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。     

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.     

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.     

基于功角特性的干式空心电抗器匝间绝缘在线监测技术

干式空心电抗器在长期运行中由于绝缘老化而故障频发,其中匝间短路故障率最高。建立电抗器匝间短路故障等效电路模型,分析了匝间绝缘短路故障引起的电抗器功角变化特性,基于此提出一种基于功角特性的干式空心电抗器匝间绝缘在线监测技术。采用改进中值滤波算法对原始数据进行去噪处理,通过修正理想采样频率法消除了非整周期采样带来的采样误差,利用谐波分析法获取电抗器的功率因数角。试验结果表明,所提技术可以实现对电抗器的少匝匝间绝缘短路故障的有效监测。     

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。     

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。     

故障位置和频率对干式空心并联电抗器参数的影响

为了探究干式空心并联电抗器匝间短路后的参数变化,建立了匝间短路故障下的等值电路模型,计算了不同频率、故障层、故障高度下等值电阻和等值电感的变化量。结果表明,随频率的升高电抗器匝间短路引起的等值电感和电阻变化量增加,尤其在外部中间层位置短路时变化量最为明显。因此在电抗器的日常监测中,应重点加强在高频电压下电抗器外层包封的电气参数测量。     

匝间短路干式空心并联电抗器故障电流分析

本文中作者建立了匝间短路干式空心并联电抗器的等值电路,以一台BKK-20000/63型电抗器为例,解析了其故障电流特性。     

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.