一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法技术

本发明专利技术提供了一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，采用一种基于磁场探测的检测识别方法；在电抗器的表面安装探测线圈，通过实时监测探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，探测线圈感应的电压采样值Uj通过中心滑动均值法来获得，检测信号与正常信号做差得出E≥kσ,k＝3～5，当k≥3时，发生匝间短路故障。应用本技术方案可实现电抗器匝间短路故障在初期和发展期的及时准确的故障预警与报警。

An improved method for detecting and detecting inter turn short circuit fault of reactor

The present invention provides an improved reactor turn short-circuit fault detection method using a recognition method based on magnetic field detection; in the reactor is installed on the surface of the detector coil, by changing the voltage real-time monitoring of deviation of the detection coil around the reactor magnetic field real-time judging whether the abnormal voltage detection coil sampling value Uj to get through the center of the sliding average method, detection signal and normal signal the E = k sigma, k = 3~5, when k = 3, occurrence of interturn short circuit fault. The technical scheme can realize the timely and accurate fault warning and alarm in the early stage and the development period of the reactor turn to turn short circuit fault.

【技术实现步骤摘要】
一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法
本专利技术涉及一种电抗器匝间故障检测的领域，具体是指一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法。
技术介绍
干式空芯电抗器在电力系统中起到补偿无功功率、限制短路电流、滤除高次谐波等作用，是电力系统的重要电力设备之一，常常应用于户外。由于工况恶劣，事故频发，而匝间短路故障发生次数占干式空芯电抗器故障总发生次数的50％以上，如果得不到及时排除，短路电流产生的局部高温会直接将电抗器烧毁并造成停电事故，严重影响电力系统的稳定运行。因此有效检测匝间短路故障是保证干式空芯电抗器稳定运行的关键。目前针对干式空芯电抗器匝间短路故障，国内外采用的检测方法有：匝间绝缘检测法和功率方向检测法。其中前者是一种离线式定期检查、预测方法，预防性试验制度基本能够保证设备在两次试验期间正常运行，但它有三缺陷：由于停运带来的经济损失；离线试验不能准确反映设备运行时的状况；试验具有一定的破坏性，缩短了设备的使用寿命。后者主要适合出现严重匝间短路故障隐患的场合，但是灵敏度不足，无法检测少数匝短路，即轻微匝间短路。故干式空芯电抗器匝间短路故障的传统检测方法在对匝间短路故障的初期和少数匝间短路进行检测时存在准确度和灵敏度不足的问题。干式空芯电抗器在正常工作状态下会在其周围产生对称分布的磁场，一旦发生匝间短路故障，在电抗器中有一个或若干个自行闭和的短路环生成，短路环线圈中将会有很大的感应电流通过并反应到探测线圈感应出的电压波形中。短路环中产生的磁场会抵消部分正常状态下的磁场，从而破坏电抗器磁场的对称性。为了探测磁场的变化，在电抗器的表面安装对称放置的一对或若干对探测线圈，通过实时监测每对探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对干式空芯电抗器匝间短路故障的实时在线检测。由探测线圈感应出所在位置电磁场变化，以电压信号的方式输出感应信号u，表达式如下：式中：S为线圈的截面积；B(t)为电抗器的空间磁密；为磁通量；N为探测线圈的匝数。由上式可知，感应电压u和单位时间内的磁通B变化成正比，对于正常的工况50Hz而言，该u值不大且比较稳定，但对于匝间短路瞬态的磁通变化而言，因为作用时间很短，会产生瞬态的u的变化会提高101～103倍以上，形成脉冲性质的电压信号变化，基于u变化异常的信号辨识，可以可靠评价和确定电抗器内部是否发生了匝间短路。电抗器正常工作时探测线圈感应到的差分信号并不为零，而是一个有一定幅值的正弦信号，故障发生瞬间，差分电压的高频分量可以被清晰地检测到，然而发生轻微匝间短路故障时，由于干扰信号及采样误差的影响，仍直接使用该高频分量来判断故障会产生较大的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，在磁场探测法的基础上，提出了一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，首先通过采用滑动均值来平滑采样数据，再根据误差限阈控制模型来判断是否发生匝间故障，实现了电抗器匝间短路故障在初期和发展期的在线监控和及时准确的故障预警。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，采用了一种基于磁场探测的检测识别方法；在电抗器的最内层包封内表面或最外层包封外表面安装对称放置的一对或若干对探测线圈，通过实时监测每对探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对电抗器匝间短路故障的实时在线检测；具体包括以下步骤：首先，利用中心滑动均值法来获得滤波数据值；探测线圈感应的电压采样值记为Uj，采样值进行N点平滑后的数据值由公式(1)确定，式中：N为均值计算的统计样本点数，N＝4，6…；其中Udav(Ui,N)是探测线圈感应的电压采样值Uj经过N点平滑后的滤波数据值，即第i个点滤波后的数值为该点的前N/2个采样数据和后N/2个采样数据的均值构成；其次，故障检测所使用的特征信号是采用经中心滑动均值法优化处理过的信号，选用的统计样本点数N为3，记滤波后的信号为M；所述检测信号与正常信号做差，记离差为ΔS，记正常信号为MN；ΔS＝M-MN(2)式中N1的取值算法如下：用Ns来表示波峰与波谷之间的波形，式中：T为原始信号周期；fsam为样本采样频率；f为原始信号固有频率，信号的频率为50Hz，故式(4)改写成：Ns＝0.01fsam(5)用NS对ΔS做中心滑动均值法，得到：将一个正弦波6等分，用涵盖这样一个区间的均值队列长度作为式(3)中的平滑点数，生成正常信号的中心滑动均值：最后，取MS的绝对值，记为绝对离差E,正常情况下E是分布于幅值高于“0”的一条带状区域，当出现匝间短路时，E会有一个较大的值；基于误差分析理论，根据绝对离差E计算其方差σ，得到电抗器在正常工况下的最大概率的离差分布限阈；根据误差分析的3σ法则，匝间短路故障的报警判据表示为：E3kσ,k＝3～5(8)当k≥3时，发生匝间短路故障。相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：本专利技术提供了一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，通过采用滑动均值来平滑采样数据，再根据误差限阈控制模型来判断是否发生匝间故障，实现了电抗器匝间短路故障在初期和发展期的及时准确的故障预警。基于这种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法可以搭建电抗器匝间短路故障在线监控系统；现有电抗器设备及其周边设备运行不会受到该系统的影响，相容性良好；还可以通过软、硬件系统高度集成，实现在主控室远程监控电抗器的工作状态、稳定性和安全性，对于电抗器匝间短路故障可以前期预警和报警，有利于保障电网运行安全。具体实施方式下文以具体实施方式来对本专利技术做进一步说明。一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，采用了一种基于磁场探测的检测识别方法。干式空芯电抗器在正常工作状态下会在其周围产生对称分布的磁场，一旦发生匝间短路故障，在电抗器中有一个或若干个自行闭和的短路环生成，短路环线圈中将会有很大的感应电流通过并反应到探测线圈感应出的电压波形中。短路环中产生的磁场会抵消部分正常状态下的磁场，从而破坏电抗器磁场的对称性。为了探测磁场的变化，在电抗器的最内层包封内表面或最外层包封外表面安装对称放置的一对或若干对探测线圈，通过实时监测每对探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对电抗器匝间短路故障的实时在线检测；具体包括以下步骤：首先，利用中心滑动均值法来获得滤波数据值；磁场探测线圈得到的采样对象，是一种基波为50Hz的电压信号，匝间短路发生时的高频信号与干扰信号的区别在于3个方面。首先，干扰毛刺主要发生在波形的波峰波谷位置，而短路高频信号则是随机发生在波形的任意位置；其次，干扰毛刺中的数据点通常以该时刻正常波形中的数据点为中心上下对称分布的；最后，虽然故障信号和干扰信号相对于50Hz的基波信号均表现为高频信号，但前者的幅值明显大于后者。针对上述特点，本专利技术借鉴了传统滑动平滑均值滤波平滑策略。首先，传统的滑动平滑均值滤波存在平滑后的波形相对实际波形滞后的问题，原因在于每一时刻的当前平滑数据值都是由该时刻之前的N个数据点的均值构成。为了消除这个波形上的滞后，我们采用中心滑动均值法来改进原来的算法，探测线圈感应的电压采样值记为Uj，采样值进行N点平滑后的数据值由式(1)确定，式中：N为均值计算的统计样本点数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，其特征在于采用了一种基于磁场探测的检测识别方法；在电抗器的最内层包封内表面或最外层包封外表面安装对称放置的一对或若干对探测线圈，通过实时监测每对探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对电抗器匝间短路故障的实时在线检测；具体包括以下步骤：首先，利用中心滑动均值法来获得滤波数据值；探测线圈感应的电压采样值记为Uj，采样值进行N点平滑后的数据值由公式(1)确定，

【技术特征摘要】
1.一种改进的电抗器匝间短路故障检测识别方法，其特征在于采用了一种基于磁场探测的检测识别方法；在电抗器的最内层包封内表面或最外层包封外表面安装对称放置的一对或若干对探测线圈，通过实时监测每对探测线圈感应的电压差的变化来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对电抗器匝间短路故障的实时在线检测；具体包括以下步骤：首先，利用中心滑动均值法来获得滤波数据值；探测线圈感应的电压采样值记为Uj，采样值进行N点平滑后的数据值由公式(1)确定，式中：N为均值计算的统计样本点数，N＝4，6…；其中Udav(Ui,N)是探测线圈感应的电压采样值Uj经过N点平滑后的滤波数据值，即第i个点滤波后的数值为该点的前N/2个采样数据和后N/2个采样数据的均值构成；其次，故障检测所使用的特征信号是采用经中心滑动均值法优化处理过的信号，选用的统计样本点数N为3，记滤波后的信号为M；所述检测信号与正常信号做差，记离差为ΔS，记正常信号为MN；ΔS＝M-MN(2)

【专利技术属性】
技术研发人员：庄建煌，朱俊伟，陈晶腾，周静，涂少婷，李敏，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司莆田供电公司，
类型：发明
国别省市：福建,35