基于纳秒脉冲技术的超/特高压设备绕组变形带电检测研究

绕组变形检测作为超/特高压绕组设备(变压器/高压电抗器)的检验项目,采用传统的离线检测,无疑限制了主要依靠带电检测/在线监测信号支持的电气设备状态评价。根据新疆电网750 k V变压器/高压电抗器状态评价需要,提出实现该类设备带电检测/在线监测设想,采用在高/低压套管末屏位置加装耦合电容和隔离装置,在高压套管侧注入激励纳秒脉冲而在低压套管侧检测其响应信号,构建绕组变形故障诊断的特征曲线。通过建模理论研究纳秒脉冲法检测绕组变形故障并首次设计现场耦合电容环和隔离装置对新疆乌北变电站750 k V高压电抗器进行3种试验电压实测和分析,研究结果表明,该方法实现超/特高压设备绕组变形故障的带电检测技术是可行的。     

基于套管CCS的高压并联电抗器绕组故障检测方法研究

针对高压并联电抗器绕组故障检测的必要性和现有方法的不便捷性,提出一种基于套管电容耦合传感器的绕组故障检测方法。该方法依据脉冲频率响应法的基本原理,充分考虑了高压并联电抗器的结构特点,采取了套管耦合的方式实现信号的注入与测量。并联电抗器绕组故障的电路仿真,初步证实了检测方法的可行性。现场750 kV健康电抗器实验与故障模拟实验的测试分析,进一步证实了检测方法的可行性和有效性,为后续该方法的现场应用及在线应用推广奠定基础。     

基于纳秒级脉冲响应法带电检测变压器绕组微变形技术有效性仿真与试验研究

为了实现带电检测电力变压器绕组变形、克服离线检测的不足,达到及时发现运行变压器潜伏性故障的目的,文中提出了基于套管末屏注入的绕组变形带电测试方法。利用纳秒脉冲源将检测频段提高至20 MHz,建立了绕组等效模型来仿真绕组变形,对实验室中的变压器绕组进行了带电检测试验,并对可能会对试验造成干扰的因素进行了研究。实验结果表明该方法能够有效识别绕组的微小变形,具备实际在线应用的潜力;而且信号源幅值、采样率、测量引线和高频CT的位置均对检测结果有不同程度的影响。     

带并联电抗器输电线路三相永久性和瞬时性故障的判别方法

针对带并联电抗器的高压输电线路,提出了用于三相自适应重合闸的识别三相瞬时和永久性故障的差模电压幅值判据。线路中发生三相故障两端三相跳闸后,由于分布电容和并联电抗器的储能,线路上会有残余电压出现。通过对其变化过程和暂态分量的分析可发现,线路差模电压为频率接近工频的衰减周期分量,并且随故障性质的不同而明显不同,因此利用差模电压的幅值就能有效判断故障性质。大量EMTDC仿真结果和动模实验录波数据证明了该方法的准确性和可靠性。     

基于数据驱动的500 kV高压并联电抗器过流误报警在线判别方法研究

为提升500 kV并联电抗器在线监测的准确性,提出了基于逻辑回归和主成分分析的并联电抗器过流误报警在线判别方法。首先,分析了并联电抗器所在母线电压互感器以及电抗支路电流互感器测量误差对过流报警条件概率的影响。其次,定义逻辑回归拟合函数的中心点及不确定域为故障检测的二维关键指标,并利用主成分分析法生成一维综合指标。最后,通过将检测日综合指标与设备正常运行工况下综合指标进行对比,对检测日过流报警的正确性进行判别。该方法只需使用高压并联电抗器所在母线的电压测量有效值和监控系统所报出的过流报警信号,无需额外增加测量设备。以某实际500 kV高压并联电抗器作为算例进行的仿真实验,验证了该方法的有效性。     

基于参数不平衡检测的电抗器匝间保护方法

本文提出了一种基于参数不平衡检测的高压并联电抗器匝间保护方法,该方法建立在时域参数模型基础上,利用高压电抗器的本末端电气量,计算出在最小二乘意义下的各相的电气参数。基于高压分相并联电抗器不可能三相同时发生匝间短路故障的前提下,通过构建体现三相参数不平衡和参数突变的综合检测判据,来识别高压电抗器是否发生匝间短路故障。     

10 kV配电变压器高空电磁脉冲效应实验研究

高空电磁脉冲具有场强幅值高、分布范围广、频谱范围宽等特点,可以通过广域分布的配电线缆耦合进入配电变压器,较大的电流变化率会在绕组中感应一定的匝间电压对变压器匝间甚至相间绝缘可能会造成威胁。因此,针对典型10 kV油浸式配电变压器和干式配电变压器开展电磁脉冲效应实验,对比分析其效应现象与阈值规律。搭建了可用于开展10 kV配电变压器运行状态电磁脉冲效应实验的研究平台,主要由10 kV真型配电系统和电磁脉冲注入系统两部分组成,可向10 kV配电变压器共模注入三相纳秒级脉冲电流。基于该实验平台,分别针对所研究的10 kV油浸式配电变压器和干式配电变压器开展系统不带电和系统带电运行状态下的对比效应实验并获取实验数据。结果表明,在该实验脉冲注入电流的幅值范围内,即三相脉冲注入电流最大峰值约为500A,油浸式变压器和干式变压器均具有一定的抗电磁脉冲能力,实验中未发生故障效应。     

并联高压电抗器交流回路系统检测方法研究

本文对超高压及以上电力系统采用并联高压电抗器的作用进行了简要地分析,针对并联高压电抗器交流电流电压回路检测方法进行了分析;同时,根据高压电抗器二次回路电流幅值较小不容易检测的特点,提出了运用二次电流放大技术实现对高压电抗器交流回路系统的检测。     

1000kV分级式可控并联电抗器 在特高压变电站的应用

在介绍可控并联电抗器的技术特点及应用状况的基础上,分析了1 000kV分级式可控并联电抗器的接线与工作原理,并对主要设备参数进行选择,结合实际情况,提出适用于特高压变电站的1 000kV分级式可控并联电抗器布置方案。该方案可控并联电抗器额定容量大,高压侧三相绕组采用星形连接,中性点经小电抗器接地;低压侧三相绕组采用星形连接,中性点直接接地。便于设备选择及降低设备绝缘水平,满足了可靠性、灵活性和经济性的要求。     

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。     

变压器式可控并联高压电抗器的稳态建模

详细讨论了变压器式可控并联高压电抗器(CSRT)的工作原理,深入分析了CSRT各低压控制绕组之间的耦合关系,并在此基础上建立了CSRT等值阻抗的稳态数学模型,该模型仅含有实验易获取的变压器漏抗参数。利用本文的数学模型,计算了某变压器式可控并联高压电抗器等值电抗与触发角、控制绕组数的定量表达关系,验证了CSRT电抗可连续调节的特性。另外,从实际超高压电网的可控高抗工程应用角度,分析了特殊故障引起安控动作之后轻载运行电压高的问题,并研究了可控高抗投入对系统母线电压水平和关键断面传输功率的影响。     

750 kV高压并联电抗器局放检测异常分析

文中介绍了一起750 kV高压并联电抗器局放检测异常案例,通过带电检测和综合监护系统成功捕捉到了高压电抗器内部间歇性放电信号,进一步明确了微弱乙炔状态下的缺陷类型。通过超声传感器联合定位方法确定了局放源的位置,并通过解体确定了故障原因。本次高压电抗器局部放电信号异常的原因为电抗器内部由于长期振动的原因,导致电抗器出现了螺丝脱落,悬浮颗粒造成的油隙打火,而螺丝松动的原因为锁固剂涂覆不规范、螺栓紧固力矩不符合要求。通过对该案例缺陷的处理和分析,在高压电抗器安装、验收、运维检修等方面提出相应建议防止该类缺陷再次发生。     

基于振动信号的高压并联电抗器故障诊断方法与监测系统研制

通过研究高压并联电抗器表面振动信号的幅频与分布特性,结合斯皮尔曼相关性分析,寻找并验证能够表征高压并联电抗器机械故障状态的特征参数,将振动信号的分段离散功率谱、主成分系数等参数组成特征向量,综合K-临近算法、支持向量、神经网络等多种机器学习方法实现对高压并联电抗器机械故障的诊断。在此基础上研发了一套在线监测系统,具有信号采集分析、故障诊断预警、数据智能采样存储、特征观察分析等功能。经实验测试表明,该系统诊断准确、性能稳定、方便智能,具有一定的实用价值。     

特高压交流输电线路单相重合闸无故障识别电压电流组合判据

为实现特高压输电线路单相重合前无故障判别,分析了不同情况下带并联电抗器的特高压线路单相故障时断开相的电压和并联电抗器电流的幅值及频率特征,提出了利用Prony算法提取断开相电压和并联电抗器电流的主要低频分量频率及幅值信息作为组合判据。结果表明:故障未消失时,断开相电压和电抗器电流无自振低频分量,仅有工频周期分量;而故障消失后,断开相电压和并联电抗器电流存在工频和自振低频2种周期分量。电抗器补偿度对断开相电压及电抗器电流的幅值影响较大,但自振低频分量频率由线路固有参数决定,因此利用电压量和电流量作为综合判据避免了以单一电气量幅值判别可靠性低的不足。通过大量的ATP仿真验证了该判据能够实现重合前无故障的可靠识别,且判据基本不受系统运行状态及故障条件的影响,有利于提高带并联电抗器线路单相重合闸的重合成功率。     

快速响应磁控电抗器抑制特高压操作过电压研究

针对高电压等级电网的过电压限制与无功补偿存在矛盾的问题,提出了一种大容量并具有快速响应能力的磁控电抗器的设计方案.磁控电抗器的本体采用单相双绕组结构,保证了运行可靠性;接入电网的三相电抗器组的工作绕组以星形联结,中性点接小电抗,控制绕组为三角形联结以减小输出谐波;通过对低压控制回路直流电压的调节实现对电抗器输出容量的控制.提出2种励磁方式实现了磁控电抗器响应速度的大幅提高;也可采用控制绕组短接的方法实现电抗器容量的突增,以限制线路的操作过电压水平.应用一条1000 kV特高压线路模型,对采用常规并联高压电抗器和磁控高压电抗器时对三相对称合闸过电压的限制效果进行了计算分析,结果表明应用快速响应磁控电抗器可以对特高压线路操作过电压进行有效限制.     

基于离群点检测的高压并联电抗器本体 电流互感器测量异常故障在线诊断

为提升高压并联电抗器过电流在线监测系统的准确度,提出了基于离群点检测的高压并联电抗器本体电流互感器测量异常故障在线诊断方法。首先,利用Sigmoid函数对母线特定电压条件下电抗器过电流报警信号条件概率与母线电压有效值间的函数关系进行拟合,并选取函数中心点及不确定域作为特征指标,构成二维关键特征数据点(KCDP),用以进行故障诊断。其次,将正常工况下获得的多个关键特征数据点以及检测日关键特征数据点构成诊断数据集,利用孤立森林算法对其进行离群点检测,计算集合中每个关键特征数据点的异常分数。最后,假设正常工况下关键特征数据点的异常分数满足威布尔分布,基于分布的置信区间给出了高压并联电抗器本体电流互感器测量异常故障的诊断判据。某实际500kV高压并联电抗器算例,验证了方法的有效性。     

带并联电抗器输电线路三相自适应重合闸永久性故障判别

提出了一种适用于带并联电抗器的输电线路的相间瞬时性和永久性故障判别的新方法,利用三相并联电抗器电感参数的识别结果实现三相自适应重合闸。相间瞬时性故障待故障点熄弧后,三相储能由各自的自振回路释放;而相间永久性故障时,故障相的储能由故障回路可靠释放,非故障相储能则由自振回路得以释放。因此,以瞬时性π模型为参考模型,利用三相并联电抗器电流量实现三相并联电抗器电感参数的识别,由电感参数识别值与真实值的差异来区分永久性故障和瞬时性故障。瞬时性故障情况下,三相自振回路与参考模型一致,三相并联电抗电感求解值与真实值十分吻合。永久性故障情况下,由于故障相故障回路存在,故障相的并联电抗电感求解值与实际值差异显著。大量ATP仿真结果验证了判别方法的正确性和有效性。     

带并联电抗器输电线路永久性故障判别的研究

以瞬时性故障模型为参考模型,根据已知量求取并联电抗器故障相电流,利用该求取电流与并联电抗器故障相实际测量电流之差同中性点小电抗器电流幅值比来实现永久性故障的判别。通过利用ATP仿真验证和西北电网330kV系统的故障数据验证,结果表明该方法可准确判别瞬时和永久性故障。     

带并联电抗器输电线路永久性故障判别的研究

以瞬时性故障模型为参考模型,根据已知量求取并联电抗器故障相电流,利用该求取电流与并联电抗器故障相实际测量电流之差同中性点小电抗器电流幅值比来实现永久性故障的判别.通过利用 ATP 仿真验证和西北电网 330kV 系统的故障数据验证,结果表明该方法可准确判别瞬时和永久性故障.     

基于暂态过电压特性的电力变压器绕组变形故障在线检测

为了在线检测电力变压器绕组变形,及时发现运行变压器潜伏性故障,结合频率响应法的基本原理和变压器绕组在运行期间遭受站内过电压冲击特性,提出了基于暂态过电压特性的绕组变形故障在线检测方法。基于耦合电容原理,通过有限元软件仿真技术,研制了用于在线获取过电压信号的传感器,并进行了相关性能实验测试。与此同时,开展了模拟绕组不同故障类型、故障程度和故障位置的试验。结果表明:研制的110 k V和10 k V过电压传感器均满足过电压信号的在线测量要求,分压比分别为109 723和10 231,响应时间50 ns;绕组试验中不同故障类型绕组的频率响应曲线体现出差异性,不同故障程度和故障位置绕组的频率响应曲线体现出规律性。频率响应曲线波峰波谷变化能综合反映绕组故障信息,从而确定了提出的绕组变形故障在线检测方法具备实际在线应用的潜力。