基于小波的干式空心电抗器匝间短路故障瞬时特性研究

针对干式空心电抗器少量匝间短路难以检测问题,采用小波分析方法对干式空心电抗器汇流母排匝间短路故障电流的瞬态过程进行研究。试验结果表明,暂态过程持续了9个周期,这期间不平衡电流峰值为短路前1.58倍,短路后的1.162倍;测量不平衡电流能有效排除电网电源波动的影响;小波分析对滤除波形中的高频"毛刺"效果较好。     

不同频率激励下干式空心电抗器匝间绝缘缺陷振动分布特性

干式空心电抗器匝间短路故障频发,危害严重。为此深入研究了干式空心电抗器的振动分布特性,以期提出新的故障检测方法。搭建了干式空心电抗器振动测量实验平台,使用激光多普勒测振仪,对不同频率电流激励下干式空心电抗器匝间短路故障前后振动信号进行测量,得到振动分布曲线。结果表明：匝间短路故障引发的电流变化会显著改变干式空心电抗器振动分布;短路匝附近的振动速度急剧增大,且增大幅度与短路匝电流成正比;利用二阶中心差分法对振动分布数据进行处理,可以准确定位至故障位置。该研究工作验证了基于振动分布特性的干式空心电抗器故障检测方法的可行性,并为其提供了参考。     

匝间短路故障下干式空心电抗器电动力仿真研究

干式空心电抗器运行过程中,由电动力引起的振动现象是其发生匝间短路故障的主要原因之一.为进一步研究电抗器匝间短路故障时电动力分布,利用有限元软件建立了5包封电抗器场-路耦合模型,对正常运行以及发生匝间短路故障的干式空心电抗器的磁场、电流以及电动力分布进行仿真研究.结果表明:正常运行的干式空心电抗器电动力呈现挤压电抗器的趋势;匝间短路发生时,短路匝内部会流过相位落后其余包封电流90°、幅值极大的短路电流;受短路电流及短路匝附近畸变磁场的影响,短路匝上电动力也会急剧增大,且相位也会发生变化.研究工作全面地揭示了电抗器匝间短路故障下工作状态,对电抗器设计和运维提供了理论参考.     

基于场-路耦合法的干式空心电抗器匝间短路特性研究

针对轴向并绕数为1的35 k V/2 330 kvar空心并联电抗器,采用场-路耦合法进行计算,对比分析了不同位置发生匝间短路故障对电抗器短路电流、磁场分布和电动力的影响规律。计算结果表明:匝间短路使得短路匝的短路电流增大了数百倍,极易引起电抗器烧毁;随着短路位置向中心高度、电抗器外层靠近,短路电流逐渐增大;匝间短路故障使电抗器磁场产生畸变,不再沿高度方向上下对称分布,且随匝间短路位置向电抗器外层、中心高度靠近,磁场畸变程度增大;在同一层线圈内,匝间短路位置越靠近中心高度,短路匝所受到的径向电动力越大,轴向电动力越小,当中心高度处短路时,轴向电动力为0;随着匝间短路位置向电抗器外层靠近,短路匝受到的轴向电动力逐渐增大。     

探讨干式电抗器匝间短路故障与漏磁场的关系

干式电抗器经常发生事故,事故分析表明,所有烧毁的电抗器都发生过匝间短路故障,依据麦克斯韦方程可知,发生匝间短路故障的电抗器等效于一台干式空心自耦变压器,低压侧匝数很少,变比很大,短路环中电流密度远超过正常的设计值,短路环会严重过热而烧毁电抗器,引起火灾。为了及时发现干式电抗器的匝间短路故障,本文通过研究三相品字形布置的干式并联电抗器对称中心位置的不平衡磁通在电抗器发生匝间短路故障前后的变化分析该组电抗器的健康状态,并且通过模拟匝间短路试验的方法检验这一论证结果,说明品字形布置干式电抗器匝间短路故障与对称中心位置漏磁场变化量之间存在的关联关系。     

匝间绝缘故障对干式空心电抗器电感参数影响的仿真研究

干式空心电抗器存在匝间故障时,主要对其电感参数造成影响,准确计算空心电抗器不同位置处故障电感参数变化量,对分析空心电抗器故障位置具有很重要意义。文中分别采用解析法和有限元法计算一个完整电抗器线圈电感参数,确定计算结果的准确性,然后采用有限元法模拟线圈匝间短路,针对不同短路位置,计算线圈电感变化量。结果表明:同一故障位置,越靠近外侧对电抗器整体电感参数影响越大;同一层不同故障位置,越靠近中部对电抗器整体电感参数影响越大。通过电路仿真,不同位置处故障,所测波形的衰减频率的不同,验证了电抗器匝间绝缘检测的有效性。     

一起35 kV干式空心电抗器故障分析

结合干式空心电抗器的绝缘材质、运行环境及运行方式的瞬变,对一起35 kV干式空心电抗器故障原因进行分析,发现导致故障发生的主要原因是电抗器的绝缘材质耐热等级低和电容器组的频繁投切导致绕组局部匝间绝缘击穿,造成电流急剧增大,大电流产生高温诱使绕组绝缘相对薄弱处发生匝间短路.并针对性提出故障防范措施,为电抗器的安全运行提供保障.     

高压电抗器匝间短路三维模型计算与分析

为了研究干式空心电抗器匝间短路电流、磁场和电动力随匝间短路故障位置变化的分布规律,基于磁场-电路耦合电磁学理论,建立了外电路约束条件下干式空心电抗器匝间短路故障的三维磁场-电路计算模型。采用有限元法计算正常状态下该模型的电感与各层电流,将计算结果与解析法所得结果、实测数据进行对比,验证了该模型的准确性。建立匝间短路故障模型,精确计算匝间短路电流。研究结果表明:当电抗器发生匝间短路故障时,短路电流较正常电流急剧增加,不同位置的匝间短路故障的短路电流呈现出端部向中心位置、内层向外层增大的趋势;匝间短路故障处的磁场与电动力迅速增大,短路层的磁场与电动力方向发生改变。     

干式空心并联电抗器绕组匝间绝缘故障特征分析

本文通过有限元软件建立仿真分析模型,研究干式空心并联电抗器绕组匝间绝缘故障的物理特征,探寻便于故障监测的敏感状态量。首先在有限元仿真软件中建立基于实际电抗器的“场-路”耦合模型并验证正确性,之后在其绕组不同层、不同高度位置设置匝间绝缘故障,研究回路总电流、等效阻抗、有功功率损耗等电气特征量随故障位置的变化规律,并分析空间磁感应强度和绕组受力的变化情况。结果表明：所研究的电气特征量变化率随绕组单匝匝间短路位置的变化而变化,在径向上呈现从内层到外层增大的趋势,在最外层有所减小,在轴向上由绕组中部向端部逐渐减小。绕组单匝匝间短路状态下的空间磁感应强度和故障绕组受力明显增大,等效电阻、功率因数和有功功率损耗的变化率均在500%以上,变化显著且方便获取,可作为干式空心并联电抗器匝间绝缘故障的在线监测量。     

匝间短路故障下干式空心电抗器振动特性研究

干式空心电抗器运行时长期处于振动状态,其振动特性可以反映电抗器运行状态.匝间短路是导致干式空心电抗器损坏的主要故障,目前缺少有效的故障监测手段.为进一步研究电抗器匝间短路故障时振动特性变化,利用激光多普勒测振系统,结合仿真对正常运行及匝间短路故障下的干式空心电抗器振动分布进行研究.结果表明:正常运行的干式空心电抗器电动力呈现挤压电抗器的趋势,其包封端部振动速度大于包封中部;匝间短路发生时,受短路电流及短路匝附近畸变磁场的影响,短路匝上电动力也会急剧增大,导致短路匝附近的振动速度增加.研究工作全面地揭示了电抗器匝间短路故障下振动特性变化,对研究基于振动特性的电抗器状态监测方法提供了参考.     

基于不平衡电压的相控电抗器匝间短路故障保护方法

相控电抗器在结构上属于干式空心电抗器,工作时其电流会随着相控触发角的变化而变化,其等效阻抗也随之变化.常规干式空心电抗器的匝间短路保护针对恒定阻抗的电抗器设计实现,并不适用于相控电抗器.文中提出一种相控电抗器匝间短路故障保护方法.首先,根据相控电抗器的接线和工作特性,得到两个电抗器之间的不平衡电压;然后,采用滑动数据窗积分的方式计算其不平衡电流;最后,基于差动保护的原理实现了匝间短路故障的判断.所提方法消除了晶闸管触发角对匝间短路故障判据的影响.基于实际工程参数的实时数字仿真结果验证了所提方法的有效性.     

干式空心电抗器匝间绝缘故障位置与电气参数之间关系

为了求得干式空心电力电抗器匝间绝缘故障在线监测的有效方法,建立空心电力电抗器匝间绝缘短路故障时的等效电路模型,给出了等效阻抗、等效电抗、等效电阻及损耗因数4个电气参数的计算方法。分别对不同匝间绝缘短路故障位置下串联和并联空心电抗器的电气参数进行计算,并对不同温度下各个电气参数的变化进行了研究。结果表明:在相同故障位置下串联空心电力电抗器参数变化的范围明显大于并联空心电力电抗器的变化率范围,且损耗因数的变化最大,其次是等效电阻,而等效电抗和等效阻抗的变化很小;同时发现随着电抗器导线温度的升高,空心电力电抗器发生匝间绝缘故障时的电气参数变化都在逐渐减小。建议选择损耗因数作为干式空心电力电抗器匝间绝缘故障监测的电气参量,为干式空心电力电抗器匝间绝缘故障在线监测提供了理论依据。     

特高压交流输电系统中110kV并联电抗器试验及匝间短路保护问题辨析

特高压交流输电系统中110kV干式空心并联电抗器在试验、工艺及匝间短路保护等相关方面存在诸多问题。通过与变压器等产品进行横向比较,指出存在的问题主要是由于干式空心并联电抗器特殊的产品结构所引起。为完善并规范干式空心并联电抗器试验项目,解决特高压交流输电系统中面临的实际问题,以电抗器产品技术协议和相关标准为主要依据,结合工厂惯例,借鉴已有研究结论,对存在的问题逐一进行辨析,指出:110kV干式并联电抗器例行试验体系缺乏完整性,建议在产品例行试验中增加并完善小电流分布测试方法及判据要求,规定导线允许电流密度作为绕组工艺分散性控制指标;雷电全波冲击试验作为例行试验代替绕组匝间耐压试验,采用3次负极性(不采用正极性)全波电压进行绕组内(匝)绝缘耐压试验考核,理论上可不要求进行截波冲击试验;绕组局部放电试验不适用,但应在现行工艺条件下(如不采用整体真空压力浸渍工艺),适当控制电抗器绕组表面爬电距离,按无局部放电进行外绝缘设计;借鉴发电机定子绕组匝间短路的横向差动电流保护原理可提高电抗器绕组匝间短路故障检测灵敏度。     

基于行波反射的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法研究

匝间短路是干式空心电抗器的主要故障类型，目前缺乏有效的离线检测手段以在投运前及时发现潜在的故障。本文基于多导体传输线理论搭建干式空心电抗器绕组的分布参数模型，模拟脉冲信号注入后的折反射过程，研究匝间短路对绕组首、末端响应信号的影响规律。在此基础上提出以响应信号绝对值的积分值构建特征波形，并从中提取特征值对绕组的匝间绝缘状态进行诊断。结果表明：本文基于波过程及多导体传输线理论提出的4组特征值法试验结果与仿真计算结果一致，通过对不同结构电抗器模型进行仿真计算，发现不同结构电抗器发生匝间短路故障时的特征值变化趋势也一致，因此上述方法可应用于不同结构电抗器匝间短路故障的诊断。研究成果可为干式空心电抗器匝间短路故障严重程度和区域定位的诊断提供指导。     

干式空心电抗器局部放电检测探究与事故预防

干式空心电抗器是电力系统中重要的无功补偿设备。近几年,干式空心电抗器在运行中发生多起故障烧损事故。故障分析表明,干式空心电抗器故障多数源于绕组包封内部发生局部放电,随着局部放电的加剧,导致绕组匝间短路甚至贯穿式放电,最终将干式空心电抗器烧毁。提出了在运行中检测干式空心电抗器是否存在局部放电故障的基本思路,并提出通过喷涂PRTV等方法对放电表面进行绝缘修复,从而避免干式空心电抗器烧损事故发生的预防措施。     

文摘

干式空心电抗器是电力系统中重要的无功补偿设备。近几年,干式空心电抗器在运行中发生多起故障烧损事故。故障分析表明,干式空心电抗器故障多数源于绕组包封内部发生局部放电。随着局部放电的加剧,导致绕组匝间短路甚至贯穿式放电,最终将干式空心电抗器烧毁。提出了在运行中检测干式空心电抗器是否存在局部放电故障的基本思路。并提出通过喷涂PRTV等方法对放电表面进行绝缘修复,从而避免干式空心电抗器烧损事故发生的预防措施．     

干式空心串联电抗器匝间短路故障特征研究

干式空心串联电抗器是电力系统无功补偿回路中的重要电气设备,其主绝缘通常采用环氧浇注结构,在实际研究中其匝间绝缘故障设置困难、试验验证成本高。为了监测是否发生匝间短路故障、提高在线监测灵敏度,借助有限元软件Comsol仿真研究了电抗器发生匝间短路时各电气参数的变化情况。首先仿真计算正常状态下电抗器的电感值和电流值,通过与解析计算结果进行比较,验证所建模型的正确性。然后在不同位置分别设置匝间短路故障点以得到电抗器各线圈层电流。最后得出其等效电阻、等效电抗、等效阻抗、功率因数、损耗因数等电气参数的变化情况。仿真分析结果表明:电抗器匝间短路故障点的位置不同,各电气参数变化率也不同,其绝对值由端部向中部、由内层向外层呈现增大趋势,且损耗因数和功率因数变化率较大,对匝间短路故障反应灵敏,可用于干式空心串联电抗器匝间短路故障的在线监测与保护。     

35 kV电抗器故障原因分析及处理

某500 kV变电站35 kV电抗器发生绕组匝间短路故障,通过分析保护动作情况以及现场高压试验结果,确定故障原因为电抗器局部绕组匝间发生短路击穿,暴露出设备在制造过程中存在制造工艺不良的问题,属于家族性缺陷。针对在运并联电抗器出现的本体放电击穿、匝间短路、烧毁等故障,对同批次同类设备进行了精确状态评价,对存在隐患的设备进行了更换。同时提出需进一步加强干式电抗器的出厂监造和验收工作,在运行中开展干式电抗器有效带电监测方法,设备选型方面尽量选用换位导线式干式电抗器等建议。     

铁心电抗器匝间短路的空间磁场分布

干式铁心电抗器发生轻微匝间短路时,其短路匝的循环电流可达额定电流的十几甚至几十倍,导致绕组绝缘损坏,但其相电压、电流等电气特征量变化较小,无法作为电抗器匝间保护的可靠判据。本文通过场路耦合有限元仿真分析了铁心电抗器在不同工况下的空间磁场分布,正常工况下,电抗器的漏磁场感应强度较小,空间磁场呈纵向对称分布;故障工况下,空间磁场的不对称程度随短路匝数增加而增大,轴向和径向的不同位置发生故障时空间磁场不对称度差异较大。结合分析结果,提出将电抗器空间磁场的不对称度作为匝间短路的检测判据。     

10 kV及35 kV干式空心电抗器匝间绝缘试验方法分析及应用

针对10 kV及35 kV干式空心电抗器匝间短路故障频发的问题,分析了直流电阻测量法、阻抗测量法和高频脉冲振荡电压检测法的原理.人工短路试验数据表明直流电阻测量法和阻抗测量法对一匝匝间短路等轻微的故障检测灵敏度不高.而高频脉冲振荡电压检测法的相关计算表明,匝间短路会引起线圈电阻值和电抗值发生较大变化.电抗器电压波形振荡频率增大,衰减速度加快,衰减周期减小.利用高频脉冲振荡法对空心电抗器的匝间绝缘进行试验,通过比较分析电压振荡波形,能有效检测匝间短路.最后通过大量的现场试验,成功发现了多起10 kV及35 kV干式空心电抗器匝间短路故障,验证了高频脉冲振荡电压法检测干式空心电抗器匝间短路故障的有效性.