电抗器匝间短路的检测方法与流程

[0001]
本发明涉及电力系统检测的领域，更具体地涉及一种电抗器匝间短路的检测方法。


背景技术：

[0002]
电抗器是电力系统不可或缺的电力设备，广泛应用于无功补偿装置，限制电容器组合闸涌流或故障电流，补偿系统感性无功电流。
[0003]
电力系统中所采取的电抗器，常见的有串联电抗器和并联电抗器，其中串联电抗器是指一种由金属导线绕制而成具有一定电抗值的装置，串联于电气回路上，主要用以限制短路电流。随着我国电网建设的迅速发展，高压串联电抗器的应用也越来越普遍。
[0004]
现有并联电容器装置中的串联电抗器从故障初期到烧毁，只需数秒到十几秒时间，如果不能及时在故障发展期将电抗器切除，会严重威胁电网的安全运行，亦容易导致重大安全事故，电抗器发生匝间故障引起电感、电流、磁场等特征量的变化大小与匝数及绕制层数密切相关，在故障发展初期，支路过电流呈现极速衰减的突变特性，很难被检测到。
[0005]
匝间短路作为绝缘故障中较为常见且频繁出现的情况，如不得到及时的检测，将会对电力系统的稳定性产生极大的干扰。提出合理、有效的电抗器匝间短路检测方法逐渐成为研究的重点。


技术实现要素：

[0006]
基于此，本申请提供一种电抗器匝间短路的检测方法，用以解决相关技术中不能及时有效的对并联电容器装置中的串联电抗器进行匝间短路检测的问题。
[0007]
本申请提供一种电抗器匝间短路的检测方法，包括以下步骤：1）在线实时采集运行中电容器组的并联电容器和串联电抗器的端电压；2）将采集到的电容器的端电压值和电抗器的端电压值通过傅里叶变换剥离谐波电压分量，从而得出基频电压有效值；3）计算基频电压下的并联电容器电压和串连电抗器电压的比值得到电容器组支路基频阻抗表征值γ；4）将电容器组支路基频阻抗表征值γ与监控系统内置的电抗器故障状态数据进行比较分析判断电抗器运行状态，并在发生匝间短路故障时给予报警或分闸命令。
[0008]
优选的，步骤1）中采用放电线圈采集电容器组中电容器的端电压和电抗器的端电压，且所述放电线圈一次侧和二次侧均为双绕组，放电线圈一次侧两个绕组分别并联在电容器和电抗器两端采集相应的模拟量，放电线圈的二次侧绕组对应接入采集接口，获取电容器组的并联电容器和串联电抗器的端电压。
[0009]
优选的，步骤2）中当电源电压波动时，每采集计算10个基频周期的电压数据，弃用最大和最小的各三组数据，取剩余4组数据的平均值进行计算。
[0010]
优选的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：
其中f（t）代表一个频率为f0的周期函数，其角频率ω0=2πf0，周期t=2π/ω0；c1sin（ω0t+ф1）代表基波分量；c
h
sin（hω0t+ф
h
）代表第h次谐波，它的幅值为c
h
，频率为hf0，相位为ф
h
。
[0011]
优选的，步骤3）中获取基频电压下的电容器组支路基频阻抗表征值γ的公式为:其中，u
c1
为基频电压下的并联电容器电压,u
l1
为基频电压下的串连电抗器电压。
[0012]
优选的，步骤4）中监控系统内置的电抗器故障状态数据为：串联电抗器匝间或层间短路保护跳闸定值γ2。
[0013]
优选的，步骤4）中当电容器组支路基频阻抗表征值γ发生变化时，系统自动记录变化时间、自动计算每一个变化点对应的支路基频阻抗表征值，并定期或实时发送电容器组支路基频阻抗表征值γ和基频阻抗变化表征值。
[0014]
优选的，步骤4）中报警或分闸命令发出时，系统发出相应的保护动作信息。
[0015]
优选的，上述步骤适用于并联电容器装置中的串联电抗器检测。
[0016]
相较现有技术，本发明具有以下的特点和有益效果：1、本发明的电抗器匝间短路的检测方法，通过实时获取阻抗γ值并与设置的参数进行比较，直击故障根本，不受任何系统因素的干扰，逐相监控保护，及时有效的进行电抗器匝间短路检测。
[0017]
2、本发明的电抗器匝间短路的检测方法，实时监控阻抗γ值和基频阻抗变化值的变化，具有极强的故障/事故预判和防范能力。
[0018]
3、本发明的电抗器匝间短路的检测方法，监控系统通过过采样和数字滤波技术来克服电容器、电抗器对系统电压波动响应趋势不同的干扰。
[0019]
4、本发明的电抗器匝间短路的检测方法，放电线圈一次侧和二次侧均为双绕组，便于阻抗特性监控系统完成电压采样。
[0020]
5、本发明的电抗器匝间短路的检测方法，充分考虑电源电压波动对采样算法的影响，使得多频率谐波和电源电压波动不会影响最终的计算结果和故障判断依据。
附图说明
[0021]
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]
图1为电容器组支路阻抗特性监控系统保护接线原理图。
具体实施方式
[0023]
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本申请保护的范围。
[0024]
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
[0025]
下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
[0026]
本方案提供的电抗器匝间短路的检测方法利用“在电容器组处于基频电压且非故障状态下，电容器和电抗器的端电压之比恒等于电抗率的倒数”的原理获取电容器组支路基频阻抗表征值γ并与设置的参数进行比较，实时监控电容器组支路阻抗及其变化来正确判断电容器组的故障状态，从而实时监控电抗器情况，及时有效的进行电抗器匝间短路检测，且具有电压等级和接线方式适应性强，无惧电容器组对称故障以及保护范围广的优势特点。
[0027]
请参照图1，一种电抗器匝间短路的检测方法，包括以下步骤：1）在线实时采集运行中电容器组的并联电容器和串联电抗器的端电压；2）将采集到的电容器的端电压值和电抗器的端电压值通过傅里叶变换剥离谐波电压分量，从而得出基频电压有效值；3）计算基频电压下的并联电容器电压和串连电抗器电压的比值得到电容器组支路基频阻抗表征值γ；4）将电容器组支路基频阻抗表征值γ与监控系统内置的电抗器故障状态数据进行比
较分析判断电抗器运行状态，并在发生匝间短路故障时给予报警或分闸命令。
[0028]
优选的，步骤1）中采用放电线圈采集电容器组中电容器的端电压和电抗器的端电压，且所述放电线圈一次侧和二次侧均为双绕组，放电线圈一次侧两个绕组分别并联在电容器和电抗器两端采集相应的模拟量，放电线圈的二次侧绕组对应接入采集接口，获取电容器组的并联电容器和串联电抗器的端电压。
[0029]
其中，对于1.14kv及以上电压等级的并联电容器装置来说，由于电压等级较高，需采用外接采样电压互感器(兼做放电线圈)，将较高的电压降低到适合本发明工作的低电压；保护接线时，仅需将放电线圈一次侧的大小两个绕组分别对应并联接入电容器和电抗器两端，再将二次绕组对应接入电容器组支路阻抗特性监控系统相应接线端子即可；对于1.14kv以下电压等级的并联电容器装置来说，电容器大多采用三角形接法，无需外加电压互感器，直接将电容器组任意一相电容器线电压(与相电压相等)和串联电抗器三相相电压对应接入本发明相应接线端子。
[0030]
优选的，步骤2）中当电源电压波动时，每采集计算10个基频周期的电压数据，弃用最大和最小的各三组数据，取剩余4组数据的平均值进行计算，大大降低了电源电压波动对数据准确性的影响。
[0031]
具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：具体的，步骤2）中获取基频电压值的傅里叶变换算法公式为：其中f（t）代表一个频率为f0的周期函数，其角频率ω0=2πf0，周期t=2π/ω0；c1sin（ω0t+ф1）代表基波分量；c
h
sin（hω0t+ф
h
）代表第h次谐波，它的幅值为c
h
，频率为hf0，相位为ф
h
。同时，由于放电线圈采集到电容器端电压和电抗器端电压波形中含有基频电压和其它频率的谐波电压，因此通过傅里叶变换可将基频电压和其它频率的谐波电压分离，以得到基频电压。
[0032]
优选的，步骤3）中获取基频电压下的电容器组支路基频阻抗表征值γ的公式为:
其中，u
c1
为基频电压下的并联电容器电压,u
l1
为基频电压下的串连电抗器电压。
[0033]
该公式是基于“在电容器组处于基频电压且非故障状态下，电容器和电抗器的端电压之比恒等于电抗率的倒数”的原理得到的，其中：的原理得到的，其中：电抗器感抗：z
l
=2πfl（l为线圈电感，单位亨利）；电容器容抗：（c是电容，单位法拉）；z
l1 是基频电压下的电抗器感抗值,z
c1
是基频电压下的电容器容抗值。
[0034]
优选的，步骤4）中监控系统内置的电抗器故障状态数据为：串联电抗器匝间或层间短路保护跳闸定值γ2。
[0035]
优选的，步骤4）中当电容器组支路基频阻抗表征值γ发生变化时，系统自动记录变化时间、自动计算每一个变化点对应的支路基频阻抗表征值，并定期或实时发送电容器组支路基频阻抗表征值γ和基频阻抗变化表征值。
[0036]
优选的，步骤4）中报警或分闸命令发出时，系统发出相应的保护动作信息。
[0037]
其中，具体的保护动作信息为：
①
若γ的跳跃变化≥5,判定电容器组突发贯穿性击穿事故或放电线圈匝件过流开路，此时保护指令可以为：发出无延时的分闸命令，直接切除整条电容器组支路，并闭锁该支路合闸出口。
[0038]
②
当γ≥γ2，γ2与γ0的差值在0.5-0.9之间，且呈现跳跃性，判定串联电抗器匝间或层间短路故障发生，此时保护指令可以为：发出无延时的分闸命令，直接切除整套电容器组支路，闭锁该支路合闸出口。
[0039]
③
当γ≥γ3，γ3与γ0的差值在0.9-1.3之间，且呈现跳跃性，判定放电线圈故障，此时保护指令可以为：发出无延时的分闸命令，直接切除整套电容器组支路，闭锁该支路合闸出口。
[0040]
④
当γ≥γ4，γ4与γ0的差值在1.3-2.3之间，且呈现跳跃性，判定位于串联电抗器所处的并联电容器装置中的并联电容器电源元件击穿故障发生，此时保护指令可以为：发出无延时的分闸命令，直接切除整套电容器组支路，闭锁该支路合闸出口。
[0041]
比对电容器组支路基频阻抗表征值γ和系列比对值，监控电容器组的实时状态，其中γ0为初始状态下电容器组最开始设计的对外实时阻抗表征值；γ2为串联电抗器匝间或层间短路保护跳闸定值；γ3为放电线圈故障保护跳闸定值；γ4为电容器单元元件击穿保护跳闸定值（其中电容器单元元件位于串联电抗器所处的并联电容器装置中），这些值都是
通过公式推导和大量的试验取得的，如：其中m-单台电容器内部并联单元数量；n-单台电容器内部串联段数量；e-电容器组每相电容器并联数量；f-电容器单组每相电容器串联段数量；k-初始电抗率。
[0042]
值得一提的是，在单组并联电容器串并联数量较多或并联电容器装置运行电压较高的情况下，可以通过修改系列设定值，以增强监控方法的灵敏性、可靠性、选择性和速动性。
[0043]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0044]
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。