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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于测量阻抗变化的并联电抗器小匝间短路保护

通过分析并联电抗器发生匝间短路后的等效电路,提出了基于测量阻抗变化的电抗器小匝间短路保护方法。此方法根据匝间短路后电抗器测量阻抗降低,辅以电压变化开放判据区分区外故障,能够正确、快速检测正常运行小匝间短路故障以及带匝间故障投入运行的电抗器,并在投入电抗器、区外故障、系统振荡时可靠性高。分析表明,此方法定值整定简单、含义明确,抗电流互感器断线和饱和能力强。动模试验验证了保护方法的正确性与可行性。     

基于电压、电流不平衡度差值的干式变压器匝间短路故障识别方法

干式变压器绕组发生轻微匝间短路时,相电压、相电流等电气量变化甚微,不能作为表征匝间短路故障的敏感特征量,导致相应保护措施缺失,运行过程中设备烧毁事故时有发生。通过建立干式变压器“场-路”耦合仿真模型,利用实际试验和工程计算获取的状态参数,验证模型的准确性。通过建立和分析其绕组匝间短路故障数学模型,提取相电压、相电流不平衡度标幺值的差值,作为判断匝间短路故障的特征量。通过仿真分析不同工况下其绕组发生匝间短路故障时不同电气量的变化情况,论证了所提新故障特征量不仅能提前感知绕组匝间短路故障,而且能够克服固有的三相不对称及不平衡运行带来的影响,有效性、灵敏性兼顾,为实时监测干式变压器绕组匝间绝缘状态提供一种新方法。     

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。     

应用谐波电流比的并联电容器补偿装置电抗器匝间短路保护

针对并联电容器补偿装置的电抗器在发生匝间短路时缺乏相应的保护,提出一种应用谐波电流比的电抗器匝间短路保护方法。当供电臂存在非线性负载时,通过计算电抗器发生匝间短路前后基波电流与谐波电流大小,提出谐波电流比的定义,对比谐波电流比在电抗器匝间短路前后变化,进而对电抗器有无发生匝间短路进行判断。利用Matlab/Simulink进行建模仿真,结果表明,基于谐波电流比的电抗器匝间短路保护能够对电抗器匝间短路故障做出正确判断。     

TCT式并联电抗器控制绕组匝间故障保护方案

基于对晶闸管控制变压器(TCT)式并联电抗器的本体结构和控制绕组匝间短路故障特性分析,提出一种针对其控制绕组匝间故障保护的新方案。该方案综合利用控制绕组匝间故障时网侧零序电压低、补偿绕组零序电流大的特点,采用主判据和辅助判据相结合的方式,主判据采用零序过电流保护元件,采取两段式的整定方式以兼顾匝间故障下保护的灵敏度和容量调节过程中的可靠性;辅助判据由网侧零序高电压闭锁元件构成,并增加闭锁判据,保证TCT式并联电抗器在系统非全相运行、区外不对称故障、电抗器空投、容量调节等暂态过程中保护可靠不误动。基于仿真测试结果确定了所提方案的具体整定方法,并对灵敏度进行了校验,分析计算的结果证明了所提方案的可行性和有效性。