一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法及装置与流程

本发明涉及干式电抗器监测，特别是指一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法及装置。

背景技术：

1、根据用途、磁通回路、绝缘介质的不同，电抗器的类型各不相同。按用途的不同，有起稳定直流电流，补偿容性无功，限制短路电流，降低过电压陡度，隔离谐波的电抗器；按磁通回路、绝缘介质的不同，有以铁磁为材料的铁抗和以空气为介质的空抗；与其他类型的电抗器相比，干式空心电抗器结构简单、重量轻、免维护、抗冲击、阻燃、机械强度高、电抗值保持线性等优良特性，因此在输配网级别的电网中使用比例高达70％。

2、根据有关资料显示，电抗器绝大部分匝间短路绝缘故障均起源于线圈局部绝缘受损，进而使得线圈受潮，局部放电增强，局部过热，最终导致线圈绝缘彻底被破坏。考虑到电抗器在户外湿热的运行环境，随着服役时间的增加，其表面绝缘必定会出现不同程度劣化，形成微小的局部放电，随着局放的发展，微小的局放可能会演变为树枝放电，进而导致匝间短路的形成。

3、据统计，所有故障里匝间短路故障大约占据电抗器总故障数的七成以上。匝间短路使得线圈局部温度上升，加速短路线匝绝缘老化，继而发展成多匝短路，最终可能导致电抗器着火，此时即使保护动作将电抗器从电网中切除，但电抗器也已严重烧损，无法检修。所以，对电抗器而言，一旦发生匝间短路故障，造成的损失较为严重，烧毁设备的同时还会影响电力系统其他设备，其后果不堪设想。

4、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，其中干式空心限流电抗器(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。但现有的干式空心限流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。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法及装置，可实现对电抗器的线圈进行监测和预警，从而降低干式空心限流电抗器的故障率，提高电网输电系统的安全可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，所述方法包括：

4、实时获取探测线圈产生的差分电压信号；

5、根据所述差分电压信号以及随机误差dj计算方差σj，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈；

6、根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常。

7、进一步的，实时获取探测线圈产生的差分电压信号，包括：

8、获取探测线圈产生的感应电压uj，根据所述感应电压uj检测电抗器中磁通b的变化，其中，所述感应电压uj与单位时间内电抗器中磁通b的改变成正比；

9、根据单位时间内电抗器中磁通b获取探测线圈产生的差分电压信号。

10、进一步的，所述感应电压uj的计算公式为：

11、

12、其中，n为探测线圈匝数，d为直径,φ(t)为磁通量,b(t)为电抗器的空间磁密,s为探测线圈的截面积。

13、进一步的，根据所述差分电压信号计算方差σj，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈，包括：

14、基于随机误差dj和感应电压uj，计算方差σj，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈，其中，

15、随机误差dj＝|uj-ej|，ej为移动均值，

16、方差其中，j为初相位，i为电流。

17、进一步的，根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常，包括：

18、根据随机误差dj≥kσj，判断所述电抗器的线圈是否有匝间短路故障，其中，k为系数；

19、若系数k≥3，则所述电抗器的线圈有匝间短路故障，并报警；

20、若系数k＜3，则所述电抗器的线圈未有匝间短路故障。

21、进一步的，根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常，包括：

22、通过a/d转换将模拟的电压、电流信号转化为数字信号；

23、对所述数字信号进行傅里叶变换，以获得电压、电流基波信号的相位；

24、通过电压、电流基波信号的相位计算出电抗器的功率因数角；

25、将所述电抗器的功率因数角与标准值进行比较，并判断电抗器是否存在匝间短路故障。

26、进一步的，对所述数字信号进行傅里叶变换，以获得电压、电流基波信号的相位，包括：

27、以f(t)为周期信号，当f(t)满足狄里赫利条件，则f(t)按傅里叶级数的形式展开为：

28、

29、其中，f0为基波频率，a0为信号f(t)的直流分量，an、bn为傅里叶系数；

30、

31、

32、将周期信号f(t)同频率的余弦函数项和正弦函数项合并为带初相位的正弦函数：

33、

34、其中，

35、其中，an为第n次谐波的幅值；为第n次谐波的初相位。

36、第二方面，一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测装置，包括：

37、获取模块，用于实时获取探测线圈产生的差分电压信号；

38、处理模块，用于根据所述差分电压信号以及随机误差dj计算方差σj，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈；根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常。

39、第三方面，一种计算设备，包括：

40、一个或多个处理器；

41、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的方法。

42、第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述的方法。

43、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

44、本发明的上述方案，通过根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常，可降低干式空心限流电抗器的故障率，提高电网输电系统的安全可靠性。

技术特征：

1.一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，实时获取探测线圈产生的差分电压信号，包括：

3.根据权利要求2所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，所述感应电压uj的计算公式为：

4.根据权利要求3所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，根据所述差分电压信号计算方差σj，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈，包括：

5.根据权利要求4所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常，包括：

6.根据权利要求4所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常，包括：

7.根据权利要求6所述的干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法，其特征在于，对所述数字信号进行傅里叶变换，以获得电压、电流基波信号的相位，包括：

8.一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测装置，其特征在于，包括：

9.一种计算设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供一种干式空心限流电抗器匝间短路故障监测方法及装置，所述方法包括：实时获取探测线圈产生的差分电压信号；根据所述差分电压信号以及随机误差D<subgt;j</subgt;计算方差σ<subgt;j</subgt;，以得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈；根据所述最大概率的离差分布限阈判断所述电抗器周围磁场是否异常，若是，则所述电抗器的线圈短路；若否，则所述电抗器的线圈正常。本发明可实现对电抗器的线圈进行监测和预警，从而降低干式空心限流电抗器的故障率，提高电网输电系统的安全可靠性。

技术研发人员：郑伟,左建,张和平,王文鹏,李守民,赵克强,王佳能,冯新辉,何文波,罗维之
受保护的技术使用者：国网新源控股有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14