干式空心电抗器匝间短路故障的空间磁场分布研究

摘要

干式空心电抗器(Dry-type Air-core Reactors，DAR)凭借电抗值线性、结构简单、重量轻、安装维护方便等优点，在电网无功补偿、滤波和限流等场合得到广泛应用。自DAR投入运行以来，出现了多起烧毁事故，大量分析结果表明，多数电抗器烧毁事故是由匝间短路故障引起的。为了减少DAR匝间短路故障问题，除提高电抗器制造水平外，还必须配有有效的匝间短路故障检测手段。但是，现有的匝间短路故障检测方法都存在灵敏度低或者可靠性差等缺陷。因此，针对电抗器匝间短路故障问题，探究一种灵敏度高、可靠性好的匝间短路故障检测方法有着重要意义。
　　为了研究有效的DAR匝间短路故障检测方法，本文基于电抗器空间磁场分布规律开展了一系列的研究，主要内容有:研究DAR空间磁场计算方法，总结分析DAR空间磁场分布与匝间短路故障之间的关系，提出构建磁场变化量与故障程度或位置的拟合函数以得到DAR匝间短路故障的检测方法。
　　探究DAR空间磁场计算方法对研究电抗器故障磁场变化规律具有重要意义。本文给出了DAR空间磁场的定义，据此分析了DAR的电气特性与等效电路，并根据基尔霍夫定律和麦克斯韦方程组建立了DAR等效模型。研究出一种基于有限元计算电抗器线圈电感和空间磁场分布的方法，并对电抗器线圈电感和空间磁场分别进行有限元仿真，解析计算法对有限元仿真结果的验证证明了所建电抗器模型的准确性与所用有限元计算法的可行性。
　　为进一步探索DAR匝间短路故障磁场分布规律，以电压等级为35kV的并联DAR为例，在故障模型的各不同位置设定不同程度的匝间短路故障，通过比较电抗器在不同故障下沿轴向中心轴(Axial Traverse in Center，ATC)和径向中心轴(Lateral Traverse in Center, LTC)两个方向的空间磁场分布，得出匝间短路故障对电抗器空间磁场的影响规律。
　　本文基于DAR空间磁场变化规律提出一种匝间短路故障检测方法。将观测点磁场变化量和故障程度或位置作为拟合变量，分别建立了故障程度以及故障位置与观测点磁场变化量之间的故障检测函数。利用磁场变化量判断故障的方法来验证故障检测函数的应用效果，结果显示计算故障与实际故障误差在可接受范围内，证明故障检测函数具有很好的检测效果。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 干式空心电抗器概述

1．2．1 电抗器的结构特点

1．2．2 电抗器在电力系统中的应用

1．3 干式空心电抗器匝间短路故障问题研究现状

1．3．1 匝间短路故障对电抗器参数影响

1．3．2 电抗器匝间短路故障检测技术

1．4 本文主要工作

第二章 干式空心电抗器空间磁场计算理论分析

2．1 等效电路分析

2．2 电感与磁场计算原理

2．2．1 电感计算分析

2．2．2 磁场计算分析

2．3 干式空心电抗器运行状态与空间磁场分布的关系

2．4 本章小结

第三章 干式空心电抗器空间磁场分布研究

3．1 故障模型的建立

3．1．1 故障分析流程

3．1．2 电抗器仿真模型

3．2 匝间短路故障电感分析

3．2．1 故障程度对电感的影响

3．2．2 故障位置对电感的影响

3．3 匝间短路故障磁场分析

3．3．1 轴向磁场分布

3．3．2 径向磁场分布

3．4 本章小结

第四章 干式空心电抗器故障检测函数研究

4．1 故障检测函数拟合基础

4．1．1 函数拟合模型

4．1．2 函数拟合效果参数

4．2 电抗器匝间短路故障程度检测函数研究

4．2．1 拟合变量的选取

4．2．2 故障程度检测函数的拟合

4．2．3 电抗器故障程度检测函数验证

4．3 电抗器匝间短路故障位置检测函数研究

4．3．1 拟合变量选取

4．3．2 故障位置检测函数的拟合

4．3．3 电抗器故障相对高度检测函数验证

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文