CN115441408A - 一种干式电抗器保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种干式电抗器保护装置,包括安装在电抗器两端的探测线圈,所述探测线圈由两段绕向相反,匝数相等的高压绝缘线绕制而成,使得强电磁环境的感应电压通过等匝数的正绕和反绕结构得到大幅度降低和相互抵消,环境的电磁干扰从传输线两端相互抵消,不会对弱电信号构成影响,绝缘线径1mm2,两段线之间有一定的距离,主要作用是作为一种采样方法,监测电抗器的磁场变化;解决了现有技术不能对电抗器多种故障全方位的进行可靠预警,保护,在匝间短路瞬间报警切除故障电抗器,避免用户事故扩大的问题;依据分析及逻辑判断,在设备发生故障时根据故障状态合理发出告警,跳闸;装置预留空接点,为用户增加切除故障电抗器组功能。

Description

一种干式电抗器保护装置
技术领域
本发明属于干式电抗器技术领域,具体涉及一种干式电抗器保护装置。
背景技术
电抗器是电力系统重要的无功补偿设备,在平衡网络无功,维持系统电压等方面有重要作用,近年来,由于恶性竞争造成的电抗器质量参差不齐,加之维护不到位,电抗器烧毁的事故屡见不鲜,虽然事故原因各种各样:绝缘处理不当、包封龟裂进水以及绝缘老化,但根本原因都是电抗器匝间短路,才会引起产品烧毁,由于目前没有成熟的电抗器专用保护装置,无法像电容器继电保护那样标准化,又鉴于电抗器匝间短路故障起火烧毁时间短等因素,所以急需一种能够解决电抗器专用保护的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种干式电抗器保护装置,以解决上述背景技术中提出的现有干式电抗器质量参差不齐,烧毁事故频率高,存在较大的安全隐患问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种干式电抗器保护装置,包括安装在电抗器两端的探测线圈,所述探测线圈由两段绕向相反,匝数相等的高压绝缘线绕制而成,使得强电磁环境的感应电压通过等匝数的正绕和反绕结构得到大幅度降低和相互抵消,环境的电磁干扰从传输线两端相互抵消,不会对弱电信号构成影响,绝缘线径1mm2,两段线之间有一定的距离,主要作用是作为一种采样方法,监测电抗器的磁场变化,电抗器正常运行时,线圈的两端有一定的差分电压值,匝间故障早期,因为脉冲信号,电压会产生突变,在所述电抗器上的进出线上还安装有探测器,探测器的外壳是非导磁材料制成,所述探测线圈的端部分别与单一的探测器连接,主要作用是将探测线圈的电压接入,采样探测线圈的电压值,并进行分析,最后数据通过无线传输至接收器,探测器电源由穿心式的I/V互感器提供,与探测器一同安装母线上,I/V互感器的电源模块在探测器的内部,在探测器的外部通过无线连接有接收器,所述接收器安装在检修柜内,所述接收器通过电线连接有智能保护机构,所述智能保护机构的外部连接有监控器上位机,所述接收器、I/V互感器以及监控器上位机均分别与智能保护机构并联。
作为本发明中一种优选的技术方案,所述智能保护机构的内部设置有电源模块、电流互感器、相位差模块、磁场法模块、继电器模块、防电压冲击模块和报警装置,主要作用是对接入三相电抗器的电压和电流数据,以及磁场法、相位差法中电信号转数字信号后的数据进行阈值判断。
作为本发明中一种优选的技术方案,所述I/V互感器与智能保护机构均安装在电抗器保护室内,所述I/V互感器与智能保护机构之间通过桥接线连接。
作为本发明中一种优选的技术方案,所述探测器的内部设置有采样模块、无线传输模块、防雷电模块,以及提供I/V互感器电源的电源模块。
作为本发明中一种优选的技术方案,所述接收器、智能保护机构以及监控器上位机通过电线与外部220V电压电连接
作为本发明中一种优选的技术方案,还包括在保护装置内编辑构成的多种保护逻辑方法,具体包括:两段式电流保护方法、母线过电压保护方法、相位差法保护方法、磁场差压法保护方法。
本发明所涉及的智能保护原理:
干式电抗器在运行过程中,由于匝间承受同向的工频交变电流,产生波动应力,由于绝缘材料的不可避免的老化或者工艺缺陷等因素,导致匝间出现短路,这种短路会在某些局部区域、位置形成,匝间短路的发展期可以分为早期和成熟期。同时对于实际运行中出现的过流、过压通过继保原理全方面保护。
一、磁场差压法保护
正常状态下电抗器的磁场分布是一个对称的连续变化的空间分布,发生匝间短路的情况下,故障早期,因为其间断性的短路特征,其磁场分布会在故障发生的位置出现畸变,这种瞬态的畸变反应在感应探测线圈的感应电压值上,就是显著的脉冲信号,根据电磁场
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原理,可以由探测线圈感应得到。
磁场法模块通过对探测线圈采集的感应电压数据判断从而作出预警、报警,保护装置的第二屏“磁场差压相关数据”均通过RS485-2口取自外部的磁场法模块,预警统计及报警统计分别对应告警输出及跳闸输出的相应判据。保护装置以1s/次的频率对预警(报警)统计数据进行采集,当采集数值不为零时,相应告警(跳闸)次数加1,在告警(跳闸)延时时间内,统计的告警(跳闸)次数大于告警(跳闸)次数阈值时执行相应告警(跳闸)输出。
二、相位差法保护
匝间故障发展到成熟期以后,会形成短路环,根据电磁感应定律可知短路环内将产生反向电流,且幅值远大于原线圈的层电流,由于线圈内电流发生了变化,所以短路环线圈与其余线圈产生互感。凡是发生匝间短路故障的电抗器其损耗值都比匝间短路故障前的损耗值大得多,相应的相位角和功率因数也会产生变化。干式电抗器在正常工作时总电压与电流存在稳定的相位关系,当发生匝间短路故障时,由于短路环的存在,会使得电抗器的总电压与电流的相位差发生变化,因此,可通过检测相位差的变化对电抗器是否发生故障进行在线检测。
为了防止投切涌流造成的误动作,当有分合闸变位时,在分合闸延时时间内不执行相位差法保护。断路器位置为分位时,相位差法保护不启用。
相位差法保护是三相相位角与90°做减法绝对值运算,当运算值大于保护定值则记1,否则记0,在保护延时时间内控制器以10ms/次的频率对1、0进行次数统计,统计次数大于跳闸次数阈值时,执行跳闸输出。
三、两段式过流保护
过流一段保护,也称速断保护:
这个保护电流整定值非常大,而且没有整定时间,也就是说,只要达到这个电流值,保护装置必须立即动作(实际反应速度在毫秒级别)。
过流二段保护:
保护电流整定值比一段小,也有整定时间。线路电流达到整定值
并持续一段时间后,保护动作。过流二段保护的电流整定值,必须保护本线路的全长,二段保护是本线路的主保护。
两段式过流保护作为电抗器内部故障的后备保护,两段式电流保护均可设为跳闸/退出,各段均可独立投退。
过流Ⅰ段保护:
电流输入量取电抗器首端CT三相电流中,当电抗器三相电流中最大值大于Ⅰ段动作电流的整定值时,带时限动作于跳闸。
过流Ⅱ段保护:
电流输入量取电抗器首端CT三相电流中,当电抗器三相电流中最大值大于Ⅱ段动作电流的整定值时,带时限动作于跳闸
四、过压保护
过压保护是指被保护线路电压超过预定的最大值时,使电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式。母线过电压保护取母线电压是为了防止母线电压过高时损坏电抗器。过电压保护压板可设置为退出或跳闸。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.解决了现有技术不能对电抗器多种故障全方位的进行可靠预警,保护,在匝间短路瞬间报警切除故障电抗器,避免用户事故扩大的问题;
2.依据分析及逻辑判断,在设备发生故障时根据故障状态合理发出告警,跳闸;
3.装置预留空接点,为用户增加切除故障电抗器组功能;
4.装置可以提供图形或表格形式的报表,有亮灯、声音等多种报警方式;
5.无需配备上位机,装置显示屏即可设置、读取各种状态信息参数。
6.装置存储历史数据,便于分析人员了解电抗器故障发展过程;
7.可以实现干式电抗器匝间绝缘早期和成熟期故障以及运行状态中的过流、过压的保护,装置集成四种保护原理,能够全面的的监测保护匝间短路事故发生早期和成熟期,多重保护,无保护误区。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明探测线圈的结构示意图;
图3为本发明两段式电流保护逻辑框图;
图4为本发明母线过电压保护逻辑框图;
图5为本发明相位差法保护逻辑框图;
图6为本发明磁场差压法保护逻辑框图。
图中:1、电抗器;2、探测线圈;3、探测器;4、接收器;5、检修柜;6、I/V互感器;7、电抗器保护室;8、智能保护机构;9、监控器上位机。
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做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。
请参阅图1至图6,本发明提供一种技术方案:一种干式电抗器保护装置,包括安装在电抗器1两端的探测线圈2,探测线圈2由两段绕向相反,匝数相等的高压绝缘线绕制而成,使得强电磁环境的感应电压通过等匝数的正绕和反绕结构得到大幅度降低和相互抵消,环境的电磁干扰从传输线两端相互抵消,不会对弱电信号构成影响,绝缘线径1mm2,两段线之间有一定的距离,主要作用是作为一种采样方法,监测电抗器的磁场变化,电抗器正常运行时,线圈的两端有一定的差分电压值,匝间故障早期,因为脉冲信号,电压会产生突变,在电抗器1上的进出线上还安装有探测器3,探测器3的外壳是非导磁材料制成,探测线圈2的端部分别与单一的探测器3连接,主要作用是将探测线圈2的电压接入,采样探测线圈2的电压值,并进行分析,最后数据通过无线传输至接收器4,传输频率230Hz,探测器3电源由穿心式的I/V互感器6提供,与探测器3一同安装母线上,I/V互感器6的电源模块在探测器3的内部,将交流电压提供给电源模块后进行处理输出5A的直流电流,在探测器3的外部通过无线连接有接收器4,接收器4安装在检修柜5内,接收器4通过电线连接有智能保护机构8,智能保护机构8的外部连接有监控器上位机9,接收器4、I/V互感器6以及监控器上位机9均分别与智能保护机构8并联。
本实施例中,智能保护机构8的内部设置有电源模块、电流互感器、相位差模块、磁场法模块、继电器模块、防电压冲击模块和报警装置,主要作用是对接入三相电抗器1的电压和电流数据,以及磁场法、相位差法中电信号转数字信号后的数据进行阈值判断,通过485传输线输出至监控器上位机9上的监测软件,得到监测软件进行分析处理结果,其中监测软件主要作用是能够将磁场差压法和相位差法的数据实时处理、显示、保存等功能;按照模块功能分为功能设定、联机监控、参数设定、预警历史、预警数据、报警音乐试听、强制退出、监控调试和模拟监控九大区域,具体如下:
1)功能设定:软件监控界面分别对应上部磁场法探测监控,下部磁场法探测监控,相位差法探测监控状态,可以通过对应区域的选项打开或关闭状态、实时数据、实时曲线的显示功能;
2)联机监控:进入此功能,可启动实时监测并在监控界面显示数据和曲线,勾选【实时显示】用于实时显示数据通讯,否则隐藏数据显示;【返回】用于隐藏通讯设置界面,返回主监控界面;
3)参数设定:主要进行系统界面运行参数设定和探测模块地址定义;
4)预警历史:显示电抗器1运行过程中的预警、报警历史纪录,帮助用户、技术人员界定、分析故障和排除措施;
5)预警数据:显示电抗器运行过程中的预警、报警历史数据、曲线,输出监控状态评价报告和输出可交换的预警报警历史数据文档(Excel格式),帮助技术人员界定、分析故障和排除故障;界面分为3个功能区,对应制定电抗器的上部、下部磁场法探测模块的历史数据曲线和相位差法监控历史数据曲线,鼠标单击标签,调出功能菜单和界面操作说明,用户可以设定时间区间、缩放曲线、在计算机桌面按时间为名称生成监控报告、数据列表;
6)报警音乐试听:可个性化设置报警音乐,并进行试听;
7)强制退出:为了避免用户误操作,界面屏蔽了最小化、关闭等标准窗口界面的操作和功能。只能由用户在下拉菜单中选择“强制退出”并回答密码才能退出软件;
8)监控调试:调用独立的监控参数可调式的监控界面,用于生成监控数据、调节监控状态,并将参数转移给过程程序使用;
9)模拟监控:软件功能测试模块;
通过另一路485接收软件命令,动作继电器输出开关量至电抗器1支路的断路器控制系统,I/V互感器6与智能保护机构8均安装在电抗器保护室7内,I/V互感器6与智能保护机构8之间通过桥接线连接。
本实施例中,探测器3的内部设置有采样模块、无线传输模块、防雷电模块,以及提供I/V互感器6电源的电源模块,接收器4、智能保护机构8以及监控器上位机9通过电线与外部220V电压电连接
本实施例中,还包括在保护装置内编辑构成的多种保护逻辑方法,具体如下:
参照图3,两段式电流保护方法:两段式过流保护作为电抗器内部故障的后备保护,两段式电流保护均可设为跳闸/退出,各段均可独立投退。
过流Ⅰ段保护:电流输入量取电抗器首端CT三相电流中,当电抗器三相电流中最大值大于Ⅰ段动作电流的整定值时,带时限动作于跳闸;
过流Ⅱ段保护:
电流输入量取电抗器首端CT三相电流中,当电抗器三相电流中最大值大于Ⅱ段动作电流的整定值时,带时限动作于跳闸;
参照图4,母线过电压保护方法:过电压保护取母线电压是为了防止母线电压过高时损坏电抗器,过电压保护压板可设置为退出或跳闸;
参照图5:相位差法保护方法:为了防止投切涌流造成的误动作,当有分合闸变位时,在分合闸延时时间内不执行相位差法保护。断路器位置为分位时,相位差法保护不启用;相位差法保护是三相相位角与90°做减法绝对值运算,当运算值大于保护定值则记1,否则记0,在保护延时时间内控制器以10ms/次的频率对1、0进行次数统计,统计次数大于跳闸次数阈值时,执行跳闸输出;
参照图6,磁场差压法保护方法,保护装置的第二屏“磁场差压相关数据”均通过RS485-2口取自外部的磁场阈模块,预警统计及报警统计分别对应告警输出及跳闸输出的相应判据;保护装置以1s/次的频率对预警(报警)统计数据进行采集,当采集数值不为零时,相应告警(跳闸)次数加1,在告警(跳闸)延时时间内,统计的告警(跳闸)次数大于告警(跳闸)次数阈值时执行相应告警(跳闸)输出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种干式电抗器保护装置,其特征在于:包括安装在电抗器(1)两端的探测线圈(2),所述探测线圈(2)由两段绕向相反,匝数相等的高压绝缘线绕制而成,在所述电抗器(1)上的进出线上还安装有探测器(3),所述探测线圈(2)的端部分别与单一的探测器(3)连接,在探测器(3)的外部通过无线连接有接收器(4),所述接收器(4)安装在检修柜(5)内,所述接收器(4)通过电线连接有智能保护机构(8),所述智能保护机构(8)的外部连接有监控器上位机(9),所述接收器(4)、I/V互感器(6)以及监控器上位机(9)均分别与智能保护机构(8)并联。
2.根据权利要求1所述的一种干式电抗器保护装置,其特征在于:所述智能保护机构(8)的内部设置有电源模块、电流互感器、相位差模块、磁场法模块、继电器模块、防电压冲击模块和报警装置。
3.根据权利要求1所述的一种干式电抗器保护装置,其特征在于:所述I/V互感器(6)与智能保护机构(8)均安装在电抗器保护室(7)内,所述I/V互感器(6)与智能保护机构(8)之间通过桥接线连接。
4.根据权利要求1所述的一种干式电抗器保护装置,其特征在于:所述探测器(3)的内部设置有采样模块、无线传输模块、防雷电模块,以及提供I/V互感器(6)电源的电源模块。
5.根据权利要求1所述的一种干式电抗器保护装置,其特征在于:所述接收器(4)、智能保护机构(8)以及监控器上位机(9)通过电线与外部220V电压电连接。
6.根据权利要求1所述的一种干式电抗器保护装置,其特征在于:还包括在保护装置内编辑构成的多种保护逻辑方法,包括:两段式电流保护方法、母线过电压保护方法、相位差法保护方法、磁场差压法保护方法。
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