馬江濤　謝超　丁宏

摘要：干式空心電抗器因其結(jié)構(gòu)簡單，電感線性度好、重量輕、機械強度高、噪聲低等優(yōu)點被電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。本文通過對干式空心電抗器的在線監(jiān)測系統(tǒng)和運維策略進行研究與實踐，并通過“磁場探測法”，實時監(jiān)測電抗器的工作狀態(tài)，在匝間短路故障發(fā)展早期就可檢測到故障，及時發(fā)出預(yù)警信息，以保障干式空心電抗器的穩(wěn)定運行，達到保障電力系統(tǒng)的安全運行的目的。

關(guān)鍵詞：干式電抗器;自取能;匝間短路;在線監(jiān)測

隨著新技術(shù)、新工藝、新材料在其中的廣泛應(yīng)用，不僅可以有效彌補這些缺陷和不足，還可以促進的電力設(shè)備的完善和進一步發(fā)展。干式電抗器自取能早期放電監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的研發(fā)順應(yīng)了我國智能電網(wǎng)的發(fā)展需求。

1干式電抗器局部放電概述

局部部放電是指設(shè)備絕緣系統(tǒng)中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發(fā)生在導(dǎo)體（電極）附近，也可發(fā)生在其它位置。

1.1局部放電的種類：

①絕緣材料內(nèi)部放電（固體-空穴;液體-氣泡）;②表面放電;③高壓電極尖端放電。

1.2局部放電的產(chǎn)生：

設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱點或生產(chǎn)過程中造成的缺陷，在高壓電場作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象-局部放電。局部放電可產(chǎn)生光學(xué)現(xiàn)象（光信號）、壓力波（聲音信號）、介質(zhì)損耗、高頻波信號、化學(xué)產(chǎn)物、發(fā)熱現(xiàn)象等。局部放電既是設(shè)備故障的征兆，也是造成絕緣劣化的重要原因，局部放電檢測和監(jiān)測是實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測的重要技術(shù)手段。

2干抗器常規(guī)檢測方法

目前為止，常規(guī)的干式電抗器檢測手段主要有：直流電阻測試、電抗器值測試、絕緣電阻測試、有功損耗測試、耐壓測試等。其中直阻、電抗器值、絕緣電阻測試都不能有效檢測干式電抗器的絕緣問題。

干式電抗器一般安裝在主變壓器低壓側(cè)，現(xiàn)場電場、磁場干擾大，而有功損耗測試儀容量小，對其測試結(jié)果有一定影響，每次測試數(shù)據(jù)變化非常大，干擾過強時還會燒損測試儀器，測試效果不理想，不能作為判斷依據(jù)。

由于耐壓測試設(shè)備沒有便攜式，不能運輸?shù)浆F(xiàn)場，而且在耐壓測試過程中，施加的電壓高于運行電壓6-7倍，對設(shè)備良好絕緣也有影響，所以也不能作為絕緣測試的判斷依據(jù)。

3干式電抗器在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

研究干式空心電抗器從正常運行狀態(tài)到匝間短路故障時電磁特性的變化規(guī)律，根據(jù)干式空心電抗器從正常工作到匝間短路故障狀態(tài)的物理過程，按照匝間短路初期的電擊穿放電模型和短路故障發(fā)展期線圈短路模型，采用場路耦合法，建立電抗器在不同包封、不同高度位置發(fā)生匝間短路故障時，各工作階段的數(shù)學(xué)模型，仿真分析電抗器各階段的電磁特性及參數(shù)（如層電流分布、磁場分布及電抗器電感值）的變化，并對比研究在電抗器不同包封、不同高度位置設(shè)置的探測線圈的感應(yīng)信號強弱及其數(shù)值計算特征，驗證磁場探測法的可行性。

3.1在線監(jiān)測系統(tǒng)原理

針對干式電抗器在線監(jiān)測技術(shù)的需求，在深入研究干式電抗器故障原理與檢測方法的基礎(chǔ)上，我們研制了一套利用“干式電抗器自取能早期放電監(jiān)測預(yù)警裝置”，該裝置是一套專門針對干式電抗器匝間短路在線監(jiān)測裝置。通過0.2ms級在線高速采樣，實時監(jiān)控電抗器服役過程中的電磁場變化，構(gòu)建診斷模型，檢測匝間短路發(fā)生期、發(fā)展期的特征信號，對電網(wǎng)運行中的電抗器可能發(fā)生的匝間短路故障、運行異常發(fā)出實時預(yù)警、報警信息，以供電網(wǎng)運行人員及時處理和預(yù)防事故。系統(tǒng)構(gòu)成原理圖3-1。

3.2磁場探測法原理

由于干式空心電抗器為對稱結(jié)構(gòu)，故其在正常工作狀態(tài)下會在其周圍產(chǎn)生對稱分布的磁場。電抗器發(fā)生匝間短路故障，短路環(huán)線圈中將會有很大的感應(yīng)電流通過，從而破壞電抗器磁場的對稱性。為了探測磁場的變化，在電抗器的最內(nèi)層包封內(nèi)表面或最外層包封外表面安裝對稱放置的探測線圈，通過實時監(jiān)測探測線圈產(chǎn)生的差分電壓信號來實時判斷電抗器周圍磁場是否異常，從而實現(xiàn)對干式空心電抗器匝間短路故障的實時在線檢測。

基于法拉第電磁感應(yīng)原理：

通過檢測感應(yīng)電壓u來間接檢測電抗器中磁通的變化，因此，感應(yīng)電壓和單位時間內(nèi)的磁通B改變成正比，對于正常的工況50Hz而言，該u值不大且比較穩(wěn)定，但對于匝間短路瞬態(tài)的磁通變化而言，因為作用時間很短，會產(chǎn)生瞬態(tài)的u的變化會提高101～103倍以上，形成脈沖性質(zhì)的電壓信號變化，基于u變化異常的信號辨識，可以可靠評價和確定電抗器內(nèi)部是否發(fā)生了匝間短路。

3.3自取能裝置

自取能裝置的作用是通過電流的隔離變換實現(xiàn)部分電能從導(dǎo)線到感應(yīng)電源模塊的轉(zhuǎn)移，如圖3-3，其設(shè)計需要綜合考慮喚醒電流、最小工作電流、輸出功率、安裝結(jié)構(gòu)尺寸、短時耐受電流等多種因素，不同的應(yīng)用往往需要專門的設(shè)計，感應(yīng)電源模塊的作用是將來自取能裝置的電流進行控制，使之轉(zhuǎn)換成目標(biāo)應(yīng)用所需的可控穩(wěn)定輸出，它是電流感應(yīng)電源的核心，其控制原理、制造工藝、器件選型直接關(guān)系到產(chǎn)品的可靠性，取電功率低、穩(wěn)定性差、易于損壞都是非專業(yè)感應(yīng)電源模塊常見的現(xiàn)象，限流器的作用是在導(dǎo)線承受短時大故障電流時，控制感應(yīng)電源模塊的輸入電流在安全許可的范圍內(nèi)，特別是在超高壓及特高壓電網(wǎng)應(yīng)用時，短路故障電流可能達40kA以上并持續(xù)數(shù)秒，如不安裝專用配套限流器，常規(guī)電流感應(yīng)電源很容易被損壞。

3.4監(jiān)測系統(tǒng)配置

動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括自取能裝置、磁場探測模塊、高速采樣處理器、屏蔽裝置，后臺軟件分析系統(tǒng)五部分組成，可應(yīng)用于500kV及以下電壓等級的各類型干式空心電抗器。后臺軟件運行分析模塊，圖形方式直觀分析處理歷史采樣數(shù)據(jù)的預(yù)警報警記錄和實時數(shù)據(jù)，用以診斷分析當(dāng)前系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性，以及報警信號、預(yù)警信號的可信度。

4結(jié)束語：

本文基于設(shè)計的硬件和軟件系統(tǒng)，在實驗室中搭建實驗平臺，對整個系統(tǒng)的功能進行驗證。該項技術(shù)適合于6～500kV電壓等級干式并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電抗器，其中采樣速率為5k/sec，防護等級按照IP65設(shè)計符合電網(wǎng)要求，系統(tǒng)供電方式采用自取能（取能CT通電電流≥20A），在電磁兼容性方面完全符合DLZ713-2000《500kV變電所保護和控制設(shè)備抗擾度要求》。

干式空心電抗器匝間短路在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測電抗器的工作狀態(tài)，在匝間短路故障發(fā)展早期就能檢測到故障，在故障實際發(fā)生之前，及時發(fā)出預(yù)警信息，從而更有效地防止故障擴大，保障電力系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻：

[1]陳澤鑫.關(guān)于干式空心并聯(lián)電抗器燒損問題的原因分要析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，（11）：32-35.

[2]薛建之.采用特高頻對干式電抗器的局部放電進行監(jiān)測[J].發(fā)輸變電，2015，01（18）：18-19.