基于谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法与流程

本发明涉及干式空心电抗器，具体涉及一种基于谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法。

背景技术：

1、随着国内电力基建不断推进，特高压和超高压电网也持续扩张，高质量、高科技的输电设备，包括电抗器在内，成为支撑电网发展不可或缺的重要组成部分。同时我国特高压电网等级不断提高，对电抗器的安全、稳定运行的要求也越来越高，随着干式空心电抗器的大量投运及长期运行，其故障率不断升高，其中70％的故障是由匝间短路故障导致。但现有监测方法不能及时发现匝间短路故障，极易导致电抗器烧毁，引发更严重的接地短路故障，威胁电力系统的安全稳定运行。

2、目前，电抗器匝间短路故障的主要在线检测技术有：温度场检测、磁场检测、电气参数检测等。例如光纤温度传感技术、红外测温技术等，尽管温度测量的方法是很方便的，但是现有的技术只能对特定范围内的监测点起作用，对于超出测量范围的监测点无法灵敏的检测出其温度的变化。关于磁场检测，受安装外传感器精度的限制，且故障时产生的磁场会削弱原有的磁场，产生一定误差。针对电气参数检测，在故障早期，电抗器的电感、电阻等电气参数变化非常小，通过这些电气参数变换来反应故障信息可靠性较差；还有利用高频脉冲振荡法进行干式空心并联电抗器的匝间绝缘试验在技术上是可行的，但是此方法需要在电抗器停电条件下进行，绕组绝缘故障诊断的时效性差。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：现有的干式空心电抗器保护方案中检测故障特征量仅在低频中适用，但当频率升高，直至高频时一些特征量将无法检测干式空心电抗器匝间短路故障发生并切除，导致故障演变为接地短路故障或更为严重的火灾事故，影响电力系统的安全稳定运行的问题。

2、针对现有技术的上述问题，提出一种谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法，提高了干式电抗器匝间短路故障检测的精确度，避免了事故的进一步扩大，保障了干式空心电抗器的安全运行，保证匝间短路故障检测的灵敏性和可靠性。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种基于谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法，：

5、构建干式空心电抗器的电路模型，使用所述电路模型仿真干式空心电抗器正常运行以及发生不同故障程度和故障位置的匝间短路，并获取对应的阻抗对数幅值谱；

6、分别计算干式空心电抗器每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量和特征值，所述谐振波峰偏移量具体是指阻抗对数幅值谱的谐振波峰相比干式空心电抗器正常运行时的阻抗对数幅值谱的谐振波峰的偏移量；

7、获取待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱，计算待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量与特征值；

8、若待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量大于预设阈值，将待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量与特征值匹配每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量与特征值，根据匹配结果确定待测干式空心电抗器的匝间短路故障位置和故障程度。

9、进一步的，构建干式空心电抗器的电路模型具体包括以下步骤：

10、建立高频下的电抗器分布等值电路模型，计算匝间电容、各层间电容及对地杂散电容，线圈自感及互感；

11、对电抗器分布等值电路模型中任一节点i列写基尔霍夫电流定律方程式，然后列写与节点i相邻的电感电阻支路的电压电流方程，并整理为导纳矩阵形式，使得节点电压与电流求出后，计算导纳矩阵的倒数得到阻抗值。

12、进一步的，所述导纳矩阵形式的表达式如下：

13、[y]·[δu+u’]＝[i]

14、其中，[y]为等值电路模型的导纳矩阵，δu代表节点电压差，u’代表互感电压降。

15、进一步的，分别计算干式空心电抗器每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量和特征值时，包括计算阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量的步骤，具体包括：

16、获取干式空心电抗器正常运行时的阻抗对数幅值谱中谐振波峰极大值对应的频率fm与其他谐振波峰对应的频率f1、f2...fn；

17、获取当前匝间短路对应的阻抗对数幅值谱中谐振波峰极大值对应的频率fm‘与其他谐振波峰对应的频率f1’、f2‘...fn’；

18、计算当前匝间短路对应的阻抗对数幅值谱中谐振波峰极大值对应的频率fm‘相对于频率fm的偏移量δfm，并计算当前匝间短路对应的阻抗对数幅值谱中其他谐振波峰对应的频率f1’、f2‘...fn’相对于频率f1、f2...fn的偏移量δf1，δf2...δfn，计算偏移量δfm，δf1，δf2...δfn的平均值，得到当前匝间短路对应的谐振波峰偏移量δf。

19、进一步的，分别计算干式空心电抗器每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量和特征值时，包括计算阻抗对数幅值谱的特征值的步骤，具体包括：

20、将当前匝间短路对应的阻抗对数幅值谱波形的绝对值进行积分，得到对应的特征波形，计算特征波形的指定位置的变化趋势，得到当前匝间短路对应的特征值。

21、进一步的，计算特征波形的指定位置的变化趋势时，包括：

22、获取所述特征波形中第一阶段的拐点值a1，以及所述特征波形中第二阶段和第三阶段的阶梯处稳定值a2、a3；

23、计算第二阶段的阶梯处稳定值a2与第一阶段的拐点值a1的比值，作为当前匝间短路对应的第一特征值k1，计算第三阶段的阶梯处稳定值a3与第二阶段的阶梯处稳定值a2的比值，作为当前匝间短路对应的第二特征值k2。

24、进一步的，分别计算干式空心电抗器每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量和特征值之后，包括：根据谐振波峰偏移量的值划分不同故障程度匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移区间，针对相同故障程度下不同故障位置的匝间短路，构建对应阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量的集合；

25、对不同故障程度匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的特征值进行拟合，得到不同故障程度匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的特征值变化趋势。

26、进一步的，将待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量与特征值匹配每种匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量与特征值时，包括：

27、将待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量匹配不同故障程度匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移区间，根据匹配结果确定对应的匝间短路故障程度；

28、将待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的特征值与所确定的匝间短路故障程度对应的阻抗对数幅值谱的特征值变化趋势进行比较，若待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的特征值与所确定的匝间短路故障程度对应的阻抗对数幅值谱的特征值变化趋势匹配，则待测干式空心电抗器匝间短路故障程度为所确定的匝间短路故障程度；

29、将待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量匹配所确定的匝间短路故障程度中不同故障位置匝间短路对应的阻抗对数幅值谱的谐振波峰偏移量的集合，根据匹配结果确定对应的匝间短路故障位置。

30、进一步的，获取待测干式空心电抗器的阻抗对数幅值谱时，包括：实时采集阻抗对数幅值谱中谐振点的频率参数测量值并进行预处理，然后与所述电路模型中对应的频率参数仿真值进行比较，以确定频率参数测量值是否属于异常点，是则舍弃对应数据，否则保留对应数据。

31、本发明还提出一种基于谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测系统，包括互相连接的微处理器和计算机可读存储介质，所述微处理器被编程或者配置以执行任一项所述的基于谐振波峰平均偏移量的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法。

32、本发明相比现有技术具有以下优点：

33、本发明选择阻抗幅值谱中的谐振波峰平均偏移量对干式空心电抗器匝间短路故障程度进行判定，并定义特征值进行辅助判别，从而分析电抗器的高频特性，保证了匝间短路故障检测的灵敏性和可靠性。