干式空心电抗器在线监测装置研究及应用

干式空心电抗器在线监测装置研究及应用摘要：针对空心电抗器故障率高的现象，分析空心电抗器主要故障及原因，并根据故障时的参数变化研发了一种大容量干式空心电抗器在线监测方法及装置。关键词：干式空心电抗器；故障；监测0引言随着干式空心电抗器的大规模应用及极端恶劣气候的频繁出现，沙暴雾霾、霜尘雨露以及风筝鸟害等，干式空心电抗器发生故障，引起事故的次数也逐渐增多。因干式空心电抗器的结构特点，起火后很难扑灭，只能燃烧殆尽，严重时还会殃及其周围的设备，造成严重的运行事故。因此，在电抗器上加装一种在线监测装置，能够在电抗器故障初期尽早发现，尽早报警，将事故危害降低到最低，就显得尤为必要。1故障原因分析干式空心电抗器为多包封并联结构，每个包封内由多根带有绝缘膜的小圆线并联绕制而成，运行时工作电流通过导线汇于电抗器各星臂中，最终经连接环由汇流臂流出至母线。当导线之间的绝缘膜由于放电、水解、过热等原因老化到一定程度，相邻导线直接接触，由于相邻导线之间存在电压差，因此在短路的线匝之间会形成短路环，此类故障统称为匝间绝缘故障，也是造成电抗器烧毁的主要原因。短路环一方面破坏了原有线圈的物理参数，另一方面，在短路环附近形成较强的附加磁场，进一步破坏线圈的固有物理参数，会使电抗器各并联支路的电流分配发生变化。匝间短路的主要原因如下：（1）干式空心电抗器的运行环境多为户外，长期暴露在阳光高温直射的环境下，加上电抗器本身的运行温升，造成电抗器长期处于高温的状态，而绝缘膜的寿命会随着温度的提高大大缩减；（2）空心电抗器无外壳防护，长时间的日晒雨淋会导致电抗器包封表面逐渐老化，在电抗器表面形成无数肉眼不可见的微小缝隙，使得水汽进入电抗器内部，造成电抗器包封进水，加速绝缘膜老化；（3）多数电抗器不会长时间运行，仅在需要时投切进线路中。而在投切时，会产生远高于额定运行电压的投切过电压，对电抗器产生冲击。在频繁投切下，电抗器不断受到冲击，使得绝缘膜加速老化；（4）工艺原因使得导线在生产过程中存在薄弱点。同时，运输过程中受到的的颠簸和电抗器在运行中持续受到的电动力，使得电抗器的上下端引线容易出现断线情况，造成电抗器局部温升偏高，影响电抗器安全运行。据统计，匝间故障和断线是造成电抗器故障的主要原因，在目前的干式空心电抗器烧毁事故中可占到90%以上。2监测方法研究干式空心电抗器由多根圆截面的铝导线或者铜导线并联绕制而成，运行时工作电流通过导线汇与电抗器星臂中，并最终通过汇流排流出。由于电抗器结构在经过高温固化后不再变化，因为各星臂的电流分配比例也是固定的。因此，在电抗器正常运行时，各星臂电流之比为固定值，根据电抗器的电流分配原理，分配电流不会随着工作电流等电气环境、温度等自然环境的变化而变化。而当电抗器发生匝间短路或者断线时，等效为电抗器导线匝数或者根数发生变化，导致电流分配的平衡被破坏，造成各星臂电流分配发生变化。特别的，短路匝支路由于匝数减少、短路匝感应磁场的抵消作用，其电流一般会增大，其他支路会有不同程度的增加，因此故障支路的电流和非故障支路电流的比例的变化更大，大于单支路电流本身的变化，通过检测电流比例的变化，检测灵敏度更高。通过对覆盖大小容量典型型号干式空心电抗器在断线和匝间短路情况下各星臂的电流变化情况进行测算，在断线或者匝间短路的典型工况下，单星臂电流变化比例均在3%以上。3在线监测装置干式空心电抗器故障在线监测装置由测量电流互感器、取能电流互感器、主控装置、通信管理机、上位机等五部分组成（见下图1、图2）。测量电流互感器可准确测量各星臂电流，取能电流互感器选用专用取能电流互感器，具有供电电流大、技术成熟的优点。主控装置将获取的数据通过保护算法进行计算，判别电抗器是否存在故障，如存在故障，将反馈给系统进行跳闸处理。通信管理机负责远程数据的接收。上位机在电脑端实时显示空心电抗器各个星臂电流信息及算法得到的数据。图1在线监测装置结构图图2在线监测装置结构图本装置基于分布电流的测量数据，通过星臂之间分布电流的对比矩阵，进行本体参数的多维度对比测量，可以有效识别出电抗器的断线或者匝间短路故障；电流分配比例取决于电抗器本体结构，不受系统电压、电流的波动、环境温度的影响，可靠度较高；另外系统采取了可靠的电磁屏蔽措施，检测系统可在强磁场中稳定运行，具备较高的环境适应性。4结语目前行业上已知的的故障监测方法为监测电抗器运行温度，运行损耗或磁场强度变化来判断电抗器是否存在故障，但普遍存在延时性和灵敏度低等问题，无法准确及时的判别故障，因此未在市场上得到广泛推广。本装置通过监测各星臂电流变化判别断线或匝间故障的方法，可在断线和匝间故障的瞬间进行准确判定，防止电抗器烧毁事故的发生。参考文献：徐林峰，欧小波，马志钦，罗彩仪.空心电抗器的故障原因研究及应对措施.输变电年会2013论文集：476-480赵红玉，张曦，弋