本發(fā)明涉及一種絕緣性檢測方法，特別涉及一種電抗器匝間絕緣狀態(tài)診斷方法。

背景技術(shù)：

干式空心電抗器一般由多個(gè)同軸繞組包封組成，所有包封在電氣上是并聯(lián)的，在每個(gè)包封中有若干個(gè)并聯(lián)連接的線圈，每層線圈又有數(shù)根小截面金屬導(dǎo)線(一般為鋁導(dǎo)線)并繞而成，每根導(dǎo)線上包有聚酷薄膜或玻璃絲作匝絕緣，每個(gè)包封用浸有環(huán)氧樹脂的長玻璃絲纖維包繞.電抗器繞制完畢后，經(jīng)加熱固化，整個(gè)繞組包封形成一個(gè)堅(jiān)固的整體。

干式空心電抗器與傳統(tǒng)的油浸式鐵心電抗器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、線性度好、損耗低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著干式空心電抗器在電網(wǎng)中大量使用，由于產(chǎn)品質(zhì)量潛在隱患或絕緣老化等原因，其故障逐步增加，電抗器著火燃燒事故時(shí)有發(fā)生，給電網(wǎng)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外空心電抗器的運(yùn)行情況和大量資料表明，線圈的匝間絕緣損壞事故在空心電抗器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障中占多數(shù)，而且，由于這種事故往往會(huì)造成電抗器發(fā)生匝間絕緣直接短路，導(dǎo)致電抗器燒毀，造成很大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

目前，對(duì)于高壓干式電抗器的絕緣檢測主要集中在繞組電阻檢測、絕緣電阻檢測和外施耐壓等方法。當(dāng)電抗器局部匝間發(fā)生短路時(shí)，對(duì)于整體的直流電阻、電感量和對(duì)地絕緣強(qiáng)度的影響很小，這造成這些方法在應(yīng)用的過程中對(duì)于匝間故障的檢測不是十分有效，尤其是當(dāng)匝間短路的線圈匝數(shù)很少時(shí)(如只有1匝的情況下)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)高壓干式電抗器匝間絕緣性檢測困難的問題，提出了一種電抗器匝間絕緣性診斷方法，將脈沖振蕩加載在電抗器上，根據(jù)所測得試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器匝間絕緣狀態(tài)的診斷。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種電抗器匝間絕緣性診斷方法，具體包括如下步驟：

1)對(duì)充電電容充30～50％電后，控制高壓開關(guān)的動(dòng)作，重復(fù)地施加到電抗器上，在電抗器上形成高頻脈沖振蕩電壓，電容分壓器并聯(lián)在電抗器上，對(duì)振蕩波進(jìn)行分壓，通過示波器得到30～50％試驗(yàn)電壓和電流波形；

2)對(duì)充電電容充80～100％電后，控制高壓開關(guān)的動(dòng)作，重復(fù)地施加到電抗器上，在電抗器上形成高頻脈沖振蕩電壓，電容分壓器并聯(lián)在電抗器上，對(duì)振蕩波進(jìn)行分壓，通過示波器得到80～100％試驗(yàn)電壓和電流波形；

3)絕緣故障判定：根據(jù)電感量進(jìn)行絕緣故障判定，電抗器在發(fā)生匝間絕緣故障的過程中，其電感量會(huì)隨著故障程度的增加而減小，從而導(dǎo)致振蕩波的頻率增加，通過公式計(jì)算電感量，

式中f為振蕩頻率，C為試驗(yàn)充電電容的電容量，

如果高壓下的電感量小于低壓下的電感量，即步驟2)示波器采集波形的頻率計(jì)算出的電感量小于步驟1)采集波形的頻率計(jì)算出的電感量，則電抗器匝間存在故障，反之則不存在匝間絕緣故障；

4)絕緣故障位置判定：利用測量所得的電抗器直流電阻計(jì)算出電抗器發(fā)生短路的匝數(shù)，并根據(jù)電抗器原有的出廠的電感量計(jì)算出該短路線圈的所造成的電感變化量，將計(jì)算所得的電感量和步驟2)所得高壓狀態(tài)下測試所得的電感量進(jìn)行比較，當(dāng)相差小于等于8％時(shí)，則短路故障發(fā)生在端部，當(dāng)相差大于25％時(shí)，則短路故障發(fā)生在靠近電抗器的中部。

所述步驟3)還可以根據(jù)振蕩波的衰減系數(shù)進(jìn)行絕緣故障判定，電抗器在發(fā)生匝間絕緣故障的過程中，其振蕩波的衰減速度會(huì)隨著故障程度的增加而增加，具體方法如下：

A:根據(jù)所測得的振蕩波波形，提取每個(gè)振蕩波正峰值電壓和對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，然后利用衰減系數(shù)的計(jì)算公式求取衰減系數(shù)，然后將所有計(jì)算所得的衰減系數(shù)進(jìn)行平均，計(jì)算出平均值，

衰減系數(shù)的計(jì)算公式為：

$\mathrm{\δ}=ln\left(\frac{U_1}{U_2}\right)/(t_2-t_1)$

其中U₁、U₂為相鄰兩個(gè)振蕩波正峰值電壓，t₁、t₂為U₁、U₂對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

B：通過對(duì)在30％～50％試驗(yàn)電壓和80％～100％的試驗(yàn)電壓下的振蕩波的衰減系數(shù)的測量，如果80％～100％的試驗(yàn)電壓下的衰減系數(shù)大于30％～50％試驗(yàn)電壓下的衰減系數(shù)，則電抗器匝間存在故障，反之則不存在匝間絕緣故障。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明電抗器匝間絕緣性診斷方法，將匝間絕緣出現(xiàn)損壞、劣化、老化的電抗器檢測出來，便于及時(shí)更換，防止其在運(yùn)行中損壞造成供電中斷事故。將解決目前對(duì)電抗器匝間絕緣長期不能監(jiān)管的被動(dòng)局面，對(duì)促進(jìn)電抗器制造廠家產(chǎn)品質(zhì)量提高及確保整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行將起到積極的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明脈沖振蕩原理的匝間絕緣測試裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明正常情況下電抗器的電壓波形圖；

圖3為本發(fā)明正常情況下電抗器的電流波形圖；

圖4為本發(fā)明故障出現(xiàn)在端部時(shí)，電抗器上的電壓波形圖；

圖5為本發(fā)明故障出現(xiàn)在端部時(shí)，電抗器上的電流波形圖；

圖6為本發(fā)明故障出現(xiàn)在中部時(shí)，電抗器上的電壓波形圖；

圖7為本發(fā)明故障出現(xiàn)在中部時(shí)，電抗器上的電流波形圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示脈沖振蕩原理的匝間絕緣測試裝置結(jié)構(gòu)圖，T₁為調(diào)壓器；T₂為高壓試驗(yàn)變壓器；D為整流硅堆；R為保護(hù)電阻；R₁為阻尼電阻；S為可控放電球隙；L為電抗器試品；C為主電容；R_H為電阻分壓器高壓臂電阻；R_L為電阻分壓器低壓臂電阻；C_H為電容分壓器高壓臂電容；C_L為電容分壓器低壓臂電容。整個(gè)系統(tǒng)工作原理為：首先利用高壓試驗(yàn)變壓器T₂將輸入的交流升壓到高壓交流，然后通過高壓硅堆D和保護(hù)電阻R，將交流高壓變?yōu)橹绷鞲邏?，并通過由R_H和R_L組成的電阻分壓器將輸出的直流高壓輸入到控制單元，控制單元根據(jù)所設(shè)定的值對(duì)調(diào)壓器T₁進(jìn)行控制，使輸出的直流高壓穩(wěn)定在一定的值上。接著將得到的直流高壓通過阻尼電阻對(duì)高壓電容C進(jìn)行充電，達(dá)到試驗(yàn)電壓，充電完成后，通過控制單元控制停止高壓直流電源的輸出，同時(shí)控制球隙s放電，電容C與被試線圈L、阻尼電阻R₁形成阻尼振蕩。當(dāng)振蕩放電電壓衰減到足夠小時(shí)，電弧熄滅，啟動(dòng)直流高壓電源，電容C又開始充電，循環(huán)上述過程。在振蕩的過程中，采用示波器通過由C_H和C_L組成的電容分壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩波的測量。

電抗器發(fā)生匝間絕緣故障時(shí)，其電氣參數(shù)變化分析：

將電抗器作為上述電路的被試線圈部分，如果電抗器有短路匝存在，則由于線圈之間互感的存在，將會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

a.由于電抗器線圈匝數(shù)的減少，導(dǎo)致整個(gè)電抗器的電感量減少，從而使整個(gè)振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化。

b.由于短路匝以外的其它線圈在短路匝中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這一感應(yīng)電動(dòng)勢將引起短路匝內(nèi)有很大的環(huán)流，這一環(huán)流會(huì)在線圈中產(chǎn)生去磁場，使整個(gè)電抗器線圈中的總磁場減少，使電抗器的電感量減少，從而使整個(gè)振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化。

c.短路匝內(nèi)的環(huán)流會(huì)引起電抗器的損耗增加，從而使整個(gè)振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。

d.由于短路匝的存在，破壞了電抗器各層線圈原來的磁勢平衡關(guān)系，勢必引起電抗器各層線圈中電流的分配關(guān)系變化，使電抗器中出現(xiàn)貫穿整個(gè)線圈的環(huán)流，這個(gè)環(huán)流的存在也同樣會(huì)加大電抗器的損耗，使整個(gè)振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。

由此可見，在進(jìn)行電抗器匝間絕緣故障檢測的故障過程中，首先對(duì)充電電容充30～50％和100％電后，控制高壓開關(guān)的動(dòng)作，重復(fù)地施加到電抗器上，在電抗器上形成高頻脈沖振蕩電壓，通過30～50％和100％試驗(yàn)電壓波形的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器匝間絕緣故障的判斷。當(dāng)電抗器匝間絕緣故障出現(xiàn)的位置不同，電抗器的短路匝線圈對(duì)各匝線圈的互感值是不同的，從而影響電路的振蕩電壓和電流波形。為了了解脈沖振蕩波形和發(fā)生匝間故障位置的關(guān)系，對(duì)存在相同匝間故障數(shù)，不同匝間故障位置的電抗器進(jìn)行仿真分析，可以看出：

當(dāng)電抗器無匝間絕緣故障時(shí),電抗器上的電壓波形和電流波形見圖2和3。

電抗器匝間絕緣故障出現(xiàn)在端部時(shí)，短路線匝與電抗器其它部分線圈之間的互感比較小,總電壓和總電流波形如圖4和5所示，圖中，U_n(I_n)表示匝間絕緣完好情況下電抗器上的總電壓(總電流)，U_ef(I_ef)表示匝間絕緣故障發(fā)生在端部時(shí)的總電壓(總電流)。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn):同匝間絕緣完好時(shí)相比,當(dāng)電抗器端部線圈出現(xiàn)匝間短路時(shí),電抗器上的電壓和電流衰減速度明顯加快,振蕩頻率也較高。

電抗器匝間絕緣故障出現(xiàn)在中部匝間絕緣故障出現(xiàn)在中部時(shí)，短路線匝與電抗器其它部分線圈之間的互感比較大，故該部分線圈發(fā)生短路時(shí)對(duì)電抗器電氣參數(shù)的影響較大，總電壓和總電流波形如圖6和7所示。圖中：U_n(I_n)表示匝間絕緣完好情況下電抗器上的總電壓(總電流)，U_mf(I_mf)表示匝間絕緣故障發(fā)生在中部時(shí)電抗器上的總電壓(總電流)。由圖6、7可以看出，當(dāng)電抗器中部線圈的匝間絕緣出現(xiàn)短路時(shí)，電抗器上的總電壓和總電流的衰減速度和振蕩頻率相對(duì)于端部線圈匝間出現(xiàn)短路明顯增大。

通過上述對(duì)匝間絕緣故障過程中電抗器電氣參數(shù)的變化和不同故障位置對(duì)振蕩波形的影響，本發(fā)明的電抗器匝間絕緣狀態(tài)判斷方法為：

1、電抗器在發(fā)生匝間絕緣故障的過程中，其電感量會(huì)隨著故障程度的增加而減小，從而導(dǎo)致振蕩波的頻率增加。因此可通過對(duì)振蕩波頻率的測量來實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器電感量的測量，根據(jù)電感量的變化來判斷電抗器匝間是否存在絕緣故障，其電感量得計(jì)算公式為：

$L=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{f}^{2}C}$

式中f為振蕩頻綠率，C為試驗(yàn)系統(tǒng)中充電電容的電容量(圖1中的C)。具體故障診斷方法為：1)通過對(duì)在30％-50％試驗(yàn)電壓和80％-100％的試驗(yàn)電壓下的振蕩波的頻率的測量，根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算出不同電壓下的電感量，如果高壓下的電感量小于低壓下的電感量，則說明電抗器匝間存在故障，反之則不存在匝間絕緣故障。2)上述的過程只能對(duì)電抗器匝間存在薄弱點(diǎn)時(shí)有效，當(dāng)以形成永久短路點(diǎn)則無法實(shí)現(xiàn)診斷，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)已永久短路點(diǎn)的判斷，將測量所得的電抗器電感量和電抗器投運(yùn)時(shí)(即電抗器正常完好時(shí))的電感量進(jìn)行比較，如存在電感量減小的現(xiàn)象，則說明存在電抗器匝間絕緣故障，反之則不存在匝間絕緣故障。

2、電抗器在發(fā)生匝間絕緣故障的過程中，其振蕩波的衰減速度會(huì)隨著故障程度的增加而增加。因此可通過對(duì)振蕩波形的測量，計(jì)算出所測振蕩波的衰減系數(shù)，根據(jù)衰減系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器匝間絕緣故障的判斷，其衰減系數(shù)的計(jì)算采用相同相位下的電壓進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為：

$\mathrm{\δ}=ln\left(\frac{U_1}{U_2}\right)/(t_2-t_1)$

其中U₁、U₂分別為t₁、t₂時(shí)刻的電壓值，具體的診斷過程為：1)根據(jù)所測得的振蕩波波形，提取每個(gè)振蕩波正峰值電壓和該點(diǎn)的時(shí)刻，然后利用上述的公式根據(jù)相鄰兩個(gè)電壓求取衰減系數(shù)，然后將所有計(jì)算所得的衰減系數(shù)進(jìn)行平均，計(jì)算出平均值。2)通過對(duì)在30％-50％試驗(yàn)電壓和80％-100％的試驗(yàn)電壓下的振蕩波的衰減系數(shù)的測量，如果高壓下的衰減系數(shù)大于低壓下的衰減系數(shù)，則說明電抗器匝間存在故障，反之則不存在匝間絕緣故障。3)將測量所得的電抗器衰減系數(shù)和電抗器投運(yùn)時(shí)的衰減系數(shù)進(jìn)行比較，如存在衰減系數(shù)變大的現(xiàn)象，則說明存在電抗器匝間絕緣故障，反之則不存在匝間絕緣故障。

3、由于電抗器的各線圈之間存在互感，當(dāng)電抗器匝間絕緣故障發(fā)生在不同位置時(shí)，其對(duì)整個(gè)電抗器的電感量的影響是不同的，因此通過電感量的測量，并結(jié)合電抗器導(dǎo)體電阻的測量可判斷出匝間故障的位置。整個(gè)診斷的原理為利用測量所得的電抗器直流電阻計(jì)算出電抗器發(fā)生短路的匝數(shù)，并根據(jù)電抗器原有的出廠的電感量計(jì)算出該短路線圈的所造成的電感變化量，將計(jì)算所得的電感量和步驟2)所得高壓狀態(tài)下測試所得的電感量進(jìn)行比較，當(dāng)相差較小(約小于8％時(shí))，則說明短路故障發(fā)生在端部，當(dāng)相差較大(約大于25％時(shí))，則說明短路故障發(fā)生在靠近電抗器的中部。