一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法
2023-10-21 03:53:17 2
專利名稱：一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法
技術領域：
本發明涉及一種定位方法，特別是涉及一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法。
背景技術：
現有技術中，電網中會時常發生因匝間絕緣缺陷而導致的電抗器著火燃燒的事故。目前，我國對乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷檢測的手段尚處在經驗積累及完善階段，由於乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷無法進行定位和查找，很大程度上限制了乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷檢測技術的發展和進步。同時，由於匝間絕緣缺陷無法定位，導致乾式空心電抗器的匝間絕緣缺陷在整個運行過程中，都無法對匝間絕緣缺陷進行具體的統計分析，從而也限制了電抗器在結構方面的改進和設計方面的完善。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，能夠對乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷進行精確定位。為解決上述技術問題，本發明提供了一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，包括以下步驟步驟一，建立由工頻電路與高頻脈衝振蕩電路相互疊加的電路，工頻電路主要由第二開關、阻塞電感、補償電容和交流電源構成，高頻脈衝振蕩電路主要由放電球隙、第一開關、充電電容和直流電源組成，其中，第一開關與第二開關連接，充電電容與補償電容連接;步驟二，將乾式空心電抗器的一端接入第一開關與第二開關之間，另一端接入充電電容與補償電容之間；步驟三，斷開第二開關，接通第一開關，乾式空心電抗器即接入高頻脈衝振蕩電路，判斷乾式空心電抗器是否存在匝間絕緣缺陷，若有缺陷，則進行步驟四；步驟四，金屬性擊穿的定位，斷開第一開關，接通第二開關，乾式空心電抗器即接入工頻電路，匝間絕緣若為金屬性擊穿，則認為電抗器已經出現短路匝，施加工頻電流，短路處的溫度迅速升高，短路匝溫度也因短路電流而迅速升高，用紅外熱像儀進行精確定位， 如果此時溫度不升高，則進行步驟五；步驟五，低阻擊穿的定位，匝間絕緣若為低阻擊穿，同時接通第一開關和第二開關，在電抗器通過額定電流的情況下，使用高頻脈衝電壓擊穿故障點出現匝間短路，此時擊穿故障點的絕緣碳化變黑，出現煙霧，標示出故障點的位置；如果電源繼續保持，則繞組會形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀進行精確定位，如果此時溫度不升高，則進行步驟六；步驟六，高阻擊穿的定位，匝間絕緣若為高阻擊穿，用聲音探測裝置進行探聽，根據擊穿點的高阻情況，調節高頻脈衝迴路的參數，斷開第一開關和第二開關，加大充電電容，再重新接通第一開關和第二開關，增加在高頻脈衝擊穿點弧道的能量，降低擊穿故障點的絕緣，形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀進行精確定位。對每一種性質缺陷的定位，若在乾式空心電抗器最外層包封，通過紅外熱像儀進行掃描，可找到缺陷所在位置，對於內層包封，通過紅外熱像儀對各包封之間的空隙進行掃描，便可找到缺陷所在的包封位置。本定位方法實現的本質是通過工頻電壓電路與高頻脈衝振蕩電壓電路相互疊加而成。其中，阻塞電感、補償電容和交流電源構成工頻電壓電路，放電球隙、充電電容和直流電源組成高頻脈衝電壓電路。本定位方法所實現的功能是將高頻脈衝振蕩電壓和工頻電壓能夠同時疊加在待測的乾式空心電抗器上，且高頻脈衝振蕩電壓和工頻電壓互相不影響對方的正常工作。同時，施加的工頻電壓要保證待測的乾式空心電抗器上的電壓為額定電壓， 電流為額定電流。施加在待測的乾式空心電抗器上的高頻脈衝振蕩電壓頻率為IOOkHz及以下、電壓幅值則按照相關要求規定。補償電容的作用是提供待測的乾式空心電抗器的試驗電流，降低對電源的容量要求，補償電容的電容值較大，因為考慮到設備的實際限制，無法要求補償電容上能承受過高的高頻脈衝振蕩電壓。交流電源的作用是提供待測的乾式空心電抗器工頻電流，同時，交流電源自身也不能承受高頻脈衝振蕩電壓，因此在本定位方法的電路中設計了阻塞電感。阻塞電感的作用主要用於承受高頻電壓，達到保護補償電容和交流電源的目的。本定位方法所設計的電路中，與待測的乾式空心電抗器的連接也是十分重要的，如果連接的位置選擇不當，將無法解決本定位方法所要解決的技術問題。本定位方法主要是建立了工頻電壓和高頻脈衝振蕩電壓疊加的電路，該電路可實現將缺陷點溫度急劇升高，然後通過紅外熱像儀達到缺陷定位的目的。所述高頻脈衝振蕩電壓電路還包括限流電阻。目的是對高頻脈衝電流起到限制作用，從而保護直流發生器。建立的疊加後的電路，其具體電路連接關係如下充電電容、放電球隙、第一開關、 第二開關、阻塞電感和補償電容依次串聯構成閉合迴路，所述充電電容、補償電容分別並聯直流電源和交流電源，所述第一開關與所述第二開關之間設有與待測的乾式空心電抗器的一端連接的連接點，所述充電電容與所述補償電容之間設有與待測的乾式空心電抗器的另一端連接的連接點，限流電阻與直流電源串聯。本發明具有如下有益技術效果(I)填補了目前乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷無法定位的空白，實現了對缺陷進行精確定位；(2)實現了對目前的乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷檢測裝置的檢測效果進行驗證，推動了乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷檢測裝置的發展和進步；(3)使得對絕緣缺陷位置進行統計成為可能，為制定電抗器的運行維護規程提供依據，指導運行中對乾式空心電抗器絕緣監測巡視。(4)對缺陷位置的統計分析，將有利於指導電抗器在結構方面的改進、設計方面的完善，從而進一步提高幹式空心電抗器的運行可靠性，降低事故發生的概率。
圖I為本發明所述定位方法採用的其中一優選的電路原理圖；圖2為本發明所述定位方法採用的的電路設計構思圖。
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例參見圖I、圖2，一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，步驟如下步驟一，建立由工頻電路與高頻脈衝振蕩電路相互疊加的電路，工頻電路主要由第二開關K1、阻塞電感L1、補償電容C1和交流電源AC構成，高頻脈衝振蕩電路主要由放電球隙S、第一開關K、充電電容C、限流電阻R和直流電源DC組成，其中，第一開關K與第二開關1連接，充電電容C與補償電容C1連接；建立的疊加後的電路，其具體電路連接關係如下充電電容C、放電球隙S、第一開關K、第二開關K1、阻塞電感L1和補償電容C1依次串聯構成閉合迴路，所述充電電容C、補償電容C1分別並聯直流電源DC和交流電源AC，所述第一開關K與所述第二開關K1之間設有與待測的乾式空心電抗器L的一端連接的連接點，所述充電電容C與所述補償電容C1之間設有與待測的乾式空心電抗器L的另一端連接的連接點，限流電阻R與直流電源DC串聯。步驟二，將乾式空心電抗器L的一端接入第一開關K與第二開關K1之間，另一端接入充電電容C與補償電容C1之間。步驟三，斷開第二開關K1,接通第一開關K，乾式空心電抗器L即接入高頻脈衝振蕩電路，判斷乾式空心電抗器L是否存在匝間絕緣缺陷，若有缺陷，則繼續以下步驟；步驟四，金屬性擊穿的定位，斷開第一開關K，接通第二開關K1，乾式空心電抗器 L即接入工頻電路，匝間絕緣若為金屬性擊穿，則認為電抗器已經出現短路匝，施加工頻電流，短路處的溫度迅速升高，短路匝溫度也會因短路電流而迅速升高，用紅外熱像儀可進行精確定位。若此時溫度不升高，則繼續以下步驟；步驟五，低阻擊穿的定位，匝間絕緣若為低阻擊穿，由於電抗器在額定工頻電流時匝間電壓很低，擊穿故障點的電阻足以阻止繞組形成短路，無法通過升高短路匝溫度的方法查尋出擊穿故障點。針對此種缺陷的做法是，同時接通第二開關K1和第一開關K，採用高頻脈衝電壓和工頻電壓疊加的試驗技術，在電抗器通過額定電流的情況下，使用高頻脈衝電壓使擊穿故障點出現匝間短路，由於擊穿故障點的電阻低，在高頻脈衝擊穿時弧道能量較大，會迅速將擊穿故障點的絕緣碳化變黑，繼而會出現煙霧，標示出故障點的位置；如果試驗電源繼續保持，則繞組會很快形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀可進行精確定位。若此時溫度不升高，則繼續以下步驟；步驟六，高阻擊穿的定位，匝間絕緣若為高阻擊穿，由於擊穿點的電阻過大，即使採取高頻脈衝電壓和工頻電壓疊加的試驗技術，短時間內無法使故障點形成金屬性匝間短路。針對此種缺陷的定位技術可分為兩步1)高阻擊穿，由於擊穿電壓高，必然伴隨擊穿時的放電聲音，可用聲音探測裝置進行探聽；2)根據擊穿點的高阻情況，調節高頻脈衝迴路的參數，斷開第一開關K、第二開關K1後，加大充電電容C，再重新接通K、K1，增加在高頻脈衝擊穿點弧道的能量，會迅速將擊穿故障點的絕緣降低，快速形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀可進行精確定位。本實施例所述的定位方法，對於匝間絕緣存在缺陷的地方，由於兩種電壓同時作用，在高頻脈衝電壓的作用下可以使匝間形成火花放電及暫時性的擊穿，而疊加的工頻電壓可以使匝間擊穿不熄弧，兩者的同時作用可以在電抗器繞組的匝間形成電弧性短路狀態，在電弧的作用下，短路點溫度迅速升高，缺陷處的絕緣介質因高溫碳化變黑，繼而會出現煙霧。同時繞組的短路匝溫度也會因短路電流而迅速升高，此時(I)對於缺陷在電抗器最外層包封時，可簡單的通過紅外熱像儀進行精確定位。(2)對於內層包封的匝間絕緣缺陷點，由於繞組的短路匝溫度很高，匝間絕緣缺陷包封兩側的氣隙溫度也自然隨之升高，藉助紅外熱像儀對各包封之間的空隙進行掃描，很容易找到缺陷所在的包封位置。並且，匝間絕緣缺陷點處的電弧會使絕緣介質因高溫而碳化，產生煙霧，據此也可標示發生故障的內部包封的位置。對某一缺陷包封可單獨作為被試電抗器進行高頻脈衝電壓和工頻電壓的疊加試驗，通過紅外熱像儀可將缺陷位置進行精確定位。如圖I所示，圖I為本發明所述定位方法採用的其中一優選的電路原理圖。該電路原理圖實質上表達了一種乾式空心電抗器阻間絕緣缺陷的定位系統電路，包括依次串聯構成閉合迴路的充電電容C、放電球隙S、第一開關K、第二開關K1、阻塞電感L1和補償電容C1, 所述充電電容C、補償電容C1分別並聯連接直流電源DC和交流電源AC，所述第一開關K、第二開關K1之間設有與待測的乾式空心電抗器L的一端連接的連接點，所述充電電容C與所述補償電容C1之間設有與待測的乾式空心電抗器L的另一端連接的連接點。所述直流電源 DC上串聯有限流電阻R。其中，阻塞電感L1的額定電壓不小於被測電抗器L的額定電壓，且
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電感值與L相當；補償電容仏的值根據L1和L確定，按照下式進行計算，& %2(L + Li)·
5
充電電容C的電容值按照下式計算，c = (2JyL其中f<100kH。放電球隙S在指定電壓
下進行點火放電，為待測的乾式空心電抗器L提供高頻脈衝振蕩電壓。如圖2所示，圖2為本發明所述定位方法採用的的電路設計構思圖。圖中左側虛線框內為工頻電壓電路，U為工頻電源。右側虛線框內為高頻脈衝振蕩電壓電路，Udc表示試驗裝置中的直流發生器。R為限流電阻，C為充電電容，L為待測的乾式空心電抗器，S表示放電球隙，在指定電壓下進行點火放電，為待測的乾式空心電抗器L提供高頻脈衝振蕩電壓。本發明所公開的定位方法，在實施中，有以下注意事項1)阻塞電感1^的選用、在電路中的位置、及阻塞電感L1電感值的選擇，選用阻塞電感L1的主要目的是作為阻塞電感， 使其在不影響原有的振蕩迴路的同時，阻塞高頻振蕩電壓施加在工頻電壓電路上，使工頻電壓電路不承受高頻振蕩電壓，保證工頻電壓電路的正常工作。2)補償電容(；的選用、在電路中的位置、及補償電容C1電容值的選擇，補償電容C1 一方面作為補償電容，為待測的乾式空心電抗器L提供額定電流，一方面與工頻電壓電路並聯，為高頻電流提供通道，使得工頻電源不承受高頻脈衝振蕩電壓。在本發明設計的電路中，在乾式空心電抗器上疊加工頻電壓和高頻脈衝電壓時， 選擇充電電容C為3000pF，限流電阻R阻值為6kQ，調整放電球隙的間隙使之在7kV電壓下放電，此時被試電抗器上將產生高頻脈衝振蕩電壓，振蕩峰值電壓為7kV，對於工頻電路部分，阻塞電感L1選擇與待測的乾式空心電抗器L相當的電感值,C1作為補償電容，根據振蕩頻率、待測的乾式空心電抗器L和阻塞電感L1進行選擇，由于振蕩頻率在數十kHz左右，此時阻塞電感L1上將承受主要的高頻脈衝振蕩電壓，經仿真計算補償電容C1上承受的高頻脈衝電壓峰值僅2. 15V，幾乎不受高頻脈衝振蕩電壓的影響，從而保證了工頻電壓電路不承受高頻脈衝振蕩電壓。本發明通過工頻電壓和高頻脈衝電壓疊加的方法,對於匝間絕緣存在缺陷的地方，在高頻脈衝電壓的作用下可以使匝間形成火花放電及暫時性的擊穿，而疊加的工頻電壓可以使匝間擊穿不熄弧，兩者的同時作用可以使得匝間絕緣形成連續的短路狀態，在電弧的作用下，短路點溫度迅速升高，通過紅外熱像儀可將缺陷點精確定位，同時匝間絕緣缺陷點會因高溫碳化，並伴隨煙霧，據此可標示各包封的故障點位置。上列詳細說明是針對本發明之一可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
1.一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一，建立由工頻電路與高頻脈衝振蕩電路相互疊加的電路，工頻電路主要由第二開關、阻塞電感、補償電容和交流電源構成，高頻脈衝振蕩電路主要由放電球隙、第一開關、 充電電容和直流電源組成，其中，第一開關與第二開關連接，充電電容與補償電容連接； 步驟二，將乾式空心電抗器的一端接入第一開關與第二開關之間，另一端接入充電電容與補償電容之間；步驟三，斷開第二開關，接通第一開關，乾式空心電抗器即接入高頻脈衝振蕩電路，判斷乾式空心電抗器是否存在匝間絕緣缺陷，若有缺陷，則進行步驟四；步驟四，金屬性擊穿的定位，斷開第一開關，接通第二開關，乾式空心電抗器即接入工頻電路，匝間絕緣若為金屬性擊穿，則認為電抗器已經出現短路匝，施加工頻電流，短路處的溫度迅速升高，短路匝溫度也因短路電流而迅速升高，用紅外熱像儀進行精確定位，如果此時溫度不升高，則進行步驟五；步驟五，低阻擊穿的定位，匝間絕緣若為低阻擊穿，同時接通第一開關和第二開關，在電抗器通過額定電流的情況下，使用高頻脈衝電壓擊穿故障點出現匝間短路，此時擊穿故障點的絕緣碳化變黑，出現煙霧，標示出故障點的位置；如果電源繼續保持，則繞組會形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀進行精確定位，如果此時溫度不升高，則進行步驟六；步驟六，高阻擊穿的定位，匝間絕緣若為高阻擊穿，用聲音探測裝置進行探聽，根據擊穿點的高阻情況，調節高頻脈衝迴路的參數，斷開第一開關和第二開關，加大充電電容，再重新接通第一開關和第二開關，增加在高頻脈衝擊穿點弧道的能量，降低擊穿故障點的絕緣，形成金屬性匝間短路，用紅外熱像儀進行精確定位。
2.根據權利要求I所述的一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，其特徵在於所述高頻脈衝振蕩電路還包括限流電阻。
3.根據權利要求2所述的一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，其特徵在於，建立的疊加後的電路，其具體電路連接關係如下充電電容、放電球隙、第一開關、第二開關、阻塞電感和補償電容依次串聯構成閉合迴路，所述充電電容、補償電容分別並聯直流電源和交流電源，所述第一開關與所述第二開關之間設有與待測的乾式空心電抗器的一端連接的連接點，所述充電電容與所述補償電容之間設有與待測的乾式空心電抗器的另一端連接的連接點，限流電阻與直流電源串聯。
全文摘要
本發明公開了一種乾式空心電抗器匝間絕緣缺陷的定位方法，含有以下步驟步驟一，建立由工頻電路與高頻脈衝振蕩電路相互疊加的電路，工頻電路主要由第二開關、阻塞電感、補償電容和交流電源構成，高頻脈衝振蕩電路主要由放電球隙、第一開關、充電電容和直流電源組成；步驟二，將乾式空心電抗器的一端接入第一開關與第二開關之間，另一端接入充電電容與補償電容之間；步驟三，斷開第二開關，接通第一開關，乾式空心電抗器即接入高頻脈衝振蕩電路，判斷乾式空心電抗器是否存在匝間絕緣缺陷，若有缺陷，則進行步驟四至步驟六，依次判斷是否為金屬性擊穿、低阻擊穿、高阻擊穿並根據不同的缺陷性質進行定位。
文檔編號G01R31/06GK102590699SQ20121000667
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者何宏明, 劉平原, 姚森敬, 彭向陽, 徐林峰, 楊翠茹, 林一峰, 歐小波, 鄭曉光 申請人:廣東電網公司電力科學研究院