CN114397601A - 一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置 - Google Patents

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CN114397601A CN202111589406.4A CN202111589406A CN114397601A CN 114397601 A CN114397601 A CN 114397601A CN 202111589406 A CN202111589406 A CN 202111589406A CN 114397601 A CN114397601 A CN 114397601A
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杨贤
周原
刘建明
饶章权
林春耀
张隆
谢辉贤
韩正家
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Abstract

本发明公开了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置，所述方法包括:获取三相并联电抗器系统的各电压相量以及电流相量；根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；若在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值，则判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。通过实施本发明能够提高三相并联电抗器系统匝间短路检测的准确性。

Description

一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电力设备故障检测技术领域，尤其涉及一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置。
背景技术
干式空心电抗器是电力系统中的重要组成部分，其维护电网运行的稳定性，调节潮流平衡，改善长距离输电所产生的电压不平衡。干式空心电抗器故障的监测对保证系统安全运行具有极其重要的作用。在电力系统中干式空心电抗器一般按图1所示的连接方式接入电力系统中，构成三相并联电抗器系统。
在现有技术中检测三相并联电抗器系统中干式空心电抗器是否发生故障，主要是通过数模转换提取基波电压以及电流，计算得到包括等效阻抗、等效电感、等效电阻和功率因数等在内的参数来评定干式空心电抗器是否发生短路故障，但是随着电抗器的容量增大，其参数变化越不明显，短路故障检测的准确性降低。
发明内容
本发明实施例提供一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置，能够提高三相并联电抗器系统匝间短路检测的准确性。
本发明一实施例提供了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，包括：
获取三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量；
根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；
计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；
若在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值，则判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
进一步的，还包括：在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
进一步的，所述预设阈值的设置，具体包括：获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
进一步的，根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
本发明一实施例提供了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，包括：数据获取模块、平衡度计算模块、差值计算模块以及短路判定模块；
所述数据获取模块，用于获取三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量；
所述平衡度计算模块，用于根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；
所述差值计算模块，用于计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；
所述短路判定模块，用于在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值时，判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
进一步的，还包括：故障位置确定模块；所述故障位置确定模块，用于在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
进一步的，还包括：预设阈值设置模块；所述预设阈值设置模块，用于获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
进一步的，平衡度计算模块根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：
计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
通过实施本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法及装置，所述方法根据三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量，计算出第一不平衡度，然后将第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度进行比对，根据比对结果即可确定三相并联电抗器系统是否存在匝间短路，相比于现有技术无需计算三相并联电抗器系统中各电抗器的等效阻抗、等效电感、等效电阻和功率因数等参数，因此不会存在，随着电抗器的容量增大上述参数变化越不明显，最终导致短路检测不准确的问题，提高了短路检测的准确性。
附图说明
图1是三相并联电抗器系统的接入示意图。
图2是本发明一实施例提供的三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法的流程示意图。
图3是本发明一实施例提供的三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置的结构示意图。
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。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，至少包括如下步骤：
步骤S101：获取三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量。
步骤S102：根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度。
步骤S103：计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值。
步骤S104：若在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值，则判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
对于步骤S101，以图1为例，干式空心电抗器并联接入构成三相并联电抗器系统，检测时各电压相量(即三相电压)分别为：
Figure BDA0003428606040000051
检测时三相并联电抗器系统中各电抗器所对应的电流相量(即三相电流)分别为
Figure BDA0003428606040000052
且各电抗器正常状态下三相对称，其等效阻抗分别为ZA、ZB、ZC。
对于步骤S102，在一个优选的实施例中，根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
具体的，首先根据以下公式，计算三相并联电抗器系统的归一化零序电压：
Figure BDA0003428606040000053
根据以下公式计算三相并联电抗器系统的归一化零序电流：
Figure BDA0003428606040000054
其中，
Figure BDA0003428606040000055
为归一化零序电压；
Figure BDA0003428606040000056
为归一化零序电压；a为复数算子，优选的，a＝ej120；
Figure BDA0003428606040000057
为短路检测时的A相电压；
Figure BDA0003428606040000058
为短路检测时的B相电压；
Figure BDA0003428606040000059
为短路检测时的C相电压；
Figure BDA00034286060400000510
为短路检测时三相并联电抗器系统的A相电流；
Figure BDA00034286060400000511
为短路检测时三相并联电抗器系统的B相电流；
Figure BDA00034286060400000512
为短路检测时三相并联电抗器系统的C相电流；
紧接着根据以下公式计算第一不平衡度：
Figure BDA00034286060400000513
E0_norm为第一不平衡度；
对于步骤S103、三相并联电抗器系统正常状态下(未发生匝间短路的情况)的标准不平衡度可在对三相并联电抗器系统进行短路检测之前提前进行设定。
具体的，可先根据以下公式计算出正常状态下三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流：
Figure BDA0003428606040000061
Figure BDA0003428606040000062
Figure BDA0003428606040000063
为正常状态下三相并联电抗器系统的归一化零序电压；
Figure BDA0003428606040000064
为正常状态下三相并联电抗器系统的归一化零序电流；a为复数算子，优选的，a＝ej120；三相电压为电力系统电压，三相并联电抗器系统在正常状态下以及短路状态下各相电压基本保持不变；
Figure BDA0003428606040000065
为三相并联电抗器系统在状态下的A相电流；
Figure BDA0003428606040000066
为三相并联电抗器系统在状态下的B相电流；
Figure BDA0003428606040000067
为三相并联电抗器系统在状态下的C相电流；
据以下公式计算出正常状态下三相并联电抗器系统的标准不平衡度：
Figure BDA0003428606040000068
Esteady为标准不平衡度。特别的，根据上述正常状态下三相并联电抗器系统的归一化零序电流的计算公式可知，当各电抗器的等效阻抗一样时，标准不平衡度为0。
最后根据计算第一不平衡度与第二不平衡度的差值，取模后得到上述第一差值，具体计算公式如下：Switch1＝|E0_norm-Esteady|；Switch1为上述第一差值。
对于步骤S104、首先对预设阈值的设定进行说明，在一个优选的实施例中，所述预设阈值的设置，具体包括：
获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；
计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；
计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；
根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
具体的，假设上述预设阈值为Z,预设阈值的大小直接影响匝间短路的准确性，预设阈值的大小需要根据实际的短路检测设计目标进行设定；假设，上述预设短路检测设计目标为：检测包括最小值为电阻变化3％，电抗变化1％的电抗的匝间短路：那么此时预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度为3％，最小电抗变化幅度为1％；
那么以A相的电抗器匝间短路为例：假设在正常状态下：
Figure BDA0003428606040000071
ZA＝0.05+j×1；ZB＝0.05+j×1；ZC＝0.05+j×1；
当A相的电抗器发生匝间短路故障，且电阻变化幅度为3％、电抗变化幅度为1％时：
Figure BDA0003428606040000072
ZA＝0.05×0.97+j×1×0.99＝0.0485+j×0.99；
ZB＝0.05+j×1；ZC＝0.05+j×1；
则A相的电抗器发生匝间短路故障后的，三相并联电抗器系统的第二不平衡度为：
Figure BDA0003428606040000081
E2为第二不平衡度；
Figure BDA0003428606040000082
为上述A相的电抗器发生匝间短路故障后，三相并联电抗器系统的归一化零序电压；
Figure BDA0003428606040000083
为上述A相的电抗器发生匝间短路故障后，三相并联电抗器系统的归一化零序电流；
Figure BDA0003428606040000084
分别为上述A相的电抗器发生匝间短路故障后的A相电压、B相电压以及C相电压(三相电压为电力系统的电压，电抗器发生短路后不会变动与正常状态下的电压保持一致)。
则第二差值Switch2＝|E2-Esteady|＝|E2-0|＝|3.4×10-3+j3×10-4|＝0.34％；
则此时预设阈值满足下述条件：
0<Z<Switch2×M；即，0<Z<0.34％×M；M为裕度值，具体数值可由用户设定且的值应大于或等于1。
基于上述方法设定完预设阈值后，判断第一差值在预设时长内是否均大于上述预设阈值，如果是，则判定三相并联电抗器存在匝间短路。
在一个优选的实施例中，上述三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，还包括：
在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
具体的，通过以下公式计算三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值：
Eangle＝∠(E0_norm-Esteady)；Eangle为上述阻抗相角差值；
然后将计算得到的阻抗相角差值与预设的各相电抗器发生故障时的阻抗相角范围进行比对，确定当前三相并联电抗器系统中发生匝间短路的具体是哪一项的电抗器，从而确定匝间短路的故障位置；
示意性的，当210°≤Eangle≤270°时，判定在A相的电抗器发生匝间短路，当90°≤Eangle≤150°时，判定在B相的电抗器发生匝间短路，当-30°≤Eangle≤30°时，判定在C相的电抗器发生匝间短路。通过这一实施例可以实现对短路故障点的定位。
在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
如图3所示，本发明一实施例提供了一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，包括：数据获取模块、平衡度计算模块、差值计算模块以及短路判定模块；
所述数据获取模块，用于获取三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量；
所述平衡度计算模块，用于根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；
所述差值计算模块，用于计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；
所述短路判定模块，用于在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值时，判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
在一个优选的实施例中，还包括：故障位置确定模块；所述故障位置确定模块，用于在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
在一个优选的实施例中，还包括：预设阈值设置模块；所述预设阈值设置模块，用于获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
在一个优选的实施例中，平衡度计算模块根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：
计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
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 (8)

1.一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，其特征在于，包括：
获取三相并联电抗器系统的各电压相量以及电流相量；
根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；
计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；
若在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值，则判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
2.如权利要求1所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，其特征在于，还包括：
在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；
根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
3.如权利要求1所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，其特征在于，所述预设阈值的设置，具体包括：
获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；
计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；
计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；
根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
4.如权利要求1所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测方法，其特征在于，根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：
计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
5.一种三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，其特征在于，包括：数据获取模块、平衡度计算模块、差值计算模块以及短路判定模块；
所述数据获取模块，用于获取三相并联电抗器系统中各电压相量以及电流相量；
所述平衡度计算模块，用于根据各电压相量和各电流相量计算所述三相并联电抗器系统的归一化零序电压以及归一化零序电流，继而根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度；
所述差值计算模块，用于计算所述第一不平衡度与三相并联电抗器系统正常状态下的标准不平衡度的第一差值；
所述短路判定模块，用于在预设时长内所述第一差值均大于预设阈值时，判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路。
6.如权利要求5所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，其特征在于，还包括：故障位置确定模块；
所述故障位置确定模块，用于在判定所述三相并联电抗器系统存在匝间短路后，根据所述第一不平衡度以及所述标准不平衡度，计算所述三相并联电抗器系统匝间短路前后的阻抗相角差值；
根据所述阻抗相角差值确定匝间短路的故障位置。
7.如权利要求5所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，其特征在于，还包括：预设阈值设置模块；
所述预设阈值设置模块，用于获取预设短路检测设计目标所限定的最小电阻变化幅度以及最小电抗变化幅度；
计算所述三相并联电抗器系统发生匝间短路，且发生匝间短路的电抗器的电阻变化幅度为所述最小电阻变化幅度、电抗变化幅度为所述最小电抗变化幅度时，所述三相并联电抗器系统的第二不平衡度；
计算所述第二不平衡度与所述标准不平衡度的第二差值；
根据所述第二差值确定所述预设阈值；其中，所述预设阈值大于零且小于所述第二差值。
8.如权利要求5所述的三相并联电抗器系统匝间短路的检测装置，其特征在于，平衡度计算模块根据所述归一化零序电压以及所述归一化零序电流计算所述三相并联电抗器系统的第一不平衡度，具体包括：
计算所述归一化零序电压与所述归一化零序电流的差值，获得所述第一不平衡度。
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