CN109274068A - 干式电抗器匝间短路故障保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干式电抗器匝间短路故障保护装置和方法，保护装置包括监控主机、数据采集模块、电压互感器、电流互感器、警报装置和断路装置；数据采集模块采集干式电抗器的电压瞬时值和电流瞬时值并对电压瞬时值和电流瞬时值进行FFT变换，消除电压和电流的谐波分量的影响，进而计算出能够准确衡量干式电抗器当前状态的损耗比和电感值，依据损耗比和电感值这两个参数预测干式电抗器可能发生的短路并提供警报，同时对依据发生的短路故障作出自动断路动作，确保电路安全，避免干式电抗器的烧毁事故。

Description

干式电抗器匝间短路故障保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电路设备领域，尤其涉及一种用于干式电抗器匝间短路故障保护装置及方法。

背景技术

到目前为止，许多变电站、换流站都发生过干式电抗器严重烧毁事故，其中不乏超高压、特高压变电站以及特高压换流站，这些事故严重影响了电站安全运行，造成了巨大损失。

干式电抗器烧毁的原因很多，其中一种常见烧毁原因是：干式电抗器线圈普遍采用圆筒式绕法，每个电抗器线圈由多个包封组成，导线之间的匝绝缘非常薄，导线表面的毛刺、金属碎屑或其它异物很容易将匝绝缘扎穿，引起匝间短路，形成一个短路环。只要线包内有一个点发生匝间短路，这台电抗器就变成了一台事实上的变压器，并且这台变压器的变比极大——高压侧的匝数约等于电抗器的匝数，低压侧只有一匝并且低压侧短路运行。由安匝平衡的原理可知低压侧的电流极大，如此大的短路电流在短路环内产生的巨大发热功率可以在短时间内将电抗器烧毁。所以，每一起烧毁事故的初期都发生过匝间短路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于干式电抗器的保护装置，在干式电抗器可能发生短路的初期提供预警以及在短路发生后及时切断电抗器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种干式电抗器匝间短路故障保护装置，包括监控主机、数据采集模块、电压互感器、电流互感器、警报装置和断路装置；

电压互感器和电流互感器均安装在电抗器的母线电路中；

数据采集模块采集电压互感器二次侧电压瞬时值，并对采集到的电压瞬时值进行FFT变换(快速傅氏变换)，得到电压互感器二次侧电压瞬时值的基波分量值，简称为电压基波分量值；

数据采集模块采集电流互感器二次侧电流瞬时值，并对采集到的电流瞬时值进行FFT变换，得到电流互感器二次侧电流瞬时值的基波分量值，简称为电流基波分量值；

数据采集模块根据电压基波分量值和电流基波分量值分别计算出每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值，并将每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值传输给监控主机；

变压器铁芯的磁导率是非线性的，并且存在饱和问题，其空载电流中含有60％左右的三次谐波；三次谐波以及电路系统中其它大量谐波源的存在，使得系统电压中含有谐波分量，数据采集模块采集电压互感器二次侧电压瞬时值也会包含谐波分量；由于电抗器自身阻抗的非线性及系统电压畸变因素，使得通过电抗器的电流含有谐波分量；

由于上述原因，数据采集模块采集到电抗器的端电压瞬时值和电流瞬时值都不是正弦波，直接利用它们计算电抗器参数，会造成较大的偏差；为此，本发明在数据采集模块内设置FFT模块，对采集的电压瞬时值和电流瞬时值进行谐波分析，利用分析结果中的电压基波分量值和电流基波分量值计算电抗器的无功功率(容量)、有功功率(损耗)、损耗比和电感值；

监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗报警阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感报警阈值，监控主机控制警报装置发出警报；警报装置可以是警报灯、蜂鸣器和其他能够起到警示作用的设备；

监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗跳闸阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感跳闸阈值，监控主机控制断路装置断开；

断路装置用于将电抗器从主电路中断开。

本发明还提供了一种干式电抗器匝间短路故障保护方法，包括如下步骤：

步骤1：采集电压互感器二次侧电压瞬时值，并对采集到的电压瞬时值进行FFT变换，得到电压互感器二次侧电压瞬时值的基波分量值，简称为电压基波分量值；

步骤2：采集电流互感器二次侧电流瞬时值，并对采集到的电流瞬时值进行FFT变换，得到电流互感器二次侧电流瞬时值的基波分量值，简称为电流基波分量值；

步骤3：根据电压基波分量值和电流基波分量值分别计算出每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值；

步骤4：将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗报警阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感报警阈值，利用警报装置发出警报；

步骤5：将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗跳闸阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感跳闸阈值，将该损耗比和电感值对应的电抗器从主电路中断开。

有益效果：本发明的保护装置和方法时刻监测干式电抗器的电压瞬时值和电流瞬时值并对电压瞬时值和电流瞬时值进行FFT变换，消除电压和电流的谐波分量的影响，进而计算出能够准确衡量干式电抗器当前状态的损耗比和电感值，依据损耗比和电感值这两个参数预测干式电抗器可能发生的短路并提供警报，同时对依据发生的短路故障作出自动断路动作，确保电路安全，避免干式电抗器的烧毁事故。

附图说明

图1是实施例1干式电抗器匝间短路故障保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的干式电抗器匝间短路故障保护装置，包括监控主机、数据采集模块、电压互感器、电流互感器、警报灯和电抗器断路器；

电压互感器包括A相电压互感器、B相电压互感器和C相电压互感器，电流互感器包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器；

A相干式电抗器、B相干式电抗器和C相干式电抗器均接入主电路，并且与主电路之间设置有电抗器断路器和电抗器隔离开关；

数据采集模块连接三个电压互感器和三个电流互感器，数据采集模块与监控主机保持通讯连接，数据采集模块内集成有报警灯，数据采集模块内设置有用于控制电抗器断路器的继电器。

本实施例保护装置的工作流程是：

(1)数据采集模块采集电压互感器二次侧电压瞬时值，对电压瞬时值进行A/D转换得到电压瞬时值的数字量，再对电压瞬时值进行FFT变换(快速傅氏变换)，得到电压互感器二次侧电压瞬时值的基波分量值，简称为电压基波分量值；

(2)数据采集模块采集电流互感器二次侧电流瞬时值，对电流瞬时值进行A/D转换得到电流瞬时值的数字量，再对电流瞬时值进行FFT变换，得到电流互感器二次侧电流瞬时值的基波分量值，简称为电流基波分量值；

(3)数据采集模块根据电压基波分量值和电流基波分量值分别计算出每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值，并将每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值传输给监控主机；

(4)监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗报警阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感报警阈值，监控主机对数据采集模块返回报警信号，数据采集模块控制报警灯亮起，提醒相关人员关注故障电抗器；

(5)监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗跳闸阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感跳闸阈值，监控主机对数据采集模块返回跳闸信号，数据采集模块触发内部的继电器，进而触发电抗器断路器断开干式电抗器。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种干式电抗器匝间短路故障保护装置，其特征在于：包括监控主机、数据采集模块、电压互感器、电流互感器、警报装置和断路装置；

电压互感器和电流互感器均安装在电抗器的母线电路中；

数据采集模块采集电压互感器二次侧电压瞬时值，并对采集到的电压瞬时值进行FFT变换，得到电压互感器二次侧电压瞬时值的基波分量值，简称为电压基波分量值；

数据采集模块采集电流互感器二次侧电流瞬时值，并对采集到的电流瞬时值进行FFT变换，得到电流互感器二次侧电流瞬时值的基波分量值，简称为电流基波分量值；

数据采集模块根据电压基波分量值和电流基波分量值分别计算出每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值，并将每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值传输给监控主机；

监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗报警阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感报警阈值，监控主机控制警报装置发出警报；

监控主机将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗跳闸阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感跳闸阈值，监控主机控制断路装置断开；

断路装置用于将电抗器从主电路中断开。

2.根据权利要求1所述的干式电抗器匝间短路故障保护装置，其特征在于：所述警报装置为警报灯和/或蜂鸣器。

3.一种干式电抗器匝间短路故障保护方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：采集电压互感器二次侧电压瞬时值，并对采集到的电压瞬时值进行FFT变换，得到电压互感器二次侧电压瞬时值的基波分量值，简称为电压基波分量值；

步骤2：采集电流互感器二次侧电流瞬时值，并对采集到的电流瞬时值进行FFT变换，得到电流互感器二次侧电流瞬时值的基波分量值，简称为电流基波分量值；

步骤3：根据电压基波分量值和电流基波分量值分别计算出每相电抗器的无功功率、有功功率、损耗比和电感值；

步骤4：将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗报警阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感报警阈值，利用警报装置发出警报；

步骤5：将损耗比与损耗比额定值比对，将电感值与电感额定值比对，如果损耗比与损耗比额定值的差值大于损耗跳闸阈值或者电感值与电感额定值的差值大于电感跳闸阈值，将该损耗比和电感值对应的电抗器从主电路中断开。