干式空心电抗器故障不平衡电流及检测系统的研究

摘要

干式空心电抗器具有价格低、结构简单、重量轻、电抗值线性、损耗低、维护方便等技术优势，已广泛应用于现代电力系统中并起到无功补偿、高次谐波抑制、特高压输电滤波、中性点接地、冲击电流、短路电流抑制等作用，是保证电力系统安全、稳定运行的重要设备。　　然而，干式空心电抗器在运行中易出现短路、断线，匝间放电等故障，这严重降低了电力系统的稳定，因此电抗器的故障检测意义重大。在电力系统中，当前投入使用的检测方法如阻抗检测、温度检测、零序功率检测等方法灵敏度低。因此，研究更灵敏的故障检测方法对电抗器及电力系统的稳定具有极大的实际价值。　　本文首先针对干式空心电抗器故障检测灵敏度的不足，提出了故障不平衡电流检测法。这种方法利用干式空心电抗器结构的对称性，通过测量干式空心电抗器故障后其汇流母排产生的不平衡电流，从而判断其是否发生故障。　　其次，建立了单包封四绕组干式空心电抗器的物理模型，在此基础上利用解析法得到了汇流母排电流的数学解析模型。物理模型和对应的数学解析模型均包括无故障、单匝短路、两绕组匝间短路、多绕组匝间短路、断线五种情况。以上五种模型均计算了干式空心电抗器各汇流母排电流，并采用 matlab进行仿真计算，分析了故障前后各汇流母排不平衡电流的分配规律及相位变化规律。对比分析发现不平衡电流法比依托相位变化的零序功率方向保护法效果更好，同时还发现五种故障中两绕组匝间短路故障最难检测。　　最后，本文对最难检测的两绕组匝间短路模型从稳态与暂态两个方面进行了实验研究，分析了母排电流的稳态数据与暂态波形，得到了不平衡电流与短路位置的关系，进一步验证了故障不平衡电流法的可行性。并根据干式空心故障不平衡电流法搭建了无线检测系统。　　本研究对空心电抗器故障检测以及电抗器的制造都具有重要意义。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

2 故障不平衡电流检测原理

2.1 故障电流不平衡检测方法

2.2 空心电抗器的物理模型

2.3 汇流母排电流计算

2.4 本章小结

3 干式空心电抗器故障仿真分析

3.1 仿真参数

3.2 无故障电抗器模型

3.3 单匝短路模型

3.4 两绕组匝间短路模型

3.5 多绕组匝短路模型

3.6 绕组断线模型

3.7 建模仿真结果对比分析

3.8 本章小结

4 干式空心电抗器故障实验研究

4.1 实验设备

4.2 稳态分析

4.3 暂态分析

4.4 稳态与暂态实验对比

4.5 本章小结

5 故障检测系统设计与实验

5.1 系统组成

5.2 检测模块

5.3 控制模块

5.4 无线数据传输模块

5.5 显示模块

5.6 检测系统验证

5.7 本章小结

6 总 结

致谢

参考文献

附 录 1

附 录 2

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果