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干式空心电抗器局部放电检测系统的设计

干式空心电抗器局部放电检测系统的设计

作者：刘策河北农业大学

学位级别：硕士

近年来,随着国民经济的增长,城镇、农村的用电需求极大地提高,配电系统也得到了巨大的发展。例如,农民的农场灌溉、食品加工、智慧温室等都新兴农业项目都依赖农网提供可靠稳定的农业用电,因此农网的建设在农业现代化规划中扮演很重要... 详细信息

近年来,随着国民经济的增长,城镇、农村的用电需求极大地提高,配电系统也得到了巨大的发展。例如,农民的农场灌溉、食品加工、智慧温室等都新兴农业项目都依赖农网提供可靠稳定的农业用电,因此农网的建设在农业现代化规划中扮演很重要的角色。为了解决农网长期处于无功过剩、末端电压偏高甚至工频过电压等出现的问题,通常需要在系统中接入电抗器。电抗器能够补充感抗,平衡无功,从而能够限制系统中操作电压升高或工频过电压的出现,提高系统运行的稳定性。干式空心电抗器由于其众多优点,近年来广泛应用于城、农网改造当中。干式空心电抗器在实际运行中会发生很多事故,每年均有大量的电抗器因绝缘损坏而起火,这些巨大的故障事故都是由微小的匝间绝缘缺陷发展而来的,而这些微小的缺陷往往是从电抗器出厂时就出现的。若不能及时发现电抗器绝缘缺陷的存在,电力系统将会面临停止运行甚至更为严重的事故,同时对电力运行部门也会造成极大的损失,因此,对电抗器进行出厂检测及时发现可能存在的绝缘缺陷是十分有必要的。首先,给出了干式空心电抗器的几个重要参数的计算式,并通过分析干式空心电抗器发生匝间短路故障时环流的出现和磁场的变化,得到了采用振荡电压法检测绝缘故障的可行性。其中,电抗器匝间短路时出现短路环,使得电抗器的电感量发生较大变化,提出了仿真的基础。接着,根据局部放电的相关理论知识,在Matlab/Simulink仿真平台搭建了局部放电仿真模型进行仿真,有效地模拟了单气隙局部放电的放电过程。然后,通过Matlab/Simulink仿真平台设计了局部放电检测系统的主电路模型。根据电抗器高压振荡波实验的技术指标,通过分析振荡波波形以及其振荡频率确定了该模型中最重要的充电电容值。对主电路中的分压器进行了设计,并仿真验证了其正确性。通过对不同电容电阻组合的检测阻抗进行仿真分析,得到了最佳的脉冲电流检测回路参数。该模型的功能丰富,能在虚拟的环境中对电抗器的短路故障进行细致深入的研究,能有效地从仿真的角度实现振荡电压法检测匝间绝缘故障的理论可行性。最后,通过现场搭建试验系统,对不同故障程度的电抗器进行了一系列的试验,验证了系统实际的可靠性,该系统能够直观有效地检测出干式空心电抗器可能存在的微小绝缘缺陷,为电抗器的出厂检测提供了一套较为完整的局部放电检测设备。

关键词：干式空心电抗器电压振荡波局部放电 Matlab/Simulink 综合检测系统

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干式空心电抗器匝间短路故障监测技术研究

干式空心电抗器匝间短路故障监测技术研究

作者：张龙西安工程大学

学位级别：硕士

电抗器是电力系统中重要的一次高压设备,主要用于限制短路电流、无功补偿、滤除高次谐波等,其中干式空心电抗器(干抗)具有结构简单、损耗小、噪音低、线性度好、维护方便等优良特性,在电力系统被广泛应用。干抗在长期运行中因绝缘老化... 详细信息

电抗器是电力系统中重要的一次高压设备,主要用于限制短路电流、无功补偿、滤除高次谐波等,其中干式空心电抗器(干抗)具有结构简单、损耗小、噪音低、线性度好、维护方便等优良特性,在电力系统被广泛应用。干抗在长期运行中因绝缘老化使得故障率不断增高,其中70%故障是由匝间短路引起的。但现有的干式空心电抗器匝间短路故障在线监测方法均存在灵敏度低的问题,无法检测到电抗器早期的少匝匝间短路故障。因此,研究一种灵敏度较高电抗器匝间短路故障在线监测方法具有重要的意义。首先,本文建立了干式空心电抗器等效电路模型,利用解析法计算了正常和匝间短路故障两种状态下电抗器的功率因数角,分析了电抗器发生匝间短路故障时功率因数角变化特性,在此基础上提出基于功率因数角变化的干式空心电抗器匝间短路故障在线监测方法。采用谐波分析法计算电抗器的功率因数角,并利用修正理想频率采样法对采样信号进行处理,二者相结合有效的解决了系统频率波动和谐波对功率因数角测量精度的影响。其次,根据电抗器发生匝间短路故障前后功率因数角变化特性,设计了一套干式空心电抗器在线监测终端。监测终端通过高精度电压、电流转换器获取电抗器母线二次侧电压、电流信号,信号经过调理电路,以STM32F407ZGT6为核心控制器控制两片AD7656实现对6路电压信号、3路电流信号的同步采样,并通过以太网将采集数据上传至电抗器IED。软件采用模块化设计理念,对采样信号进行数制转换、滤波、存储,同时获取功率因数角计算出功率因数,根据设定的阈值及历史数据进行故障判读,并实现故障告警。最后,采用3台CKGL-40/10-6型串联电抗器和高精度信号源搭建了试验平台,分别进行功率因数角精度测量、匝间短路故障模拟、电磁兼容等试验,并在山西某500kV变电站安装试运行。试验及试运行表明:所研究的干式空心电抗器在线监测方法及装置能快速的检测出电抗器早期发生少匝匝间短路故障,电抗器发生匝间短路故障前后功率因数角的变化大小与短路匝数和短路故障位置有关,而且随着短路匝数的增多或匝间短路故障位置由两端向中间移动时,电抗器功率因数角逐渐减小,功率因数不断增大。

关键词：干式空心电抗器匝间短路功率因数角谐波分析法小波阈值

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匝间短路状态下干式空心电抗器电感量的分析

高压电器 2019年第2期55卷 195-200,207页

作者：陈炯付唐强魏泽民丁一圻高源上海电力学院上海20090 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司浙江嘉兴314001

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... 详细信息

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。

关键词：干式空心电抗器匝间短路电感磁矢位频率

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

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高压电器 2015年第10期51卷 117-121,127页

作者：苟烜齐刘轩东杨昊李晓昂王帅张乔根西安交通大学电气工程学院西安710049

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... 详细信息

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。

关键词：干式空心电抗器匝间绝缘电感有限元分析法

基于多岛遗传算法的干式空心电抗器热磁联合优化方法

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南方电网技术 2023年第10期17卷 42-52页

作者：袁发庭韩毅凛唐波姜发杨文韬王玥黄力湖北省输电线路工程技术研究中心(三峡大学) 湖北宜昌443002 三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002

根据等高等热流的空心电抗器设计参数,建立了三维流场-温度场耦合仿真模型,得到了电抗器详细的温度场和流场分布特点,仿真结果表明电抗器内部各包封线圈温升基本相同。提取包封线圈和气道沿轴线方向温度和流速分布,得到包封线圈与气道... 详细信息

根据等高等热流的空心电抗器设计参数,建立了三维流场-温度场耦合仿真模型,得到了电抗器详细的温度场和流场分布特点,仿真结果表明电抗器内部各包封线圈温升基本相同。提取包封线圈和气道沿轴线方向温度和流速分布,得到包封线圈与气道间的散热特性。在此基础上,选取内部包封线圈-气道单元来反映电抗器的整体温升,结合竖直管道对流换热实验关联式,推导出电抗器的温升计算方法。联立电抗器的电感守恒和结构方程,构建电抗器金属导体用量与包封线圈整体外形比例、气道宽度和包封数量等参数间的关系式,分析了各结构参数对电抗器金属导体用量的影响规律。将电抗器金属导体用量作为优化目标,采用多岛遗传算法获得线圈的最佳结构参数,优化结果表明在保证电抗器电感和温升恒定且满足损耗的要求下,优化方法能够显著降低金属导体用量,可为电抗器的优化设计提供重要指导。

关键词：干式空心电抗器多物理场耦合热磁联合优化多岛遗传算法

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干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术

电力系统自动化 2019年第2期43卷 150-155,181页

作者：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710048

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... 详细信息

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(IED)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

基于Fluent的35 kV干式空心电抗器温度场仿真分析

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高压电器 2017年第8期53卷 147-152页

作者：有晓宇穆海宝董勤晓刘之方张冠军西安交通大学电气学院西安710049 中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司北京100120 中国电力科学研究院北京100085

干式空心电抗器匝间短路是造成其故障的主要原因,而匝间绝缘材料的劣化受温度等因素的影响,因此对干式空心电抗器进行温度场分析有很重要的意义。文中利用Fluent对电抗器正常运行状态以及气道堵塞状态的温度场进行仿真计算,对不同情况... 详细信息

干式空心电抗器匝间短路是造成其故障的主要原因,而匝间绝缘材料的劣化受温度等因素的影响,因此对干式空心电抗器进行温度场分析有很重要的意义。文中利用Fluent对电抗器正常运行状态以及气道堵塞状态的温度场进行仿真计算,对不同情况下的各包封的温度分布进行分析。结果表明:在正常运行状态下,电抗器内部包封温升明显高于外部包封,同一包封上部温度高于下部,温差大于20 K,热点位于距顶端10%~20%处;气道堵塞情况下,阻塞处相邻包封温升明显升高,高出正常运行状况30~40 K;气道阻塞对非相邻包封温升影响较小,利用红外测温法测量电抗器外包封温度无法反映内部包封的局部过热。不同状态下的温度场仿真计算,对电抗器绝缘劣化研究以及故障分析提供依据。

关键词：干式空心电抗器温度场有限元故障

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光纤光栅在干式空心电抗器固化中的测温研究

光学技术 2016年第4期42卷 333-336页

作者：崔志刚王科谭向宇周延辉李川云南电网有限责任公司电力科学研究院云南昆明650217 昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650500

采用埋入式光纤Bragg光栅温度传感器,实现了对干式空心电抗器固化过程中各包封层的温度监测。在制作过程中,将温度传感器埋在干式空心电抗器导线外包封表面,连接光纤从电抗器上沿引出。电抗器绕线与包封完成后放入干燥室内固化,监测电... 详细信息

采用埋入式光纤Bragg光栅温度传感器,实现了对干式空心电抗器固化过程中各包封层的温度监测。在制作过程中,将温度传感器埋在干式空心电抗器导线外包封表面,连接光纤从电抗器上沿引出。电抗器绕线与包封完成后放入干燥室内固化,监测电抗器各包封层在固化过程中的温度变化。通过监测得到了电抗器各包封温度变化的曲线图,当炉温示值稳定在140℃时,各包封温度低于预期,分布在105~125℃之间,且由外向内逐渐降低。通过对干式空心电抗器固化过程中的温度进行监测,可实时了解并改进干燥固化过程中出现的问题,对保证电抗器的质量及安全具有重要意义。

关键词：光纤Bragg光栅干式空心电抗器包封固化温度监测

基于模糊层次分析法的干式空心电抗器运行状态评估

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电力系统及其自动化学报 2021年第1期33卷 1-7页

作者：于鑫李川李英娜万小容高国磊昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明650500

使用改进的模糊层次分析法FAHP(fuzzy analytic hierarchy process)对干式空心电抗器运行状态进行评估。首先,选取反映干式空心电抗器状态的12种状态量作为评判指标。然后,通过优化指数标度的相邻两级重要性比率的取值来对层次分析模型... 详细信息

使用改进的模糊层次分析法FAHP(fuzzy analytic hierarchy process)对干式空心电抗器运行状态进行评估。首先,选取反映干式空心电抗器状态的12种状态量作为评判指标。然后,通过优化指数标度的相邻两级重要性比率的取值来对层次分析模型进行改进,采用指数标度下的标度扩展法建立判断矩阵。考虑指标之间的冲突性和指标内的对比强度,采用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法获得客观权重,并采用最小鉴别信息原理确定评判指标综合权重。最后,获取每个评估指标隶属于各评估等级的概率并结合综合权重,构造模糊综合评判模型对运行状态进行评估。通过该方法对型号为BKGKL-20000/35的干式空心电抗器运行状态进行了评估,得出干式空心电抗器运行状态综合评估结果V为1.853,说明电抗器处于"正常"与"注意"状态之间,整体运行稳定。

关键词：干式空心电抗器改进模糊层次分析法运行状态指数标度 CRITIC法主客观综合赋权