马江涛　谢超　丁宏

摘要：干式空心电抗器因其结构简单，电感线性度好、重量轻、机械强度高、噪声低等优点被电力系统广泛应用。本文通过对干式空心电抗器的在线监测系统和运维策略进行研究与实践，并通过“磁场探测法”，实时监测电抗器的工作状态，在匝间短路故障发展早期就可检测到故障，及时发出预警信息，以保障干式空心电抗器的稳定运行，达到保障电力系统的安全运行的目的。

关键词：干式电抗器;自取能;匝间短路;在线监测

随着新技术、新工艺、新材料在其中的广泛应用，不仅可以有效弥补这些缺陷和不足，还可以促进的电力设备的完善和进一步发展。干式电抗器自取能早期放电监测预警技术的研发顺应了我国智能电网的发展需求。

1干式电抗器局部放电概述

局部部放电是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，这种放电可以发生在导体（电极）附近，也可发生在其它位置。

1.1局部放电的种类：

①绝缘材料内部放电（固体-空穴;液体-气泡）;②表面放电;③高压电极尖端放电。

1.2局部放电的产生：

设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高压电场作用下发生重复击穿和熄灭现象-局部放电。局部放电可产生光学现象（光信号）、压力波（声音信号）、介质损耗、高频波信号、化学产物、发热现象等。局部放电既是设备故障的征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因，局部放电检测和监测是实现状态监测的重要技术手段。

2干抗器常规检测方法

目前为止，常规的干式电抗器检测手段主要有：直流电阻测试、电抗器值测试、绝缘电阻测试、有功损耗测试、耐压测试等。其中直阻、电抗器值、绝缘电阻测试都不能有效检测干式电抗器的绝缘问题。

干式电抗器一般安装在主变压器低压侧，现场电场、磁场干扰大，而有功损耗测试仪容量小，对其测试结果有一定影响，每次测试数据变化非常大，干扰过强时还会烧损测试仪器，测试效果不理想，不能作为判断依据。

由于耐压测试设备没有便携式，不能运输到现场，而且在耐压测试过程中，施加的电压高于运行电压6-7倍，对设备良好绝缘也有影响，所以也不能作为绝缘测试的判断依据。

3干式电抗器在线监测系统的研究

研究干式空心电抗器从正常运行状态到匝间短路故障时电磁特性的变化规律，根据干式空心电抗器从正常工作到匝间短路故障状态的物理过程，按照匝间短路初期的电击穿放电模型和短路故障发展期线圈短路模型，采用场路耦合法，建立电抗器在不同包封、不同高度位置发生匝间短路故障时，各工作阶段的数学模型，仿真分析电抗器各阶段的电磁特性及参数（如层电流分布、磁场分布及电抗器电感值）的变化，并对比研究在电抗器不同包封、不同高度位置设置的探测线圈的感应信号强弱及其数值计算特征，验证磁场探测法的可行性。

3.1在线监测系统原理

针对干式电抗器在线监测技术的需求，在深入研究干式电抗器故障原理与检测方法的基础上，我们研制了一套利用“干式电抗器自取能早期放电监测预警装置”，该装置是一套专门针对干式电抗器匝间短路在线监测装置。通过0.2ms级在线高速采样，实时监控电抗器服役过程中的电磁场变化，构建诊断模型，检测匝间短路发生期、发展期的特征信号，对电网运行中的电抗器可能发生的匝间短路故障、运行异常发出实时预警、报警信息，以供电网运行人员及时处理和预防事故。系统构成原理图3-1。

3.2磁场探测法原理

由于干式空心电抗器为对称结构，故其在正常工作状态下会在其周围产生对称分布的磁场。电抗器发生匝间短路故障，短路环线圈中将会有很大的感应电流通过，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探测线圈，通过实时监测探测线圈产生的差分电压信号来实时判断电抗器周围磁场是否异常，从而实现对干式空心电抗器匝间短路故障的实时在线检测。

基于法拉第电磁感应原理：

通过检测感应电压u来间接检测电抗器中磁通的变化，因此，感应电压和单位时间内的磁通B改变成正比，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。

3.3自取能装置

自取能装置的作用是通过电流的隔离变换实现部分电能从导线到感应电源模块的转移，如图3-3，其设计需要综合考虑唤醒电流、最小工作电流、输出功率、安装结构尺寸、短时耐受电流等多种因素，不同的应用往往需要专门的设计，感应电源模块的作用是将来自取能装置的电流进行控制，使之转换成目标应用所需的可控稳定输出，它是电流感应电源的核心，其控制原理、制造工艺、器件选型直接关系到产品的可靠性，取电功率低、稳定性差、易于损坏都是非专业感应电源模块常见的现象，限流器的作用是在导线承受短时大故障电流时，控制感应电源模块的输入电流在安全许可的范围内，特别是在超高压及特高压电网应用时，短路故障电流可能达40kA以上并持续数秒，如不安装专用配套限流器，常规电流感应电源很容易被损坏。

3.4监测系统配置

动态监测系统包括自取能装置、磁场探测模块、高速采样处理器、屏蔽装置，后台软件分析系统五部分组成，可应用于500kV及以下电压等级的各类型干式空心电抗器。后台软件运行分析模块，图形方式直观分析处理历史采样数据的预警报警记录和实时數据，用以诊断分析当前系统的稳定性可靠性，以及报警信号、预警信号的可信度。

4结束语：

本文基于设计的硬件和软件系统，在实验室中搭建实验平台，对整个系统的功能进行验证。该项技术适合于6～500kV电压等级干式并联电抗器、串联电抗器，其中采样速率为5k/sec，防护等级按照IP65设计符合电网要求，系统供电方式采用自取能（取能CT通电电流≥20A），在电磁兼容性方面完全符合DLZ713-2000《500kV变电所保护和控制设备抗扰度要求》。

干式空心电抗器匝间短路在线监测系统可以实时监测电抗器的工作状态，在匝间短路故障发展早期就能检测到故障，在故障实际发生之前，及时发出预警信息，从而更有效地防止故障扩大，保障电力系统的安全运行。

参考文献：

[1]陈泽鑫.关于干式空心并联电抗器烧损问题的原因分要析[J].电网技术，2015，（11）：32-35.

[2]薛建之.采用特高频对干式电抗器的局部放电进行监测[J].发输变电，2015，01（18）：18-19.