CN111693824B - 一种干式空心电抗器的支路检测装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式空心电抗器的支路检测装置，包括：取能模块、感应模块、测量模块和分析模块；其中，所述取能模块与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流；所述感应模块将所述感应电流感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈中；所述测量模块测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号；所述分析模块根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。本发明还公开了相应的干式空心电抗器的支路检测系统，采用本发明，能有效实现对干式空心电抗器的支路电流的在线测量，以实时监测干式空心电抗器的运行状况。

Description

一种干式空心电抗器的支路检测装置和系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种干式空心电抗器的支路检测装置和系统。
背景技术
干式空心电抗器是电力系统中普遍应用的一次设备，其由多回路并联而成，每个回路又由多股导线并联绕制而成，因此，单台电抗器在电路上是由多根导线并联的结构。电抗器并联支路数与容量大小直接相关，大容量干式空心电抗器的并联支路数多达上百个。在电力系统中，干式空心电抗器主要起平衡电路波形、滤波、调压、限流等作用，在电网运行中具有不可或缺的作用。
干式空心电抗器由于其独有的特点，在运行中受到外部环境的侵蚀将会产生累积损伤，容易发生导线断股、匝间短路、绝缘损伤等异常情况，一旦干式空心电抗器发生异常损伤，则可能导致部分包封异常过热。长时间过热运行将加速电抗器老化，易引发电抗器故障不可用，严重时甚至会发生起火燃烧，对电力系统运行带来较大安全隐患。因此亟需对干式空心电抗器的运行状况进行实时检测。在现有技术中，有采用对电抗器包封的运行温度进行检测的方法，如采用红外成像法等，然而由于电抗器包封气道很深并且狭窄，难以检测到最热点温度，导致测量结果不准确；也有采用振荡波电压进行电抗器绝缘检测，但是该检测方法具有一定的破坏性，且无法实现实时在线检测并及时发现缺陷。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种干式空心电抗器的支路检测装置和系统，能有效实现对干式空心电抗器的支路电流的实时在线测量，以实时监测干式空心电抗器的运行状况，测量结果准确，操作方便。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种干式空心电抗器的支路检测装置，包括：取能模块、感应模块、测量模块和分析模块；其中，
所述取能模块与所述干式空心电抗器电联接，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流；
所述感应模块与所述取能模块连接，并与所述干式空心电抗器电联接，用于将所述感应电流感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈中；
所述测量模块与所述干式空心电抗器电连接，用于测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号；
所述分析模块与所述测量模块连接，用于根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。
作为上述方案的改进，所述取能模块包括：取能线圈和第一电流处理单元；其中，
所述取能线圈与所述干式空心电抗器的电抗器线圈的绕组同轴绕制，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场耦合产生感应电流；
所述第一电流处理单元与所述取能线圈连接，用于将所述感应电流转换为预设频率的第一电流信号。
作为上述方案的改进，所述第一电流处理单元具体包括：整流子模块和逆变子模块；其中，
所述整流子模块的输入端与所述第一电流处理单元的输入端连接，所述整流子模块的输出端与所述逆变子模块的输入端连接；
所述逆变子模块的输出端与所述第一电流处理单元的输出端连接。
作为上述方案的改进，所述感应模块包括感应线圈；其中，
所述感应线圈与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈耦合绕制，用于将所述预设频率的第一电流信号感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器产生预设频率的第二电流信号并将所述第二电流信号分配至每一导线支路的电抗器线圈中。
作为上述方案的改进，所述测量模块包括至少一个电流互感器；其中，
在所述干式空心电抗器的每一导线支路上连接一个所述电流互感器，以测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号。
作为上述方案的改进，所述分析模块包括第二电流处理单元和分析单元；
所述第二电流处理单元用于将每一导线支路的电流信号转换为预设频率的第三电流信号；
所述分析单元与所述第二电流处理单元连接，用于根据每一导线支路的第三电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。
作为上述方案的改进，所述分析单元具体用于：
根据每一导线支路的第三预设频率电流信号，计算每一导线支路之间的电流比例关系；
将所述每一导线支路之间的电流比例关系与预设电流比例关系进行比较，分析所述导线支路是否发生异常。
作为上述方案的改进，所述第二电流处理单元包括：模拟滤波电路、隔离电路、ADC转换电路和数字滤波电路；其中，
所述模拟滤波电路的输入端与所述第二电流处理单元的输入端连接，所述模拟滤波电路的输出端与所述隔离电路的输入端连接；
所述隔离电路的输出端与所述ADC转换电路的输入端连接；
所述ADC转换电路的输出端与所述数字滤波电路的输入端连接；
所述数字滤波电路的输出端与所述第二电流处理单元的输出端连接。
作为上述方案的改进，所述感应线圈与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈紧密耦合绕制，以使感应段内所述感应线圈与所述电抗器线圈的耦合系数接近于1。
本发明实施例还提供了一种干式空心电抗器的支路检测系统，包括干式空心电抗器，以及如上述任一项所述的干式空心电抗器的支路检测装置；其中，所述干式空心电抗器由若干导线支路并联而成，每一导线支路上设置有电抗器线圈。
与现有技术相比，本发明公开的一种干式空心电抗器的支路检测装置和系统，包括取能模块、感应模块、测量模块和分析模块。其中，所述取能模块与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流。所述感应模块将所述感应电流感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈中。所述测量模块测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号，并由分析模块根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。通过干式空心电抗器本体自取能，向所述干式空心电抗器注入感应电流信号，利用感应电流信号在各导线支路中的分布特征，对干式空心电抗器的绝缘状况和是否断股、短路进行在线诊断，从而能够实时发现电力设备的运行缺陷，并及早采取相应的措施，有效地保障了电力系统的运行安全，且对干式空心电抗器的电流测量结果较为准确，操作更加方便。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种干式空心电抗器的支路检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种优选的干式空心电抗器的支路检测装置的结构示意图；
图3是本发明实施例二中各导线支路的电抗器线圈互感的示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种干式空心电抗器的支路检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种干式空心电抗器的支路检测装置的结构示意图。本发明实施例提供的一种干式空心电抗器的支路检测装置10，包括：取能模块11、感应模块12、测量模块13和分析模块14。其中，
所述取能模块11与所述干式空心电抗器电联接，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场B产生耦合，以产生感应电流I′1。
所述感应模块12与所述取能模块11连接，并与所述干式空心电抗器电联接，用于将所述感应电流I′1感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈L3中。
所述测量模块13与所述干式空心电抗器电连接，用于测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号。
所述分析模块14与所述测量模块13连接，用于根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。
具体地，当所述干式空心电抗器投入运行时，其接线端HA和LA均接入高压电网中，以直流±800KV平波电抗器为例，则HA和LA端电压均为±800KV。在干式空心电抗器的长时间运行过程中，容易发生导线断股、匝间短路、绝缘损伤等异常情况，一旦发生这些异常损伤的情况，会使干式空心电抗器的包封电流重新分布，从而与原始分布值出现较大差异，导致部分包封异常过热。长时间过热运行将加速干式空心电抗器的老化，导致电抗器故障不可用。
在本发明实施例中，在干式空心电抗器的长时间运行过程中，取能模块11与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流I′1。感应模块12与所述干式空心电抗器的电抗器线圈L3互感耦合，将所述感应电流I′1感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器相应产生感应电流。干式空心电抗器的感应电流会经过互感传导至每一导线支路的电抗器线圈L3中，电流分配原则遵循互感系数关系表，使得每一导线支路的均产生相应的电流信号。测量模块13安装在所述干式空心电抗器上，测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号，并将测量结果传输至分析模块14，分析模块14根据电流信号的特征，与所述干式空心电抗器的导线支路的原始测量值进行比较，进而判断所述干式空心电抗器是否存在发生异常的导线支路。
本发明实施例一提供的一种干式空心电抗器的支路检测装置，通过干式空心电抗器本体自取能，向所述干式空心电抗器注入感应电流信号，利用感应电流信号在各导线支路中的分布特征，对干式空心电抗器的绝缘状况和是否断股、短路进行在线诊断，从而能够实时发现电力设备的运行缺陷，并及早采取相应的措施，有效地保障了电力系统的运行安全，且对干式空心电抗器的电流测量结果较为准确，操作更加方便。
优选地，参见图2，是本发明实施例二提供的一种优选的干式空心电抗器的支路检测装置的结构示意图。本发明实施例二在实施例一的基础上实施，其中，所述取能模块11包括：取能线圈L1和第一电流处理单元21；其中，
所述取能线圈L1与所述干式空心电抗器的电抗器线圈L3的绕组同轴绕制，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场B耦合产生感应电流I′1。所述第一电流处理单元21与所述取能线圈L1连接，用于将所述感应电流I′1转换为预设频率的第一电流信号I1。
在本发明实施方式中，取能线圈L1与干式空心电抗器的电抗器线圈L3的绕组同轴绕制，一般与最外层包封绕制在同一个包封内。优选地，取能线圈L1绕制在最外层包封的底端。由于干式空心电抗器的漏磁经过空气闭合，因此取能线圈L1将与干式空心电抗器的本体磁场B产生耦合，并感应出足够的电能。
具体地，取能线圈L1位于绕组区外，联合以下电路方程和磁路方程，可求得取能线圈处的磁感应强度B，并进一步求得感应电流的值；
Figure BDA0002480139090000071
Figure BDA0002480139090000072
Figure BDA0002480139090000073
其中，Aθ为矢量磁位A的周向分量，μ0为空气磁导率，Jθ为电流密度，Ii和Ri为第i个包封的电流值和电阻值，Ni为第i层包封绕组的匝数，Ai为第i层包封的磁位，ri为第i层包封的半径。
进一步地，参见图2，所述第一电流处理单元21具体包括：整流子模块211和逆变子模块212；其中，所述整流子模块211的输入端与所述第一电流处理单元21的输入端连接，所述整流子模块211的输出端与所述逆变子模块212的输入端连接；所述逆变子模块212的输出端与所述第一电流处理单元21的输出端连接。
在所述第一电流处理单元中，取能线圈L1的感应电流经过整流子模块211和逆变子模块212后，得到所述预设频率的第一电流信号I1。
可以理解地，所述预设频率为预先设定的一个频率值，可以根据干式空心电抗器的实际运行情况进行设置和调整，在此不做具体限定。
作为优选的实施方式，所述感应模块12包括感应线圈L2；其中，所述感应线圈L2与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈L3′耦合绕制，用于将所述预设频率的第一电流信号I1感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器产生预设频率的第二电流信号I2，并将所述第二电流信号I2分配至每一导线支路的电抗器线圈L3中。
在本发明实施方式中，感应线圈L2为无铁心结构，其与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈L3′紧密耦合绕制，以使感应段内所述感应线圈与所述电抗器线圈L3′的耦合系数k接近于1。因此，感应线圈L2的第一电流信号I1的值与其被感应线圈，即所述电抗器线圈L3′的第二电流信号I2的值近似相等。且第一电流信号I1和第二电流信号I2的频率相同，均为所述预设频率。
参见图3，是本发明实施例二中各导线支路的电抗器线圈互感的示意图。被感应线圈的第二电流信号I2将会经过互感传导到干式空心电抗器本体内各个电抗器线圈中，电流分配原则遵循互感系数M的关系表，根据各个电抗器线圈的匝数及边界条件，求解以下线性方程即可得到每一导线支路的电流值。
Figure BDA0002480139090000081
其中，L31至L3n表示干式空心电抗器的n个电抗器线圈。
进一步地，所述感应模块12还包括调谐电容C1和阻尼电阻R1，所述调谐电容C1和阻尼电阻R1连接于所述逆变子模块212和所述感应线圈L2之间，调谐电容C1的作用是调节电容量，使调谐电容C1和感应线圈L2的电钢谐振。阻尼电阻R1主要用于限制谐振过电压幅值。
作为优选的实施方式，所述测量模块13包括至少一个电流互感器CT。电流互感器CT的数量取决于干式空心电抗器的导线支路数量。在所述干式空心电抗器的每一导线支路上连接一个所述电流互感器CT，以测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号。
需要说明的是，电流互感器对电流的测量原理采用现有技术中常规的单匝电流互感器原理，也即原边是测量绕组(单匝)，副边绕n匝，利用磁心感应到副边，副边再利用电压测量回路进行测量，在此不再赘述。
作为优选的实施方式，参见图2，所述分析模块14包括第二电流处理单元22和分析单元23。其中，所述第二电流处理单元22用于将每一导线支路的电流信号转换为预设频率的第三电流信号I3；所述分析单元23与所述第二电流处理单元22连接，用于根据每一导线支路的第三电流信号I3，分析对应的导线支路是否发生异常。
具体地，所述第二电流处理单元22包括：模拟滤波电路221、隔离电路222、ADC转换电路223和数字滤波电路224；其中，所述模拟滤波电路221的输入端与所述第二电流处理单元22的输入端连接，所述模拟滤波电路221的输出端与所述隔离电路222的输入端连接；所述隔离电路222的输出端与所述ADC转换电路223的输入端连接；所述ADC转换电路223的输出端与所述数字滤波电路224的输入端连接；所述数字滤波电路224的输出端与所述第二电流处理单元22的输出端连接。
电流互感器CT对其所在导线支路上的电流信号进行测量后，电流信号经过模拟滤波电路221滤除工频信号，以降低工频信号对最终所需的预设频率的第三电流信号I3的干扰。接着，经过隔离电路222将一二次信号进行安全隔离，避免暂态信号对二次采样回路造成干扰。
优选地，所述模拟滤波电路221为并联谐振滤波电路；所述隔离电路222为隔离变压器。
接着，经过隔离电路222之后的电路信号经过ADC转换电路223进行模拟-数字信号的转换，并通过数字滤波电路224进行二次数字滤波，从而再次隔离工频信号干扰，即可得到所述预设频率的第三电流信号I3。其中，第三电流信号I3和第二电流信号I2的频率相同，均为所述预设频率。
最后，通过分析单元23对所述预设频率的第三电流信号I3进行分析，以判断对应的导线支路是否发生断股、短路或绝缘损伤等异常情况。
优选地，所述分析单元23对第三电流信号I3进行分析判断的过程具体为：根据每一导线支路的第三预设频率电流信号I3，计算每一导线支路之间的电流比例关系；将所述每一导线支路之间的电流比例关系与预设电流比例关系进行比较，分析所述导线支路是否发生异常。
当干式空心电抗器发生断股、短路或绝缘损伤等异常情况时，电抗器包封电流将会重新分布，与原始分布值出现较大差异。通过计算每一导线支路之间的电流比例关系，与预设电流比例关系进行比较，即可分析出发生异常的导线支路。
具体地，可以通过电流分配原则预先计算得到的所有导线支路之间应有的电流比例关系，作为所述预设电流比例关系；也可以将上一次测量得到的所述导线支路之间的历史电流比例关系，作为所述预设电流比例关系，均不影响本发明取得的有益效果。通过将计算得到的电流比例关系与预设电流比例关系进行比较分析，若比较结果有明显的变化，则可以判定相应的导线支路发生异常。
作为优选的实施方式，本发明实施例的所述干式空心电抗器的支路检测装置还包括显示模块15，所述显示模块15与所述分析模块14连接，用于存储并显示所述分析模块输出的分析结果。具体地，所述显示模块15包括LCD显示单元和存储电路。
本发明实施例二提供了一种干式空心电抗器的支路检测装置，包括取能模块、感应模块、测量模块和分析模块。其中，所述取能模块与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流。所述感应模块将所述感应电流感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈中。所述测量模块测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号，并由分析模块根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。通过干式空心电抗器本体自取能，向所述干式空心电抗器注入感应电流信号，利用感应电流信号在各导线支路中的分布特征，对干式空心电抗器的绝缘状况和是否断股、短路进行在线诊断，从而能够实时发现电力设备的运行缺陷，并及早采取相应的措施，有效地保障了电力系统的运行安全，且对干式空心电抗器的电流测量结果较为准确，操作更加方便。
参见图4，是本发明实施例三提供的一种干式空心电抗器的支路检测系统的结构示意图。本发明实施例三提供的干式空心电抗器的支路检测系统30，包括干式空心电抗器31，以及如实施例一或实施例二所述的干式空心电抗器的支路检测装置32。其中，所述干式空心电抗器31由若干导线支路并联而成，每一导线支路上设置有电抗器线圈L3。
需要说明的是，本发明实施例中，所述干式空心电抗器的支路检测装置32上述实施例一或实施例二中的一种干式空心电抗器的支路检测装置的结构和执行的流程步骤相同，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，包括：取能模块、感应模块、测量模块和分析模块；其中，
所述取能模块与所述干式空心电抗器电联接，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场产生耦合，以产生感应电流；
所述感应模块与所述取能模块连接，并与所述干式空心电抗器电联接，用于将所述感应电流感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器将所述感应电流分配至每一导线支路的电抗器线圈中；
所述测量模块与所述干式空心电抗器电连接，用于测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号；
所述分析模块与所述测量模块连接，用于根据每一导线支路的电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。
2.如权利要求1所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述取能模块包括：取能线圈和第一电流处理单元；其中，
所述取能线圈与所述干式空心电抗器的电抗器线圈的绕组同轴绕制，用于与所述干式空心电抗器的本体磁场耦合产生感应电流；
所述第一电流处理单元与所述取能线圈连接，用于将所述感应电流转换为预设频率的第一电流信号。
3.如权利要求2所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述第一电流处理单元具体包括：整流子模块和逆变子模块；其中，
所述整流子模块的输入端与所述取能线圈连接，所述整流子模块的输出端与所述逆变子模块的输入端连接；
所述逆变子模块的输出端与所述感应模块的输入端连接。
4.如权利要求2所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述感应模块包括感应线圈；其中，
所述感应线圈与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈耦合绕制，用于将所述预设频率的第一电流信号感应到所述干式空心电抗器本体上，以使所述干式空心电抗器产生预设频率的第二电流信号并将所述第二电流信号分配至每一导线支路的电抗器线圈中。
5.如权利要求1所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述测量模块包括至少一个电流互感器；其中，
在所述干式空心电抗器的每一导线支路上连接一个所述电流互感器，以测量所述干式空心电抗器的每一导线支路的电流信号。
6.如权利要求1所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述分析模块包括第二电流处理单元和分析单元；
所述第二电流处理单元用于将每一导线支路的电流信号转换为预设频率的第三电流信号；
所述分析单元与所述第二电流处理单元连接，用于根据每一导线支路的第三电流信号，分析对应的导线支路是否发生异常。
7.如权利要求6所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述分析单元具体用于：
根据每一导线支路的第三预设频率电流信号，计算每一导线支路之间的电流比例关系；
将所述每一导线支路之间的电流比例关系与预设电流比例关系进行比较，分析所述导线支路是否发生异常。
8.如权利要求6所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述第二电流处理单元包括：模拟滤波电路、隔离电路、ADC转换电路和数字滤波电路；其中，
所述模拟滤波电路的输入端与所述测量模块的输出端连接，所述模拟滤波电路的输出端与所述隔离电路的输入端连接；
所述隔离电路的输出端与所述ADC转换电路的输入端连接；
所述ADC转换电路的输出端与所述数字滤波电路的输入端连接；
所述数字滤波电路的输出端与所述分析单元的输入端连接。
9.如权利要求4所述的干式空心电抗器的支路检测装置，其特征在于，所述感应线圈与所述干式空心电抗器的任一导线支路上的电抗器线圈紧密耦合绕制，以使感应段内所述感应线圈与所述电抗器线圈的耦合系数接近于1。
10.一种干式空心电抗器的支路检测系统，其特征在于，包括干式空心电抗器，以及如权利要求1-9任一项所述的干式空心电抗器的支路检测装置；
其中，所述干式空心电抗器由若干导线支路并联而成，每一导线支路上设置有电抗器线圈。
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