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。     

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。     

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。     

基于损耗角特性监测干式空心电抗器绝缘故障仿真研究

空心电力电抗器在电力系统中经常出现绝缘故障,并且在故障出现前期不易被发现,导致电抗器长时间匝间短路直至烧毁。本文提出一种利用计算损耗角δ在电抗器运行及短路状态下变化的方法对电抗器绝缘故障进行监测。以一台11kV空心电力电抗器为研究对象,编程计算电抗器绝缘故障时各种电气参数并与正常工作参数做对比。仿真结果表明:发生绝缘故障时,电抗器的损耗角δ、等效阻抗、电阻等参数中变化最显著的是损耗角δ;电气参数的变化量会随着电抗器短路匝半径的变大而变大;短路匝位臵越接近电抗器中部,数值变化越明显。     

干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验分析

笔者利用有限元法分析计算了干式空心电抗器线圈的自感、互感及涡流损耗等电磁参数,分析了存在匝间绝缘短路的电抗器在不同频率电源作用下整体电感的变化规律。在分析的基础上,提出的脉冲振荡电压法是适用于干式空心电抗器匝间绝缘故障检测的一种有效试验方法,并设计和研制出一套电抗器匝间绝缘检测设备。通过对绝缘完好和存在匝间短路状况下的两组电抗器试验电压与电流的波形的比较,验证了电抗器匝间绝缘状况检测方法的有效性。     

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.     

干式空心电抗器匝间电弧性短路故障特征提取及诊断方法研究

针对干式空心电抗器早期匝间短路故障,通过分析电抗器匝间电弧性短路过程中的状态参数变化规律,提出了基于时变参数模型的电抗器故障特征提取及诊断方法。首先建立了基于Mayr电弧模型的电抗器匝间短路故障的时变电路模型,并利用傅里叶变换分析了故障电抗器等效电感的频谱特性,发现其等效电感不再恒定而是存在周期性振荡。然后利用时变电路状态方程求解方法,分析在工频激励下故障电抗器输出电流的转移解、零状态响应及频谱特性,证明在匝间电弧的周期性短路过程中,故障电抗器输出电流中将激发出特定次数的谐波分量,分析电流谐波特性可对干式空心电抗器匝间短路故障进行诊断。通过对一起电抗器故障的电流互感器（CT）和电压互感器（PT）录波数据进行求解和分析,验证了本文提出的故障特征提取及诊断方法的可行性和有效性。     

干式电压互感器匝间绝缘监测参量仿真研究

为得到干式电压互感器一次绕组匝间绝缘故障的有效在线监测参量,首先推导出一次绕组分布电阻、电感及电容估算公式,根据某型号干式电压互感器结构参数估算其一次绕组分布参数,得到了等效电抗、等效阻抗模和功率因数3个电气参数计算公式。计算一次绕组不同位置出现单匝、多匝短路故障前后的电气参数,分析其变化规律。结果表明：发生匝间故障时,功率因数的相对变化量最大,等效电抗及等效阻抗模的相对变化量较小;匝间短路位置位于中层中部时电气参数相对变化量达到最大;多匝短路故障时电气参数相对变化量大于单匝短路。建议将功率因数作为干式电压互感器一次绕组匝间绝缘故障的在线监测量。     

配电电抗器匝间短路测试研究

匝间短路是电抗器运行中较常见的故障,鉴于目前对电抗器状态检修不足的现状,本文提出一种适用于配电电抗器匝间短路故障的在线监测方法.首先,搭建电抗器等效电路模型,获得电抗器电气参数计算方法;然后,搭建一套电抗器短路故障在线监测系统;最后,开展不同故障位置和故障程度下电抗器短路测试研究.研究结果表明,电抗器匝间短路的等效电抗和电阻变化率存在短路位置的对称性,中部变化率绝对值最大,两端变化率绝对值最小.随着短路故障的加深,等效电抗呈减小的趋势,减小的幅度有所增加;等效电阻呈增大的趋势,增大的幅度有所增加.该研究技术可实现配电电抗器匝间短路故障的有效监测.     

基于功率因数变化量的干式空心电抗器匝间短路故障在线监测方法

干式空心电抗器匝间短路故障频发,现有的监测方法存在准确度低,可靠性差及成本高等问题。为此,提出了一种基于功率因数变化量的匝间短路故障在线监测方法。建立了匝间短路故障电抗器的电路模型,在不同位置数值计算了故障电抗器电气参数的变化量。在此基础上,确定了以功率因数为被监测量,并采用谐波分析法求取功率因数,最后搭建了试验平台进行试验研究。研究结果表明,匝间短路故障后,总电流变化很小,功率因数明显变大,各种电气参数的变化量均与短路位置有关。试验结果与理论分析结果相一致,验证了监测方法的正确性和有效性。     

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。     

基于电抗器开断过电压特征分析的匝间绝缘短路故障在线辨识

干式空心电抗器内部包封固化不易拆卸,当出现匝间绝缘短路故障时难以发现,停电检修维修成本较大周期较长,为了能利用运行中的信号在线检测出匝间绝缘故障,提出一种基于电抗器开断过电压特征分析的匝间绝缘故障辨识方法：在电抗器匝间绝缘短路故障分布式参数模型基础上,建立了带有匝间绝缘短路故障的电抗器开断过电压模型,分析匝间绝缘短路故障对电抗器开断过电压波形的影响作用,并利用变分模态分解算法对过电压波形进行频谱分析,最后搭建计及匝间绝缘故障开断过电压仿真模型,对存在不同程度的绝缘短路的电抗器进行开断模拟,获取电抗器开断电压波形及其振荡频率等数据,对波形数据进行分析和特征提取,量化开断过电压最大幅值及振荡频率与绝缘之间的差值,可以有效辨识出匝间短路故障。     

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。     

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。     

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。     

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.     

匝间短路状态下干式空心电抗器电感量的分析

针对干式空心电抗器匝间绝缘故障,采用磁矢位法对故障状态下空心电抗器电感量进行了分析。在分析过程中,考虑到故障线圈中环流所形成的磁场对干式空心电抗器电感量影响下,得出故障状态下干式空心电抗器电感量计算的精确解析表达式。在此基础上,利用电磁仿真软件MAGNET对干式空心电抗器磁场及故障线圈环流进行仿真分析,并对相同故障状态的电抗器进行不同频率下的电感量测量。由仿真和测试结果表明:故障线圈环流对干式空心电抗器电感量影响较大,其影响随着频率增大而增大,最终趋于稳定,这与故障状态下干式空心电抗器电感量计算表达式分析结果一致。由此可见,所推导的故障状态下干式空心电抗器电感量计算解析表达式可用于工程实践。     

干式空心电抗器股间短路故障仿真研究

随着电力工业的发展,干式空心电抗器得到了越来越广泛的应用,因其故障导致的安全事故也越来越多。使用多股并绕的干式空心电抗器理论上可以有效避免短路故障产生,但在实际运行中仍有故障出现,目前缺少针对电抗器股间短路故障的研究。为了研究股间短路故障对电抗器的影响,建立了场-路耦合有限元仿真模型,对正常运行以及股间短路故障下电抗器的空间磁场和电流分布特性进行了仿真。结果表明：电抗器发生同匝股间短路故障时,其工作状态几乎未发生变化;异匝股间短路故障会显著影响短路匝附近的空间磁场,且短路点越靠近端部,故障越严重;异匝股间短路故障会显著改变电抗器的电流,尤其是电流实部。研究工作全面地揭示了电抗器股间短路故障下运行特性变化,对电抗器故障发生与诊断提供了参考。     

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。