专利名称：电压互感器的匝间短路在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压互感器的匝间短路在线监测装置，具体为针对高压电磁式电压互感器或电力变压器，依据磁势平衡原理，采用高精度测量导纳方法检测其匝间短路故障，属电工测量与检测技术领域。
背景技术：
绕组类高压电气设备(变压器及互感器)的匝间短路是非常严重的事故。据资料统计，变压器匝间短路故障约占变压器大型故障的50% 60%，目前国内外对于绕组类设备匝间短路进行过相关研究，对于变压器来说，具体有如下的研究方法
(1)利用一、二次绕组电压和电流变化量来监测是否发生故障。由于匝间短路故障时原、副边电压和电流变化值非常小，而变压器在实际运行中，负荷是动态的，导致电流也在不停变化，且其变化幅度远远超过匝间短路故障变化的幅度，因此很难剔除这种变化对匝间短路故障的影响；
(2)利用变压器发生短路时漏磁场的变化来监测是否发生故障。当变压器发生匝间短路故障时，漏磁场变化比较明显，利用探测器来探测漏磁通变化即可监测匝间短路故障，但这种方法需要将探测线圈放入变压器内部，通过测量探测线圈中感应电压的变化，来监测绕组的匝间短路故障，这对设备性能会产生影响；
(3)利用测量功率损耗来监测匝间短路。当绕组类设备发生匝间短路时，其内部功率损耗会明显增大，利用变压器各侧的电压、电流量，计算出变压器的功率，进而得出损耗的变化。用于测量电流、电压的电流互感器和电压互感器引入的误差同样会对影响对测量结果的评价。对于电磁式电压互感器也同样面临这样的问题，发生匝间短路后，由于对其主绝缘及误差影响很小，通常不易被监测到，一旦故障扩大，将导致设备主绝缘烧坏，对电网安全造成重大影响。通常情况下，从发生匝间短路到主绝缘击穿所需的时间为几分钟到十几个小时不等，电压等级越高，发展速度将越快。电磁式电压互感器一次绕组匝间短路产生的原因有多种，常规的监测电磁式电压互感器绝缘状态的方法主要是对其一次绕组激磁电流I1进行监测，如附图1所示，图中传感器1用于监测一次电流，传感器2用于监测一、二次之间绝缘泄漏电流。由于电磁式电压互感器一次绕组匝数较变压器要多很多，如IlOkV电磁式电压互感器，其一次绕组匝数为 33990匝，当一次绕组发生匝间短路时，一次绕组减少1匝，对泄漏电流的影响量数量级为 ΙΟ"5,而一般穿心式电流传感器的精度为10_4左右，电压互感器测量误差达10_3，因此，采用上述三种检测变压器故障的方法，并不能有效的监测互感器类设备的匝间短路变化。中国发明专禾Ij《一种基于导纳原理实现变压器保护的方法》(申请号 200710119033. 8申请日2007-06-18)所公开的，是对被保护变压器各侧的电压、电流互感器的输出波形进行采样得到电压、电流瞬时采样值，再计算出电压、电流幅值相角信息，保护装置根据导纳算法计算被保护变压器的励磁导纳4，之后与给定值进行比较，发出是否进行保护信号，该方法对变压器故障情况的反应灵敏，判据裕度大、简单、可靠。其不足之处是励磁阻抗的计算方法复杂；通过对变压器所连接的电流、电压互感器进行采样，采样精度最高只能达到10_3 ；由于电磁式电压互感器一次绕组匝数远多于变压器，匝间短路时励磁导纳的变化值远小于变压器，因此，该方法不能适应于电磁式电压互感器的保护。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术提出的问题，公开一种精度高、易于实现的在线监测电磁式电压互感器匝间短路装置，利用磁势平衡原理，高精度监测一次导纳，由此而反映电磁式电压互感器匝间短路故障。本发明的技术方案是电压互感器的匝间短路在线监测装置，包括数据采集元件、 A/D转换元件、数据处理系统及上位机，其特征在于所述的数据采集元件包括采样电阻和分压电阻，在电压互感器一次高压线圈的末端，串联有采样电阻；电压互感器二次绕组的一组低压线圈上，串联有分压电阻；采样电阻及分压电阻分别连接有A/D转换元件，与采样电阻连接的A/D转换元件通过光电隔离装置连接至数据处理系统，与分压电阻连接的A/D转换元件直连至数据处理系统，上位机与数据处理系统连接。本发明电压互感器的匝间短路在线监测装置工作原理如下
电磁式电压互感器T形等效电路如附图2所示，其一次回路导纳 Γ· =1/Ζ·，是一个非线性值，与外加电压有关，可通过测量电磁式电压互感器一次电流与
二次电压的比值来计算，即,如附图3所示，Ym值的大小可以精确的反映电磁式
电压互感器内部磁势平衡。当电磁式电压互感器发生匝间短路时，其内部磁势平衡被打破， 导纳将发生变化。本发明的有益效果是利用磁势平衡原理来监测电磁式电压互感器一次导纳，由于采样电阻及分压电阻为高精确度电阻，通过A/D转换元件及数据处理系统计算处理，系统采样精度可达到10_4以上，改善了当前利用穿心式电流互感器监测电流信号精度达不到要求的缺点，能很好的反映电磁式电压互感器匝间短路故障。
附图1为传统的电磁式电压互感器在线监测方法原理图； 附图2为电压互感器T形等效电路附图3为电磁式电压互感器导纳测量原理图； 附图4为本发明实施例系统原理图。
具体实施例方式以下结合附图对发明实施例作进一步说明
附图中的标记附图2中，I1 一被监测电磁式电压互感器一次电流，Itl一励磁电流，12‘一二次电流(折算到一次侧)，一次电压，E1+—次感应电势，E2_二次感应电势，U’ 2_二次电压(折算到一次侧)，&一一次绕组等效阻抗，zm_励磁阻抗，z’2—二次绕组等效阻抗(折算到一次侧)，z’b—二次负荷(折算到一次侧)。附图3中，U1—一次电压，U2—二次电压，a、χ—二次绕组端子。附图4中，PT—被监测电磁式电压互感器，仏一一次电压，U2_二次电压， 、一被监测电磁式电压互感器一次电流，k一一次绕组末屏端子，a、χ—二次绕组端子，R1-采样电阻，&、R3_分压电阻，A/D1—一次A/D转换元件，A/D2—二次A/D转换元件。以下结合附图对本发明实施例做详细说明。如附图4所示，电磁式电压互感器一次电流Ii的采样电阻队将电磁式电压互感器一次电流I1转换为电压信号，并输入至一次A/D转换元件A/D1，将电压信号转换为数字信号，再经光电隔离装置将信号传送至数据处理系统；从分压电阻民将电磁式电压互感器二次输出电压U2按比例采样，并输入至二次A/D转换元件A/D2，将电压信号转换为数字信号，
再传送至数据处理系统，数据处理系统按公式\ =A/巧计算出电磁式电压互感器一次导
纳值，并上传至上位机。在上位机，通过设置预警系统，当一次导纳值浮动超过初始值的3 倍时，视为电磁式电压互感器发生匝间短路故障。一般情况下，电磁式电压互感器发生匝间短路故障初期可持续很长的时间，其一次导纳值超过上位机设置预警值时，迅速切断发生故障的电磁式电压互感器，并对其进行离线检测，可有效防止电磁式电压互感器发生爆炸等危险的发生，保障电力系统安全稳定运行。由于采样电阻及分压电阻为高精确度电阻，通过A/D转换元件及数据处理系统计算处理，系统采样精度可达到10_4以上，改善了当前利用穿心式电流互感器监测电流信号精度达不到要求的缺点，能很好的反映电磁式电压互感器匝间短路故障。
权利要求
1.电压互感器的匝间短路在线监测装置，包括数据采集元件、A/D转换元件、数据处理系统及上位机，其特征在于所述的数据采集元件包括采样电阻和分压电阻，在电压互感器一次高压线圈的末端，串联有采样电阻；电压互感器二次绕组的一组低压线圈上，串联有分压电阻；采样电阻及分压电阻分别连接有A/D转换元件，与采样电阻连接的A/D转换元件通过光电隔离装置连接至数据处理系统，与分压电阻连接的A/D转换元件直连至数据处理系统，上位机与数据处理系统连接。
全文摘要
本发明涉及一种电压互感器的匝间短路在线监测装置，可在线监测电磁式电压互感器匝间短路，利用磁势平衡原理，高精度监测一次导纳，由此而反映电磁式电压互感器匝间短路故障。包括数据采集元件、A/D转换元件、数据处理系统及上位机，在电压互感器一次高压线圈的末端，串联有采样电阻；电压互感器二次绕组的一组低压线圈上，串联有分压电阻；采样电阻及分压电阻分别连接有A/D转换元件，通过A/D转换元件及数据处理系统计算处理，系统采样精度可达到10-4以上，改善了当前利用穿心式电流互感器监测电流信号精度达不到要求的缺点，能很好的反映电磁式电压互感器匝间短路故障。
文档编号G01R31/02GK102435903SQ20111035896
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者余春雨, 冯宇, 吴士普, 李璿, 汪本进, 王晓琪, 王欢, 王玲, 费烨, 陈晓明 申请人:国网电力科学研究院