CN212433321U - 一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，包括缠绕在干式电抗器的端部的感应线圈，以及分别与感应线圈连接的探测器，探测器包括采样模块、无线传输模块、电源模块及防雷电装置，干式电抗器包括干式电抗器上连接的母线，以及与所述电源模块相连接并设置在母线上的取电互感器，探测器固定于母线上；探测器还配有相适配的无线接收器，无线接收器的信号输出通过信号线连接至集线交换器，集线交换器通过信号线连接监控终端，集线交换器还设置信号线连接干式电抗器断路控制端子。本实用新型能够实现在变电站对干式电抗器的匝间绝缘进行实时监测，能够完整的监测匝间短路事故发生早期和成熟期，双重监测，无监测误区。

Description

一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及干式电抗器诊断领域，具体说是涉及一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置。

背景技术

干式电抗器是电力系统重要的无功补偿设备，市面干式电抗器质量参差不齐，维护不到位，电抗器烧毁的事故屡见不鲜。原因多见于：绝缘处理不当、包封龟裂进水以及绝缘老化，最终在干式电抗器匝间短路，引起产品烧毁，所以对于干式电抗器匝间绝缘监测十分必要。

目前关于干式电抗器匝间绝缘监测装置的主要有以下几种：

1、干式电抗器退出运行后试验装置

指干式电抗器退出运行以后，进行匝间绝缘试验对匝间的绝缘性能进行测试，输出任意频率的交流电，使被测试的干式电抗器和与其并联的电容达到谐振频率，再通过高频变压器给电抗器两端提供所需的测试电压(详见专利号CN201510791199.9),该装置主要包括三相调压器、整流电路、逆变电路、RLC滤波电路、高频变压器T和测试电路构成。但是鉴于此装置是用于干式电抗器出厂之前或者检修时的匝间绝缘测试，电抗器需要退出运行以后试验，无法实现设备现场带电在线监测。

2、电抗器匝间绝缘带电监测装置

现有技术公开了一种电抗器匝间绝缘带电监测装置(专利号CN108226699A)，在电抗器三相其中一相的正下方活动设置感应线圈，感应线圈上连接有绝缘手柄，在绝缘手柄上有电压表，利用不同频率的电压施加到电抗器上，对比分析三相电抗器在不同频率下的电流变化，验证空心电抗器是否存在匝间绝缘故障。这种方法一方面需要检验人员靠近电抗器操作，在干式电抗器运行时，不符合变电站安全操作规程；另一方面，这种方法需要三相数据分析对比，考虑到三相电抗器同时存在故障时，这种三相数据失准的情况下采集方法的判断准确性无法保证；最后，干式电抗器存在故障时甚至无法给处调度系统开断信号，将故障电抗器退出运行。因此实现干式电抗器匝间故障在线监测需要在电抗器运行时，进行设备数据实时监测，配备后台软件查看相关动态数据，并对开关设备提供判断信号。

实用新型内容

为了解决现实中存在的上述问题，本实用新型提供一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置。本装置基于磁场差分法和相位差法原理对干式电抗器匝间绝缘进行在线监测。干式电抗器在运行过程中，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，对该短路进行监测，同时对电抗器支路的断路器提供跳闸信号，能够实现在变电站对干式电抗器的匝间绝缘进行实时监测、控制。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，包括干式电抗器支路上的电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器经二次采样输送至电流/电压互感器采集端子，还包括缠绕在干式电抗器的端部的感应线圈，以及分别与感应线圈连接的探测器，所述探测器包括采样模块、无线传输模块、电源模块及防雷电装置，所述干式电抗器包括干式电抗器上连接的进出线，以及与所述电源模块相连接并设置在进出线上的取电互感器，所述探测器固定于进出线上；所述探测器还配有相适配的无线接收器，所述无线接收器的信号输出通过信号线连接至集线交换器，集线交换器通过信号线连接监控终端，所述电流/电压互感器采集端子通过信号线连接到集线交换器，集线交换器还设置信号线连接干式电抗器的断路器控制端子。

上述方案中，所述感应线圈缠绕在干式电抗器的上下两端，所述感应线圈包括感应线圈I和感应线圈II，所述探测器包括探测器I和探测器II，所述感应线圈I和感应线圈II分别对应连接探测器I和探测器II，所述取电互感器包括取电互感器I和取电互感器II，所述取电互感器I和取电互感器II分别对应连接探测器I和探测器II。

上述方案中，所述探测器I和探测器II的上端面设置抱箍，所述抱箍固定在进出线上。

上述方案中，所述取电互感器为电流互感器。

上述方案中，所述无线接收器设置在检修柜中，无线接收器与探测器的水平距离≤50米。

上述方案中，所述集线交换器设置在变电站控制柜中，所述监控终端设置在主控机房。

本实用新型在线监测原理：

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。

1、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

原理，可以由探测线圈感应得到。探测线圈感应的电压信号是一个有一定畸变的正弦波形，通过采样数据拟合该波形，则采样数据和该波形的偏差就是一个随机过程，定义为离差。匝间短路故障早期信号特征是随机的单个脉冲电流或一系列相对集中的脉冲电流，反映在采样数据上，会显著偏离拟合波形，形成远远高于正常数据波动的离差。基于离散随机过程的置信区间的t检验原理，对于随机过程，其数据波形的数字特征以方差σ来表示，则数据离差大于3σ概率＜95％，大于5σ概率＜99％。

a)采集量：在电抗器的端部绕制两段匝数相等，绕向相反的自差分线圈，测量开口电压Uj，采样频率：5000个/s。

b)判断量：差分电压Uj。

c)移动均值

d)随机误差D_j＝U_j-E_j

e)方差

f)报警判据可以表示为：D≥kσ,k＝3～5，当D≥4σ,装置匝间短路故障预警；当D≥5σ,装置匝间短路故障报警。

2、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。

a)采集量：电抗器电压U_A、U_B、U_C；电抗器电流I_A、I_B、I_C，采样频率：5000个/s

b)判断量：电抗器电压电流相位差φ

c)移动均值

d)数据波动：

e)方差

f)报警判据可以表示为：电抗器是感性原件，正常情况相位差在89.9°左右，若相位差的变化超过正常浮动值较小则进行匝间故障预警，超过浮动值较大则进行匝间故障报警。

本实用新型一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置和现有技术相比，其有益效果是：

1.可以实现干式电抗器匝间绝缘故障的在线监测，装置集成两种监测原理，能够完整的监测匝间短路事故发生早期和成熟期，双重监测，无监测误区；

2.依据分析及逻辑判断，在设备发生故障时发出告警；

3.装置预留空接点，为用户增加切除故障电抗器组的功能；

4.装置配备监控终端可以实现图形或表格形式的报表，有亮灯、声音等多种报警方式；

5.在线监测装置存储历史数据，便于分析人员了解电抗器故障发展过程。

附图说明

图1为本实用新型干式电抗器上的监测装置的安装示意图；

图2为本实用新型的控制模块原理框图；

图3为在线监测装置使用状态图。

图中，1.干式电抗器，2.感应线圈，3.进出线，4.探测线圈，5.抱箍，6.取电互感器，7.无线接收器，8.断路控制端子，9.集线交换器，10.监控终端，11.采样模块防雷装置，12.无线传输模块，13.电源模块，14.防雷电装置，15.电流/电压互感器采集端子，201.感应线圈I，202.感应线圈II，301.进出线I，302.进出线II，401.探测器I，402.探测器II，601.取电互感器I，602.取电互感器II。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置作进一步描述。

图1为本实用新型干式电抗器上的监测设备的安装示意图，图2为本实用新型的控制模块原理框图，图3为在线监测装置使用状态图。图中，该在线监测装置，包括干式电抗器支路上的电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器经二次采样输送至电流/电压互感器采集端子15，包括缠绕在干式电抗器1的端部的感应线圈2，以及分别与感应线圈2连接的探测器4，探测器4包括采样模块11、无线传输模块12、电源模块13及防雷电装置14，干式电抗器1包括干式电抗器1上连接的进出线3，以及与电源模块13相连接并设置在进出线3上的取电互感器6，取电互感器6为电流互感器。探测器4固定于进出线3上；探测器4还配有相适配的无线接收器7，无线接收器7的信号输出通过信号线连接至集线交换器9，集线交换器9通过信号线连接监控终端10，电流/电压互感器采集端子15通过信号线连接到集线交换器9，其中电流/电压互感器采集端子15采集干式电抗器支路上的电流互感器和电压互感器，获取干式电抗器的二次电压和电流。集线交换器9还设置信号线连接干式电抗器的断路控制端子8。

图3为在线监测装置使用状态图，图中，感应线圈2缠绕在干式电抗器1的上下两端，感应线圈2包括感应线圈I201和感应线圈II202，探测器4包括探测器I401和探测器II402，感应线圈I201和感应线圈II202分别对应连接探测器I401和探测器II402，取电互感器6包括取电互感器I601和取电互感器II602，取电互感器I601和取电互感器II602分别对应连接探测器I401和探测器II402。探测器I401和探测器II402的上端面设置抱箍5，分别对应固定在进出线I301和进出线II302上。无线接收器7设置在检修柜中，无线接收器7与探测器4的水平距离≤50米。集线交换器9设置在电抗器室，监控终端10设置在主控机房。

本在线监测装置工作过程：

(一)感应线圈2安装在干式电抗器1的端部，该感应线圈2是自差分线圈，由两段绕向相反，匝数相等的高压绝缘线绕制而成，绝缘线径1mm²，两段线之间有一定的距离。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。主要作用是作为一种采样方法，监测电抗器的磁场变化。干式电抗器1正常运行时，感应线圈2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。感应线圈2连接到探测器4，安装在干式电抗器1的进出线3上，主要作用是将感应线圈2的电压接入，采样探测感应线圈2的磁场差分法的差分电压值，并进行分析，最后数据通过无线传输至无线接收器7，传输频率230Hz。

(二)探测器4的电源由取电互感器6，即穿心式电流互感器提供，与探测器4一同安装进出线3上，取电互感器6上的电源模块13在探测器4的内部，将交流电流提供给电源模块13后进行处理输出24V的直流电压。无线接收器7安装在距离探测器4之外的50米范围之内，主要作用是接受输入探测器4处理后发出的信号，无线接收器7接收到该信号后通过485线输出至集线交换器9。集线交换器9安装在变电站的保护小室的控制柜中，外形是标准的工业机箱，内部主要有电源模块、电流互感器、相位差模块、继电器模块、防电压冲击模块和报警装置等用于数据交换的相应部件模块。

(三)干式电抗器一般是一组三相A、B、C同时使用，每相均有进出线，本在线监测装置同时进行三相的监测，探测器4、无线接收器7和取电互感器6根据相应的相数增加，每相两组，集线交换器9可以仅设置一台，同时接入以上三相的电压电流数据。这样接入三相电抗器的电压和电流，进行波形模拟得到电抗器实时相位差法的相位差值。

最终集线交换器9通过485传输线将磁场差分法的差分电压值和相位差法的相位差值输出至监控终端10中安装的监测软件，得到监测软件进行分析处理结果；集线交换器9通过另一路485接收监控终端10发出的软件命令，继而动作断路器控制端子8使继电器输出开关量至电抗器支路的断路器能进行断路控制。

用户也可以自主设置监控终端10的监测软件，依据自身需求将磁场差分法的差分电压值和相位差法的相位差值的数据进行实时处理、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。

本实用新型提供了一种干式电抗器匝间绝缘在线监测装置及两种监测方法，解决了现有技术不能对干式电抗器匝间绝缘故障并发生匝间放电甚至短路进行监测，并对电抗器支路的断路器提供跳闸信号的技术问题，能够实现在变电站对干式电抗器的匝间绝缘进行实时监测，可以实现干式电抗器匝间绝缘故障的在线监测，装置集成两种监测原理，能够完整的监测匝间短路事故发生早期和成熟期，双重监测，无监测误区。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，包括干式电抗器支路上的电流互感器和电压互感器，电流互感器和电压互感器经二次采样后输送至电流/电压互感器采集端子(15)，其特征在于：还包括缠绕在干式电抗器(1)的端部的感应线圈(2)，以及分别与感应线圈(2)连接的探测器(4)，所述探测器(4)包括采样模块(11)、无线传输模块(12)、电源模块(13)及防雷电装置(14)，所述干式电抗器(1)包括干式电抗器上连接的进出线(3)，以及与所述电源模块(13)相连接并设置在进出线(3)上的取电互感器(6)，所述探测器(4)固定于进出线(3)上；所述探测器(4)还配有相适配的无线接收器(7)，所述无线接收器(7)的信号输出通过信号线连接至集线交换器(9)，集线交换器(9)通过信号线连接监控终端(10)，所述电流/电压互感器采集端子(15)通过信号线连接到集线交换器(9)，集线交换器(9)还设置信号线连接干式电抗器(1)的断路控制端子(8)。

2.根据权利要求1所述的用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，其特征在于：所述感应线圈(2)缠绕在干式电抗器(1)的上下两端，所述感应线圈(2)包括感应线圈I(201)和感应线圈II(202)，所述探测器(4)包括探测器I(401)和探测器II(402)，所述感应线圈I(201)和感应线圈II(202)分别对应连接探测器I(401)和探测器II(402)，所述取电互感器(6)包括取电互感器I(601)和取电互感器II(602)，所述取电互感器I(601)和取电互感器II(602)分别对应连接探测器I(401)和探测器II(402)。

3.根据权利要求2所述的用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，其特征在于：所述探测器I(401)和探测器II(402)的上端面设置抱箍(5)，所述抱箍(5)固定在进出线(3)上。

4.根据权利要求1所述的用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，其特征在于：所述取电互感器(6)为电流互感器。

5.根据权利要求1所述的用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，其特征在于：所述无线接收器(7)设置在检修柜中，无线接收器(7)与探测器(4)的水平距离≤50米。

6.根据权利要求1所述的用于干式电抗器匝间的绝缘性在线监测装置，其特征在于：所述集线交换器(9)设置在变电站控制柜中，所述监控终端(10)设置在主控机房。

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