干式空心電抗器在線監(jiān)測裝置研究及應用

干式空心電抗器在線監(jiān)測裝置研究及應用摘要：針對空心電抗器故障率高的現(xiàn)象，分析空心電抗器主要故障及原因，并根據(jù)故障時的參數(shù)變化研發(fā)了一種大容量干式空心電抗器在線監(jiān)測方法及裝置。關鍵詞：干式空心電抗器；故障；監(jiān)測0引言隨著干式空心電抗器的大規(guī)模應用及極端惡劣氣候的頻繁出現(xiàn)，沙暴霧霾、霜塵雨露以及風箏鳥害等，干式空心電抗器發(fā)生故障，引起事故的次數(shù)也逐漸增多。因干式空心電抗器的結構特點，起火后很難撲滅，只能燃燒殆盡，嚴重時還會殃及其周圍的設備，造成嚴重的運行事故。因此，在電抗器上加裝一種在線監(jiān)測裝置，能夠在電抗器故障初期盡早發(fā)現(xiàn)，盡早報警，將事故危害降低到最低，就顯得尤為必要。1故障原因分析干式空心電抗器為多包封并聯(lián)結構，每個包封內由多根帶有絕緣膜的小圓線并聯(lián)繞制而成，運行時工作電流通過導線匯于電抗器各星臂中，最終經(jīng)連接環(huán)由匯流臂流出至母線。當導線之間的絕緣膜由于放電、水解、過熱等原因老化到一定程度，相鄰導線直接接觸，由于相鄰導線之間存在電壓差，因此在短路的線匝之間會形成短路環(huán)，此類故障統(tǒng)稱為匝間絕緣故障，也是造成電抗器燒毀的主要原因。短路環(huán)一方面破壞了原有線圈的物理參數(shù)，另一方面，在短路環(huán)附近形成較強的附加磁場，進一步破壞線圈的固有物理參數(shù)，會使電抗器各并聯(lián)支路的電流分配發(fā)生變化。匝間短路的主要原因如下：（1）干式空心電抗器的運行環(huán)境多為戶外，長期暴露在陽光高溫直射的環(huán)境下，加上電抗器本身的運行溫升，造成電抗器長期處于高溫的狀態(tài)，而絕緣膜的壽命會隨著溫度的提高大大縮減；（2）空心電抗器無外殼防護，長時間的日曬雨淋會導致電抗器包封表面逐漸老化，在電抗器表面形成無數(shù)肉眼不可見的微小縫隙，使得水汽進入電抗器內部，造成電抗器包封進水，加速絕緣膜老化；（3）多數(shù)電抗器不會長時間運行，僅在需要時投切進線路中。而在投切時，會產(chǎn)生遠高于額定運行電壓的投切過電壓，對電抗器產(chǎn)生沖擊。在頻繁投切下，電抗器不斷受到?jīng)_擊，使得絕緣膜加速老化；（4）工藝原因使得導線在生產(chǎn)過程中存在薄弱點。同時，運輸過程中受到的的顛簸和電抗器在運行中持續(xù)受到的電動力，使得電抗器的上下端引線容易出現(xiàn)斷線情況，造成電抗器局部溫升偏高，影響電抗器安全運行。據(jù)統(tǒng)計，匝間故障和斷線是造成電抗器故障的主要原因，在目前的干式空心電抗器燒毀事故中可占到90%以上。2監(jiān)測方法研究干式空心電抗器由多根圓截面的鋁導線或者銅導線并聯(lián)繞制而成，運行時工作電流通過導線匯與電抗器星臂中，并最終通過匯流排流出。由于電抗器結構在經(jīng)過高溫固化后不再變化，因為各星臂的電流分配比例也是固定的。因此，在電抗器正常運行時，各星臂電流之比為固定值，根據(jù)電抗器的電流分配原理，分配電流不會隨著工作電流等電氣環(huán)境、溫度等自然環(huán)境的變化而變化。而當電抗器發(fā)生匝間短路或者斷線時，等效為電抗器導線匝數(shù)或者根數(shù)發(fā)生變化，導致電流分配的平衡被破壞，造成各星臂電流分配發(fā)生變化。特別的，短路匝支路由于匝數(shù)減少、短路匝感應磁場的抵消作用，其電流一般會增大，其他支路會有不同程度的增加，因此故障支路的電流和非故障支路電流的比例的變化更大，大于單支路電流本身的變化，通過檢測電流比例的變化，檢測靈敏度更高。通過對覆蓋大小容量典型型號干式空心電抗器在斷線和匝間短路情況下各星臂的電流變化情況進行測算，在斷線或者匝間短路的典型工況下，單星臂電流變化比例均在3%以上。3在線監(jiān)測裝置干式空心電抗器故障在線監(jiān)測裝置由測量電流互感器、取能電流互感器、主控裝置、通信管理機、上位機等五部分組成（見下圖1、圖2）。測量電流互感器可準確測量各星臂電流，取能電流互感器選用專用取能電流互感器，具有供電電流大、技術成熟的優(yōu)點。主控裝置將獲取的數(shù)據(jù)通過保護算法進行計算，判別電抗器是否存在故障，如存在故障，將反饋給系統(tǒng)進行跳閘處理。通信管理機負責遠程數(shù)據(jù)的接收。上位機在電腦端實時顯示空心電抗器各個星臂電流信息及算法得到的數(shù)據(jù)。圖1在線監(jiān)測裝置結構圖圖2在線監(jiān)測裝置結構圖本裝置基于分布電流的測量數(shù)據(jù)，通過星臂之間分布電流的對比矩陣，進行本體參數(shù)的多維度對比測量，可以有效識別出電抗器的斷線或者匝間短路故障；電流分配比例取決于電抗器本體結構，不受系統(tǒng)電壓、電流的波動、環(huán)境溫度的影響，可靠度較高；另外系統(tǒng)采取了可靠的電磁屏蔽措施，檢測系統(tǒng)可在強磁場中穩(wěn)定運行，具備較高的環(huán)境適應性。4結語目前行業(yè)上已知的的故障監(jiān)測方法為監(jiān)測電抗器運行溫度，運行損耗或磁場強度變化來判斷電抗器是否存在故障，但普遍存在延時性和靈敏度低等問題，無法準確及時的判別故障，因此未在市場上得到廣泛推廣。本裝置通過監(jiān)測各星臂電流變化判別斷線或匝間故障的方法，可在斷線和匝間故障的瞬間進行準確判定，防止電抗器燒毀事故的發(fā)生。參考文獻：徐林峰，歐小波，馬志欽，羅彩儀.空心電抗器的故障原因研究及應對措施.輸變電年會2013論文集：476-480趙紅玉，張曦，弋