的计算公式求取衰减系数，然后将所有计算所得的衰减系数进行平均，计算出平均值，

衰减系数的计算公式为：

$\mathrm{\δ}=ln\left(\frac{U_1}{U_2}\right)/(t_2-t_1)$

其中U₁、U₂为相邻两个振荡波正峰值电压，t₁、t₂为U₁、U₂对应的时刻；

B：通过对在30％～50％试验电压和80％～100％的试验电压下的振荡波的衰减系数的测量，如果80％～100％的试验电压下的衰减系数大于30％～50％试验电压下的衰减系数，则电抗器匝间存在故障，反之则不存在匝间绝缘故障。