一種多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置的製作方法
2023-05-03 17:46:46 3
本實用新型屬幹抗的監測設備技術領域，尤其涉及一種多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置。
背景技術：
到目前為止，許多變電站、換流站都發生過幹抗嚴重燒毀事故，其中不乏超高壓、特高壓變電站以及特高壓換流站，這些事故嚴重影響了電站安全運行，造成了巨大損失。
幹抗燒毀的原因很多，比如：幹抗線圈普遍採用圓筒式繞法，每個電抗器線圈由多個包封組成，導線之間的匝絕緣非常薄，導線表面的毛刺、金屬碎屑或其它異物很容易將匝絕緣扎穿，引起匝間短路，形成一個短路環。只要線包內有一個點發生匝間短路，這臺電抗器就變成了一臺事實上的變壓器，而且，這臺變壓器的變比極大——高壓側的匝數約等於電抗器的匝數，低壓側只有一匝並且低壓側短路運行，由安匝平衡的原理可知低壓側的電流極大，如此大的短路電流在短路環內產生的巨大發熱功率可以在短時間內將電抗器燒毀，所以，我們斷言：每一起燒毀事故的初期都發生過匝間短路。
乾式並聯電抗器的故障檢測技術在世界範圍內都屬較新的課題，截止到目前來看，國內現有的高壓乾式並聯電抗器匝間保護裝置在保護原理方面已不能滿足電抗器匝間故障的保護要求，同時在電抗器在線監測及故障診斷技術方面剛剛起步，有關電抗器設備運行狀態監測數據的挖掘、診斷及評估技術方面，還有大量的新技術有待進一步研究。目前有關電抗器檢測技術及診斷技術發展趨向於智能化，監測裝置的製造技術的發展趨向於一體化、小型化。
隨著我國超高壓、特高壓電網的快速發展，乾式並聯電抗器以具有線性度好、結構簡單、價格低廉等優點而被大量使用。同時隨著設備大量投運， 乾式並聯電抗器運行中發生的問題不斷暴露出來，在超高壓變電站及特高壓換流站多次發生乾式並聯電抗器燒毀事故。
由於乾式並聯電抗器結構的特殊性，其運行工況及設備管理較為複雜，缺乏必要的故障檢測手段及診斷技術，僅依靠狀態檢修及定期檢修等常規檢測方法，不可能有效發現運行中乾式並聯電抗器繞組短路及繞組過熱等故障。
鑑於上述原因，研究乾式並聯電抗器智能化在線監測技術，它對於及時發現乾式空芯並聯電抗器潛伏性故障，預防事故的發生有著重要的意義。
技術實現要素：
本實用新型解決的問題在於提供一種多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置，能夠有效避免事故發生，保證變電站安全、可靠運行。
本實用新型是通過以下技術方案來實現：
一種多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置，包括主控室、保護室和設置在測控櫃中的主控模塊；保護室中設有電氣參數監測模塊，所述的主控室中設置有監測伺服器，所述的監測伺服器上通過通信線交互連接有光電交換機，所述的光電交換機上通過光纖通信分別交互連接有電氣參數監測模塊和主控模塊，主控模塊上通過通信線交互連接有振動監測模塊、局部放電監測模塊和不平磁通監測模塊，主控模塊上還通過光電交換機交互連接有熱成像監測模塊。
所述的電氣參數監測模塊包括設置在35kV保護室中的電壓傳感器和電流傳感器，電壓傳感器和電流傳感器均通過光電交換機與監測伺服器相連。
所述的局部放電監測模塊包括設置在乾式電抗器玻璃鋼高支架上部的局放傳感器，局部放大傳感器通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連。
所述的振動監測模塊包括安裝在乾式電抗器玻璃鋼高支架上部的振動傳感器，振動傳感器通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連。
所述的不平磁通監測模塊包括安裝在品字形對稱中心線下部的漏磁場傳 感器，漏磁場傳感器通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連。
所述的熱成像監測模塊包括安裝在電抗器附近地面處的紅外成像儀，紅外成像儀通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連。
與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：
本實用新型提供的多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置，該裝置研究採用多參數融合的一體化故障診斷技術，在運行狀態下實現對乾式空芯並聯電抗器溫度場、電氣參數及機械振動、局部放電、漏磁場特性進行在線監測，通過故障分析診斷系統對乾式並聯電抗器運行工況及故障類型進行智能化決策和故障預警，能夠有效避免事故發生，保證變電站安全、可靠運行。
附圖說明
圖1為本實用新型提供的多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體的實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。
本實用新型依據乾式並聯電抗器故障機理、故障特徵，根據電抗器的運行原理,可監測內容分為:電氣參數、溫度場、機械振動、局部放電、漏磁場五個方向進行設計。研製乾式電抗器智能化在線監測系統，實現多參數融合的乾式電抗器在線監測及故障診斷。
幹抗發生匝間短路故障時，電氣參數、繞組溫度場參數、繞組機械振動參數、局部放電參數、漏磁場參數都會發生相應的變化，電抗器發生匝間短路故障時這五種參數會相應變化的原因分別是：
(1)電氣參數：
凡是發生匝間短路故障的電抗器其損耗值都比匝間短路故障前的損耗值 大得多。因此，根據電抗器損耗值(有功功率P)可以準確判定電抗器是否發生了匝間短路故障，但是，由於功率因數cosΦ比有功功率P更穩定，本實用新型選擇功率因數cosΦ作為判斷電抗器是否發生匝間短路故障的依據可以最大限度減少誤報和漏報的可能性。
(2)繞組溫度場參數：
電抗器故障多數表象是起火燒毀，而電抗器起火的原因是匝間短路引起局部高溫點燃絕緣材料的引起，因為只有匝間短路故障才會使短路環溫度超過絕緣材料的裂解溫度，造成嚴重的局部過熱並最終引燃電抗器，並聯電抗器繞組熱成像在線監測單元能夠發現電抗器異常的過熱現象，提前預警，避免重大事故發生。
(3)繞組機械振動參數：
根據安培環路定律可知電流是磁場的源，運行中的電抗器線圈流過工頻電流在載流導線周圍空間感應出工頻磁場，載流導線在工頻磁場中會受到電動力的作用，該電動力的頻率是100Hz，電動力會使電抗器振動，在電抗器發生匝間短路故障、結構鬆動時，振動加劇，本實用新型實時採集電抗器振動數據，判斷電抗器的健康狀態。
(4)局部放電參數：
電抗器發生匝間短路故障初期，必然會有局部放電現象發生，局部放電部位一定會向周圍發出超聲波，局部放電產生的超聲波信號強弱具有2倍工頻50Hz(即100Hz)的特徵，這是因為電抗器匝間電壓的波形是工頻50Hz的，局部放電部位放電的時刻往往是在局部電場強度最大的時刻，放電時刻一般就在工頻電壓的1個周期完整正弦波的波峰和波谷時刻附近，即一個正弦周期(1/50＝0.02s)發生兩次局部放電，1秒內局部放電100次。因此，本實用新型實時採集、分析並聯電抗器的超聲波信號，監測信號中所包含的強弱變化規律符合100Hz特徵的超聲波，據此判斷電抗器是否發生了局部放電故障。
(5)漏磁場參數：
當並聯電抗器漏磁場在線監測單元的傳感器安裝在品字形布置的三相干式電抗器的對稱中心處，且乾式電抗器處於正常工作狀態時，由於三相干式電抗器的結構完全一致、參數一致、端電壓的有效值和頻率一致，三相端電壓的初相角不同，相位差分別是120°，三相的電流的有效值和頻率一致，相位差分別是120°。由於電流是磁場的源，穿過上述等邊三角形重心的鉛垂線上任意一點的漏磁場(三相干式電抗器所感應的)磁感應強度矢量和必然等於零矢量，該場點的磁感應強度矢量和的垂直分量也等於零矢量。在穿過等邊三角形重心的鉛垂線上某一高度位置水平方向安裝著漏磁場傳感器，通過實時監測漏磁場傳感器的輸出電壓，根據輸出電壓是否等於零，可以快速有效的對乾式電抗器進行在線監測。
參見圖1，本實用新型提供了一種多參數融合的高壓大容量乾式電抗器在線監測裝置，包括主控室、保護室和設置在測控櫃中的主控模塊；保護室中設有電氣參數監測模塊，所述的主控室中設置有監測伺服器，所述的監測伺服器上通過通信線交互連接有光電交換機，所述的光電交換機上通過光纖通信分別交互連接有電氣參數監測模塊和主控模塊，主控模塊上通過通信線交互連接有振動監測模塊、局部放電監測模塊和不平磁通監測模塊，主控模塊上還通過光電交換機交互連接有熱成像監測模塊。
具體的，所述的電氣參數監測模塊包括設置在35kV保護室中的電壓傳感器和電流傳感器，電壓傳感器和電流傳感器均通過光電交換機與監測伺服器相連；所述的局部放電監測模塊包括設置在乾式電抗器玻璃鋼高支架上部的局放傳感器，局部放大傳感器通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連；所述的振動監測模塊包括安裝在乾式電抗器玻璃鋼高支架上部的振動傳感器，振動傳感器通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連；所述的不平磁通監測模塊包括安裝在品字形對稱中心線下部的漏磁場傳感器，漏磁場傳感器通過通 信線與測控櫃中的主控模塊相連；所述的熱成像監測模塊包括安裝在電抗器附近地面處的紅外成像儀，紅外成像儀通過通信線與測控櫃中的主控模塊相連。
本實用新型最佳的實施地點是安裝著35kV大容量乾式空芯並聯電抗器的500kV超高壓變電站，而且電抗器的布置方式是平裝、品字形，並且電抗器安裝在玻璃鋼高支架上。
本實用新型涉及一種通過監測高壓大容量乾式電抗器的電氣參數、繞組溫度場參數、繞組機械振動參數、局部放電參數、漏磁場參數對幹抗進行在線監測的監測裝置，該裝置研究採用多參數融合的一體化故障診斷技術，在運行狀態下實現對乾式空芯並聯電抗器溫度場、電氣參數及機械振動、局部放電、漏磁場特性進行在線監測，通過故障分析診斷系統對乾式並聯電抗器運行工況及故障類型進行智能化決策和故障預警，能夠有效避免事故發生，保證變電站安全、可靠運行。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。