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干式空心電抗器在線監(jiān)測裝置研究及應(yīng)用摘要:針對空心電抗器故障率高的現(xiàn)象,分析空心電抗器主要故障及原因,并根據(jù)故障時(shí)的參數(shù)變化研發(fā)了一種大容量干式空心電抗器在線監(jiān)測方法及裝置。關(guān)鍵詞:干式空心電抗器;故障;監(jiān)測0引言隨著干式空心電抗器的大規(guī)模應(yīng)用及極端惡劣氣候的頻繁出現(xiàn),沙暴霧霾、霜塵雨露以及風(fēng)箏鳥害等,干式空心電抗器發(fā)生故障,引起事故的次數(shù)也逐漸增多。因干式空心電抗器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),起火后很難撲滅,只能燃燒殆盡,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)殃及其周圍的設(shè)備,造成嚴(yán)重的運(yùn)行事故。因此,在電抗器上加裝一種在線監(jiān)測裝置,能夠在電抗器故障初期盡早發(fā)現(xiàn),盡早報(bào)警,將事故危害降低到最低,就顯得尤為必要。1故障原因分析干式空心電抗器為多包封并聯(lián)結(jié)構(gòu),每個(gè)包封內(nèi)由多根帶有絕緣膜的小圓線并聯(lián)繞制而成,運(yùn)行時(shí)工作電流通過導(dǎo)線匯于電抗器各星臂中,最終經(jīng)連接環(huán)由匯流臂流出至母線。當(dāng)導(dǎo)線之間的絕緣膜由于放電、水解、過熱等原因老化到一定程度,相鄰導(dǎo)線直接接觸,由于相鄰導(dǎo)線之間存在電壓差,因此在短路的線匝之間會(huì)形成短路環(huán),此類故障統(tǒng)稱為匝間絕緣故障,也是造成電抗器燒毀的主要原因。短路環(huán)一方面破壞了原有線圈的物理參數(shù),另一方面,在短路環(huán)附近形成較強(qiáng)的附加磁場,進(jìn)一步破壞線圈的固有物理參數(shù),會(huì)使電抗器各并聯(lián)支路的電流分配發(fā)生變化。匝間短路的主要原因如下:(1)干式空心電抗器的運(yùn)行環(huán)境多為戶外,長期暴露在陽光高溫直射的環(huán)境下,加上電抗器本身的運(yùn)行溫升,造成電抗器長期處于高溫的狀態(tài),而絕緣膜的壽命會(huì)隨著溫度的提高大大縮減;(2)空心電抗器無外殼防護(hù),長時(shí)間的日曬雨淋會(huì)導(dǎo)致電抗器包封表面逐漸老化,在電抗器表面形成無數(shù)肉眼不可見的微小縫隙,使得水汽進(jìn)入電抗器內(nèi)部,造成電抗器包封進(jìn)水,加速絕緣膜老化;(3)多數(shù)電抗器不會(huì)長時(shí)間運(yùn)行,僅在需要時(shí)投切進(jìn)線路中。而在投切時(shí),會(huì)產(chǎn)生遠(yuǎn)高于額定運(yùn)行電壓的投切過電壓,對電抗器產(chǎn)生沖擊。在頻繁投切下,電抗器不斷受到?jīng)_擊,使得絕緣膜加速老化;(4)工藝原因使得導(dǎo)線在生產(chǎn)過程中存在薄弱點(diǎn)。同時(shí),運(yùn)輸過程中受到的的顛簸和電抗器在運(yùn)行中持續(xù)受到的電動(dòng)力,使得電抗器的上下端引線容易出現(xiàn)斷線情況,造成電抗器局部溫升偏高,影響電抗器安全運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì),匝間故障和斷線是造成電抗器故障的主要原因,在目前的干式空心電抗器燒毀事故中可占到90%以上。2監(jiān)測方法研究干式空心電抗器由多根圓截面的鋁導(dǎo)線或者銅導(dǎo)線并聯(lián)繞制而成,運(yùn)行時(shí)工作電流通過導(dǎo)線匯與電抗器星臂中,并最終通過匯流排流出。由于電抗器結(jié)構(gòu)在經(jīng)過高溫固化后不再變化,因?yàn)楦餍潜鄣碾娏鞣峙浔壤彩枪潭ǖ?。因此,在電抗器正常運(yùn)行時(shí),各星臂電流之比為固定值,根據(jù)電抗器的電流分配原理,分配電流不會(huì)隨著工作電流等電氣環(huán)境、溫度等自然環(huán)境的變化而變化。而當(dāng)電抗器發(fā)生匝間短路或者斷線時(shí),等效為電抗器導(dǎo)線匝數(shù)或者根數(shù)發(fā)生變化,導(dǎo)致電流分配的平衡被破壞,造成各星臂電流分配發(fā)生變化。特別的,短路匝支路由于匝數(shù)減少、短路匝感應(yīng)磁場的抵消作用,其電流一般會(huì)增大,其他支路會(huì)有不同程度的增加,因此故障支路的電流和非故障支路電流的比例的變化更大,大于單支路電流本身的變化,通過檢測電流比例的變化,檢測靈敏度更高。通過對覆蓋大小容量典型型號(hào)干式空心電抗器在斷線和匝間短路情況下各星臂的電流變化情況進(jìn)行測算,在斷線或者匝間短路的典型工況下,單星臂電流變化比例均在3%以上。3在線監(jiān)測裝置干式空心電抗器故障在線監(jiān)測裝置由測量電流互感器、取能電流互感器、主控裝置、通信管理機(jī)、上位機(jī)等五部分組成(見下圖1、圖2)。測量電流互感器可準(zhǔn)確測量各星臂電流,取能電流互感器選用專用取能電流互感器,具有供電電流大、技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)。主控裝置將獲取的數(shù)據(jù)通過保護(hù)算法進(jìn)行計(jì)算,判別電抗器是否存在故障,如存在故障,將反饋給系統(tǒng)進(jìn)行跳閘處理。通信管理機(jī)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收。上位機(jī)在電腦端實(shí)時(shí)顯示空心電抗器各個(gè)星臂電流信息及算法得到的數(shù)據(jù)。圖1在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖圖2在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖本裝置基于分布電流的測量數(shù)據(jù),通過星臂之間分布電流的對比矩陣,進(jìn)行本體參數(shù)的多維度對比測量,可以有效識(shí)別出電抗器的斷線或者匝間短路故障;電流分配比例取決于電抗器本體結(jié)構(gòu),不受系統(tǒng)電壓、電流的波動(dòng)、環(huán)境溫度的影響,可靠度較高;另外系統(tǒng)采取了可靠的電磁屏蔽措施,檢測系統(tǒng)可在強(qiáng)磁場中穩(wěn)定運(yùn)行,具備較高的環(huán)境適應(yīng)性。4結(jié)語目前行業(yè)上已知的的故障監(jiān)測方法為監(jiān)測電抗器運(yùn)行溫度,運(yùn)行損耗或磁場強(qiáng)度變化來判斷電抗器是否存在故障,但普遍存在延時(shí)性和靈敏度低等問題,無法準(zhǔn)確及時(shí)的判別故障,因此未在市場上得到廣泛推廣。本裝置通過監(jiān)測各星臂電流變化判別斷線或匝間故障的方法,可在斷線和匝間故障的瞬間進(jìn)行準(zhǔn)確判定,防止電抗器燒毀事故的發(fā)生。參考文獻(xiàn):徐林峰,歐小波,馬志欽,羅彩儀.空心電抗器的故障原因研究及應(yīng)對措施.輸變電年會(huì)2013論文集:476-480趙紅玉,張曦,弋
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