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.     

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。     

电场分布以及匝数偏差暂态电动力对干式空心并联电抗器影响的研究

为了研究干式空心并联电抗器绝缘开裂、树枝状放电导致的干式空心电抗器匝间短路事故,文中采用Ansys场—路耦合有限元分析方法,对一台BKDK-20000/35大型电抗器建立仿真模型,通过对干式空心并联电抗器进行电场分布仿真并对电动力数值解析,讨论了因匝数偏差对该电抗器绝缘被破坏的可能性。研究结果表明:内部绝缘匝间电场最大场强比包封端部高;根据计算匝间场强最大值,气隙场强达到2.04 kV/mm,足以发生沿面放电;发现投入电抗器时的暂态电动力增大,并且接近稳态电动力的4倍;匝数偏差造成有偏差层线圈投入暂态电动力的相位发生横向改变,电动力最大值也明显增加。因沿面放电和暂态电动力对匝间绝缘材料起老化和破坏作用,因此会造成干式空心电抗器匝间短路事故,这为干式空心电抗器的事故分析提供依据。     

电场分布及匝数偏差暂态电动力对并联电抗器影响

针对干式空心并联电抗器绝缘开裂、树枝状放电等问题,本文采用ANSYS场-路耦合有限元分析方法,对一台BKDK-20000/35大型电抗器建立仿真模型,通过对干式空心并联电抗器进行电场分布仿真和基于匝数偏差暂态电动力数值解析,讨论了该电抗器绝缘被破坏的可能性。研究结果表明:内部绝缘匝间电场最大场强比包封端部高;根据计算匝间场强最大值,气隙场强达到2.04 k V/mm,足以发生沿面放电;投入电抗器时的暂态电动力增大,并且接近稳态电动力的4倍;发现匝数偏差造成有偏差层线圈投入暂态电动力的相位发生横向改变,电动力最大值也明显增加。沿面放电和暂态电动力对匝间绝缘材料起老化和破坏作用,可以造成干式空心电抗器匝间短路事故,这为干式空心电抗器的事故分析提供依据。     

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。     

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。     

干式空心电抗器故障及运维策略分析

为分析500 k V变电站内干式空心电抗器频繁故障的原因,对干式空心电抗器的结构、特点进行了研究,在分析电网内发生的多起干式空心电抗器故障后发现,引起电抗器故障的最直接原因为匝间短路且故障多发生在干式电抗器投入运行1 h内,引起匝间短路的原因为维护不当、正常投切过程中产生的操作过电压、制造工艺不良、制造材料不良等,线圈匝间绝缘缺陷、包封表面缺陷、局部温升过高是容易导致干式空心电抗器发生故障的3个薄弱环节。根据这些故障特点,从严格执行反措、加强日常巡维等方面对干式空心电抗器的故障提出了有效的防护措施。     

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。     

干式空心电抗器匝间短路汇流母排电流变化规律的研究

干式空心电抗器故障发生最多而又难以检测的是匝间短路故障,除了单根导线绕组的匝间短路外,还有多根导线绕组相互间的匝间短路,而对于电抗器后者故障的研究与保护目前几乎处于空白。针对此问题,文中提出了汇流母排不平衡电流法测绕组间短路,建立了电抗器不同绕组间短路的短路模型,并对其进行了数值仿真,最后实验测量单相干式空心电抗器各汇流母排之间的不平衡电流,验证汇流母排不平衡电流法的可行性。实验发现:不同的导线绕组间发生匝间短路后,短路位置越靠近电抗器端部母排电流测量位置其不平衡电流越大;短路位置越靠近电抗器中部母排电流测量位置其不平衡电流越小;且单相干式空心电抗器发生短路时汇流母排不平衡电流值远远大于单相电抗器短路时总电流变化值。相比于目前依托于单相总电流变化引起的三相零序不平衡电流检测匝间短路故障灵敏度得到极大提高。     

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。