PDF《干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术》

干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术 黄新波,周岩,朱永灿,曹雯,张龙,邬红霞 ( 西安工程大学电子信息学院,陕西省西安市

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0 0

4 8 ) 摘要:首先分析了干式空心电抗器匝间短路故障模型, 在此基础上提出一种基于功角变化的电抗 器匝间绝缘故障在线监测方法, 功角测量的精度是实现该方法的关键要素.

通过比较快速傅里叶 变换法、 汉宁窗插值快速傅里叶变换法和汉宁窗插值改进基波相位分离法的误差, 分析了频率波动 和谐波干扰对功角测量的影响.此外, 设计了一种由监测装 置、 干式空心电抗器智能电子设备 ( I E D) 和专家软件组成的电抗器匝间绝缘故障在线监测系统.实验结果表明, 汉宁窗插值改进基 波相位分离法优于快速傅里叶变换法和汉宁窗插值快速傅里叶变换法, 且该监测系统可有效地检 测出干式空心电抗器匝间短路故障. 关键词:干式空心电抗器;

功角;

匝间短路故障;

在线监测;

基波相位分离法 收稿日期:

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1 8 -

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1 3;

修回日期:

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0 8 -

2 3. 上网日期:

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0 7. 陕西省重点科技创新团队计划资助项目(

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1 4 K C T -

1 6) ;

陕 西省重点研发计划 资助项目(

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1 8 Z D XM - G Y -

0 4 0) ;

陕西省教育厅专项科研计划资助项目(

1 7 J K

0 3

2 2 ) .

0 引言 干式空心电抗器( 简称干抗) 具有线性度好、 损 耗小、 噪音低、 结构简单、 维护方便等优良特性, 被广 泛应用于电力系统, 在6 6k V 及以下电压等级的输 配电网中使用比例高达7 0% [

1 - 3] 左右.由于其采用 空气散热, 且运行环境比较恶劣, 因此事 故时有发 生.相关研究表明,

9 5%的电抗器故障是由匝间短 路引起, 但现有监测方法存在灵敏度低和可靠性差 等问题, 不能及时发现故障而导致烧毁电抗器[

4 - 7] . 正常情况下, 电抗器的功角是某个固定值, 匝间短路 故障将引起电抗器功角发生变化, 因此可以根据干 抗的功角特性实现匝间短路故障的监测与分析. 目前, 功角测量方法主要有硬件法和软件法两 大类.硬件法主要有过零比较法和西林电桥法, 但 该类方法存在精度低、 补偿困难以及抗干扰能力差 等问题;

软件法较硬件法而言, 具有成本低、 精度高 和抗干扰能力强等优点, 因此成为功角计算的主要 方法, 目前主要包括相关函数法[ 8] 、 高阶正弦拟合 法[ 9] 、 快速傅里叶变换法[

1 0 -

1 1 ] 和基波相位分离法[

1 2 ] 等. 本文对非同步采样和谐波干扰在电抗器功角测量中 的影响进行分析[

1 3] , 对比了快速傅里叶变换法、 汉 宁窗插值快速傅里叶变换法[

1 4] 和汉宁窗插值改进 基波相位分离法[

1 5] , 找出电抗器功角测量的有效算 法, 并搭建实验平台, 对其分别进行试验验证.

1 电抗器故障模型及监测原理 1.

1 电抗器故障模型 干抗可简化为由匝间电容和杂散电容组成的等 值电容、 等值电阻和等值电感构成的电路模型[

1 6] . 由于1 / ω C?ω L?R, 等值电容可以忽略不计, 因此 干抗的等效电路可简化为由等值电阻和等值电感构 成的电路模型.C K G L -

4 0 /

1 0 - 6型干抗等效电路如 图1所示. 图1 干抗匝间短路故障等效电路 F i g .

1 E q u i v a l e n t c i r c u i t o fd r y - t y p ea i r - c o r e r e a c t o rw h e ni n t e r - t u r ns h o r t c i r c u i th a p p e n s 设电抗器外加交流电压为U ・ , 干式空心并联电 抗器由n 条支路并联组成, 每条支路电流是I ・ i, i= 1, 2, …, n.图中的 Ri 表示第i 层支路的电阻, Li 表示第i层支路的自感, 则电路的电压方程组为: