CN108279359A - 基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，解决了现有技术不能对干式电抗器匝间绝缘破坏并已发生匝间短路进行及时检测的问题。通过频率响应分析仪（9）分别对三相干式空心电抗器（2）的A相绕组、B相绕组和C相绕组，施加不同频率下的电压信号，频率范围为0‑1000千赫兹，并获取各频率电压信号下的电抗器阻抗幅频响应特性曲线；将第二步获取的各频率电压信号下的电抗器阻抗幅频响应特性曲线与三相干式空心电抗器投入运营时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线进行比较，若两条曲线的相关系数小于1，则诊断为三相干式空心电抗器已发生匝间短路故障。本发明通过提前检测，提前进行处理，有效防止干式空心电抗器烧损。

Description

基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种对变电站中广泛使用的干式电抗器的匝间是否发生绝缘短路现象的检测方法，特别涉及一种对干式空心电抗器匝间短路进行故障诊断的方法。

背景技术

干式空心电抗器属于感性器件，在变电站中，起着无功补偿和滤波的作用，广泛用于电力供电系统中。干式空心电抗器运行环境恶劣，常年在户外运行，日晒雨淋也加速了其绝缘的老化，容易造成干式空心电抗器匝间绝缘破坏后的短路，导致电抗器的烧毁，严重影响到供电部门的正常运转。干式空心电抗器是采用了空心结构，很好地避免了电抗器饱和现象的发生，具有良好的线性特性。目前，对于干式空心电抗器匝间绝缘情况的检测，主要是通过红外热成像技术进行的，这种方法只能对电抗器的表面温度信息进行检测，不能检测到电抗器内部的匝间绝缘状况，更起不到对干式电抗器匝间绝缘破坏后将发生短路的提前预警，不能发挥在匝间短路初期及时诊断发现，进而避免干式电抗器的烧毁。

发明内容

本发明提供了一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，解决了现有技术不能对干式电抗器匝间绝缘破坏并已发生匝间短路进行及时诊断的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

干式空心电抗器发生了匝间短路后，其短路匝与电抗器本体的主磁通产生的磁通方向相反，并相互抵消一部分，电抗器的等效电抗值会减小；同时，造成三相电抗器的线电流相位不再是120度；本发明的带电检测是利用相对偏移角识别的方法，检测线电流相位偏移120度的程度；本发明的故障诊断原理是对电抗器施加不同频率的电压信号，由于干式电抗器发生匝间短路，短路匝部分在高频段肌肤效应会更明显，电抗器阻抗会大大减小，利用正常状态和故障状态的电抗器在不同频率下的阻抗曲线，来诊断干式空心电抗器是否存在匝间短路。

一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，包括以下步骤：

第一步、将三相干式空心电抗器进行停电处理，将频率响应分析仪的一个输入端通过一根频率响应分析引线与电抗器引线连接在一起，将频率响应分析仪的另一个输入端通过另一根频率响应分析引线与另一电抗器引线连接在一起；

第二步、通过频率响应分析仪分别对三相干式空心电抗器的A相绕组，分别施加不同频率的电压信号，频率范围为0-1000千赫兹，并获取各频率电压信号下的三相干式空心电抗器的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线；

第三步、调取三相干式空心电抗器投入运行时的三相干式空心电抗器的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线，与第二步获取的各频率电压信号下运行正常下的三相干式空心电抗器的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线进行比较，若两条曲线的相关系数小于1，则诊断为三相干式空心电抗器的A相绕组已发生匝间短路故障。类似地，三相干式空心电抗器的B相、C相也分别获取阻抗幅频响应特性曲线，并与其正常的曲线进行比较，如果若两条曲线的相关系数小于1，则分别对应的三相干式空心电抗器的绕组已发生匝间短路故障。

三相干式空心电抗器的A相绕组在投入运行时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线与各频率电压信号下的三相干式空心电抗器的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线的相关系数的获取步骤如下：

第一步、在三相干式空心电抗器的A相绕组在投入运行时，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值V₂(f_k)和激励端电压的幅值V₁(f_k)，用响应端电压幅值V₂(f_k)比上激励端电压的幅值V₁(f_k)得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线(H(f_k))，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz；公式如下：

H(f_k)＝20lg[V₂(f_k)/V₁(f_k)]；

第二步、当重点怀疑三个单相干式空心电抗器很可能某一单相发生匝间短路时，将三相干式空心电抗器进行停电，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值W₂(f_k)和激励端电压的幅值W₁(f_k)，用响应端电压幅值W₂(f_k)比上激励端电压的幅值W₁(f_k)得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线(G(f_k))，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz，公式如下：

G(f_k)＝20lg[W₂(f_k)/W₁(f_k)]

第三步、先分别计算初始运行状态和重点怀疑故障状态幅频响应两个系列的标准方差，分别为D_H、D_G：

再计算两个系列的协方差C_HG，公式如下：

将两个系列的协方差归一化LR_HG，公式如下：

从而计算两个系列的相关系数R_HG，公式如下：

R_HG＝-lg(1-LR_HG)；

若，相关系数R_HG值大于或等于1，则表明两条曲线的相似程度高，电抗器处于良好的状态；若两条曲线的相关系数小于1，判定干式空心电抗器发生了匝间短路故障。

本发明有效检测到干式空心电抗器运行中存在的匝间短路故障，通过提前检测，提前进行处理，有效防止干式空心电抗器烧损；检测过程不会对干式空心电抗器的安全运行造成任何负面影响。

附图说明

图1是本发明诊断时的电路连接结构示意图；

图2是本发明在带电检测时的电路连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种干式空心电抗器匝间短路故障检测装置，包括支撑钢架7，在支撑钢架7上设置有支撑绝缘子8，在支撑绝缘子8上设置有三相干式空心电抗器2，在三相干式空心电抗器2上分别设置有电抗器引线5和另一电抗器引线6，在三相干式空心电抗器2的底端分别设置有横向接线臂3和纵向接线臂4，在三相干式空心电抗器2的顶端设置有防雨棚1。

干式空心电抗器正常情况下，三相电抗器三相电流之间的相位差为120度，但如果其中一相干式空心电抗器发生匝间短路时，会造成三相电抗器的电流相位差发生变化，三相之间相位角分别会偏离出120度，干式空心电抗器线圈匝间短路越多，三相电流之间的相位差偏离出120度会更严重；只要其中有一个线电流之间的相位角偏离出120度的程度大于0.5度时，重点怀疑三个单相干式空心电抗器很可能某一单相发生匝间短路，应进行停电进行故障诊断；具体步骤为下述的一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法。

一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，包括以下步骤：

第一步、将三相干式空心电抗器2进行停电处理，将频率响应分析仪9的一个输入端通过一根频率响应分析引线10与电抗器引线5连接在一起，将频率响应分析仪9的另一个输入端通过另一根频率响应分析引线11与另一电抗器引线6连接在一起；

第二步、通过频率响应分析仪9分别对三相干式空心电抗器2的A相绕组，分别施加不同频率的电压信号，电压信号的频率范围为0-1000千赫兹，并获取各频率电压信号下的三相干式空心电抗器2的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线；

第三步、调取三相干式空心电抗器2的A相绕组在投入运行时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线，与第二步获取的各频率电压信号下的三相干式空心电抗器2的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线进行比较，若两条曲线的相关系数小于1，则诊断为三相干式空心电抗器2的A相绕组已发生匝间短路故障。

类似地，三相干式空心电抗器的B相、C相也分别获取阻抗幅频响应特性曲线，并与其正常的曲线进行比较，如果若两条曲线的相关系数小于1，则分别对应的三相干式空心电抗器的绕组已发生匝间短路故障。

三相干式空心电抗器2的A相绕组在投入运行时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线与各频率电压信号下的三相干式空心电抗器2的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线的相关系数的获取步骤如下：第一步、在三相干式空心电抗器2的A相绕组在投入运行时，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器2的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器2的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值V₂(f_k)和激励端电压的幅值V₁(f_k)，用响应端电压幅值V₂(f_k)比上激励端电压的幅值V₁(f_k)得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线H(f_k)，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz；公式如下：

H(f_k)＝20lg[V₂(fk)/V₁(f_k)]；

第二步、当重点怀疑三个单相干式空心电抗器很可能某一单相发生匝间短路时，将三相干式空心电抗器2进行停电，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器2的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器2的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值W₂(f_k)和激励端电压的幅值W₁(f_k)，用响应端电压幅值W₂(f_k)比上激励端电压的幅值W₁(f_k)得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线G(f_k)，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz；公式如下：

G(f_k)＝20lg[W₂(f_k)/W₁(f_k)]

第三步、先分别计算初始运营状态和重点怀疑故障状态幅频响应两个系列的标准方差，分别为D_H、D_G：

再计算两个系列的协方差C_HG，公式如下：

将两个系列的协方差归一化LR_HG，公式如下：

从而计算两个系列的相关系数R_HG，公式如下：

R_HG＝-lg(1-LR_HG)；

若相关系数R_HG值大于或等于1，则表明两条曲线的相似程度高，电抗器处于良好的状态；若，两条曲线的相关系数小于1，判定干式空心电抗器发生了匝间短路故障。

类似地，三相干式空心电抗器的B相、C相也分别获取阻抗幅频响应特性曲线，并与其正常的曲线进行比较，如果若两条曲线的相关系数小于1，则分别对应的三相干式空心电抗器的绕组已发生匝间短路故障。

本发明可以对运行中的干式空心电抗器进行监测，若发现异常时，利用不同频率的电压施加到电抗器上，对比分析三相电抗器在不同频率下的电流变化，验证干式空心电抗器是否存在匝间绝缘故障；本发明的带电检测装置能有效检测到干式空心电抗器的匝间绝缘问题，通过提前发现故障，提前进行处理，提高了干式空心电抗器的安全运行可靠性。

Claims (2)

1.一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，包括以下步骤：

第一步、将三相干式空心电抗器(2)进行停电处理，将频率响应分析仪(9)的一个输入端通过一根频率响应分析引线(10)与电抗器引线(5)连接在一起，将频率响应分析仪(9)的另一个输入端通过另一根频率响应分析引线(11)与另一电抗器引线(6)连接在一起；

第二步、通过频率响应分析仪(9)分别对三相干式空心电抗器(2)的A相绕组、B相绕组和C相绕组，施加不同频率下的电压信号，频率范围为0-1000千赫兹，并获取各频率电压信号下的电抗器阻抗幅频响应特性曲线；

第三步、调取三相干式空心电抗器(2)投入运营时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线，将第二步获取的各频率电压信号下的电抗器阻抗幅频响应特性曲线与三相干式空心电抗器(2)投入运营时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线进行比较，若两条曲线的相关系数小于1，则诊断为三相干式空心电抗器(2)已发生匝间短路故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率响应分析的干式电抗器匝间绝缘故障诊断方法，其特征在于，三相干式空心电抗器(2)的A相绕组在投入运行时的电抗器阻抗幅频响应特性曲线与各频率电压信号下的三相干式空心电抗器(2)的A相绕组的阻抗幅频响应特性曲线的相关系数的获取步骤如下：

第一步、在三相干式空心电抗器(2)的A相绕组在投入运行时，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器(2)的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器(2)的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值(V₂(f_k))和激励端电压的幅值(V₁(f_k))，用响应端电压幅值(V₂(f_k))比上激励端电压的幅值(V₁(f_k))得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线(H(f_k))，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz；公式如下：

H(f_k)＝20lg[V₂(f_k)/V₁(f_k)]；

第二步、当重点怀疑三个单相干式空心电抗器很可能某一单相发生匝间短路时，将三相干式空心电抗器2进行停电，将一个正弦波扫频信号施加到三相干式空心电抗器2的A相绕组的一端，作为激励端，三相干式空心电抗器2的A相绕组的另一端作为响应端，测得每个频率下的响应端电压幅值W₂(f_k)和激励端电压的幅值W₁(f_k)，用响应端电压幅值W₂(f_k)比上激励端电压的幅值W₁(f_k)得到比值，再将该比值用对数形式表示，得到幅频响应特性曲线G(f_k)，f_k＝1,2,3…N,N为电压最大频率，一般为1×10⁶Hz；公式如下：

G(f_k)＝20lg[W₂(f_k)/W₁(f_k)]

第三步、先分别计算初始运营状态和重点怀疑故障状态幅频响应两个系列的标准方差，分别为D_H、D_G：

再计算两个系列的协方差C_HG，公式如下：

将两个系列的协方差归一化LR_HG，公式如下：

从而计算两个系列的相关系数R_HG，公式如下：

R_HG＝-lg(1-LR_HG)；

若，两条曲线的相关系数小于1，判定干式空心电抗器A相发生了匝间短路故障。

类似地，三相干式空心电抗器的B相、C相也分别获取阻抗幅频响应特性曲线，并与其正常的曲线进行比较，如果若两条曲线的相关系数小于1，则分别对应的三相干式空心电抗器的绕组已发生匝间短路故障。