CN110058117B - 一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法，对电抗器外层包封各个测点，初步测量其在正常工作下的振动信号，利用分布式光纤测振或激光测振仪常规振动测量装置测量测点阵列，在电抗器施加50Hz激励下，同步测量测点阵列的振动分布情况，利用傅里叶变换提取各个测点振动信号中的主要振动分量，将获取的各个频率下实时振动幅值分布及振动相位分布，若实时测量片段的电抗器在某频率下振动幅值分布或相位分布发生扰动，则再次连续采集振动信号片段利用傅里叶变换分析进行确认，若分析所得结果仍与正常工况下相异，则初步推测电抗器运行产生异常，发出匝间短路故障警报。本发明操作简单，成本低，能够实现在线监测。

Description

一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法

技术领域

本发明属于故障检测及诊断的技术领域，特别涉及一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法。

背景技术

随着特高压直流输电工程容量的日益增大，电力系统对于电抗器，特别是干式空心电抗器的需求也随之升高。而电抗器在限制涌流、平衡无功功率等方面均有很重要的作用。当电抗器产生匝间绝缘故障时，将会对长期使用的电抗器产生极大的破坏。匝间短路作为绝缘故障中较为常见频繁的情况，如不得到及时的检测，将会对电力系统的稳定性产生极大的干扰。提出合理、有效、成本较低的电抗器匝间短路检测方法逐渐成为研究的重点。

目前对于电抗器匝间短路故障检测的国内外研究有一定基础。清华大学的毕大强通过分析电抗器发生匝间短路等效电路提出基于测量电抗器阻抗变化的及检测电压变化进行区分故障的检测方法。西安交通大学的马西奎利用在外包封安装磁场探测线圈，在线检测相应磁场探测线圈的电压差分信号，探究差分信号的扰动以检测匝间绝缘短路。同时也有方法利用匝间短路时的电抗器频响特性及光纤测温方法进行匝间短路的检测判断。西安交通大学的陈庆国也提出了利用脉冲电压谐振法检测空心电抗器你匝间绝缘缺陷的离线检测方法。综合而言，目前的监测方法主要通过检测电抗器运行过程中的电气量变化作为判断的凭据，但仍然存在不够直观、不够方便、不易于理解、测量设备成本较高、无法广泛应用等缺点亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于：针对当前检测方法成本较高且不易于广泛应用的问题提出一种解决方法，基于被试电抗器外包封振动分布特性进行匝间绝缘检测，操作简单，检测装置成本较低且不会影响电抗器被试设备的正常工作，能够实现在线监测。该方法主要包括以下步骤：

本发明的技术方案是这样解决的：

一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法：

1.对电抗器外层包封各个测点，初步测量其在正常工作下的振动信号，以该测点100Hz振动信号幅值与50Hz振动信号幅值之比作为信噪比，在正常工况下，选取测量信噪比较高的测点，使得振动信号明显，易于振动分布信号的提取，建立测点阵列，各测点之间选取的间距为5cm至15cm；

2.利用分布式光纤测振或激光测振仪常规振动测量装置测量测点阵列，测量时，选取采样时间为0.1至0.5s，采样频率为10KHz至100KHz，此时奈奎斯特频率为5KHz至50KHz，频率间隔为2Hz至10Hz；

3.在电抗器施加50Hz激励下，同步测量测点阵列的振动分布情况，利用傅里叶变换提取各个测点振动信号中的主要振动分量，选取各个测点振动信号中的基频及倍频，100Hz、50Hz、150Hz、200Hz和250Hz，在此基础上获取在稳定工况下测点阵列各个振动分量的振动幅值分布及振动相位分布；

4.在线实时测量电抗器测点阵列的振动情况，连续采集振动信号片段，利用傅里叶变换进行分析，选取采样时间为0.1至0.5s，采样频率为10KHz至100KHz，使得采样情况与先前保持一致，选取各个测点振动信号中的基频及倍频，分别获得各个频率的幅值与相位情况，将获取的各个频率下实时振动幅值分布及振动相位分布，与所保存的正常工况下振动状态进行对比；

5.若实时测量片段的电抗器在某频率下振动幅值分布或相位分布发生扰动，即单测点振动幅值、相位变化过大或整体测点阵列振幅、相位分布情况发生明显改变，则再次连续采集振动信号片段利用傅里叶变换分析进行确认，若分析所得结果仍与正常工况下相异，则初步推测电抗器运行产生异常，发出匝间短路故障警报。

本发明基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法解决了当前匝间绝缘检测方法不够直观、不够方便、无法低成本广泛应用的问题，可以极大的降低检测难度并降低检测成本。

附图说明

图1为电抗器振动分布激光测振测量试验系统。

图2为电抗器振动分布光纤测振测量试验系统。

图1，图2分别为激光测振测量试验系统及分布光纤测振测量试验系统。虽然各个测量设备测量性能有所差异，但均能够得到阵列同时测量的测量效果。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1、图2，本发明提供一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法，包括以下步骤：

在被试电抗器外层包封表面选取测试区域，布置测点，但所选测点振动信号要求测量信噪比较高，振动信号明显，易于振动分布信号的提取。建立振动测量阵列，各测点之间选取合适的间距，各测点之间选取的间距为5cm，使得所提取的振动分量的相位、幅值相差合适，其中要求振动相位应在一个周期内。

在电抗器正常工作状态下(一般施加电流、电压频率为50Hz)，进行测点阵列的振动信号测量，选取采样时间为0.2s，采样频率为50KHz，此时奈奎斯特频率为25KHz,频率间隔为5Hz。利用快速傅里叶变换提取主要振动分量100Hz、50Hz、150Hz、200Hz和250Hz的幅值及相位。对于相同振动信号，进行相位校正，获得测点阵列的振动特性分布情况，包括各个测点各个主要振动分量及其幅值，测点阵列主要振动分量的相对幅值分布，测点阵列主要振动分量的相对相位分布情况。

在记录下电抗器正常工况振动分布情况后，保持不断测量及监控，选取采样时间为0.2s，采样频率为50KHz，通过时间窗获取振动信号片段并对所测得数据进行分析。如各个测点主要振动分量及幅值发生变化，或阵列各个振动分量的相对幅值分布或相位分布发生变化，则进入故障确认阶段。

实时测量振动信号片段，选取采样时间为0.2s，采样频率为50KHz，分析后重新与正常工况下振动特性进行比较，如结果仍然相异则触发报警机制，提示电抗器匝间短路故障可能产生，完成电抗器匝间短路的检测。

Claims (2)

1.一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法，其特征在于，步骤如下：

1)对电抗器外层包封各个测点，初步测量其在正常工作下的振动信号，以该测点100Hz振动信号幅值与50Hz振动信号幅值之比作为信噪比，在正常工况下，选取测量信噪比较高的测点，使得振动信号明显，易于振动分布信号的提取，建立测点阵列，各测点之间选取的间距为5cm至15cm；

2)利用分布式光纤测振或激光测振仪常规振动测量装置测量测点阵列，测量时，选取采样时间为0.1至0.5s，采样频率为10KHz至100KHz,此时奈奎斯特频率为5KHz至50KHz,频率间隔为2Hz至10Hz；

3)在电抗器施加50Hz激励下，同步测量测点阵列的振动分布情况，利用傅里叶变换提取各个测点振动信号中的主要振动分量，选取各个测点振动信号中的基频及倍频，在此基础上获取在稳定工况下测点阵列各个振动分量的振动幅值分布及振动相位分布；

4)在线实时测量电抗器测点阵列的振动情况，连续采集振动信号片段，利用傅里叶变换进行分析，选取采样时间为0.1至0.5s，采样频率为10KHz至100KHz，使得采样情况与先前保持一致，选取各个测点振动信号中的基频及倍频，分别获得各个频率的幅值与相位情况，将获取的各个频率下实时振动幅值分布及振动相位分布，与所保存的正常工况下振动状态进行对比；

5)若实时测量片段的电抗器在某频率下振动幅值分布或相位分布发生扰动，即单测点振动幅值、相位变化过大或整体测点阵列振幅、相位分布情况发生明显改变，则再次连续采集振动信号片段利用傅里叶变换分析进行确认，若分析所得结果仍与正常工况下相异，则初步推测电抗器运行产生异常，发出匝间短路故障警报。

2.根据权利要求1所述的一种基于外包封振动分布的电抗器匝间短路故障检测方法，其特征在于，所述选取各个测点振动信号中的基频及倍频为，100Hz、50Hz、150Hz、200Hz和250Hz，基频取值50Hz，倍频取值100Hz、150Hz、200Hz和250Hz。

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