高压干式空心电抗器故障监测装置及监测方法
【专利摘要】一种高压干式空心电抗器故障监测装置及方法，包括气体探头(6)、气体管路(7)、气体传感器(4)或气体检测仪(10)、气泵(5)及信息处理模块(3)，通过检测放电下产生的气体来监测电抗器故障，实现对电抗器内部故障的监测。通过设置在电抗器风道中的具有喇叭型开口的气体探头(6)探测分解气体，并通过设有气泵(5)的气体管路(7)将气体送至低电位处，采用气体传感器(4)或气体检测仪(10)测量气体组分含量，并由信息处理模块(3)根据布置在不同位置的气体探头(6)探测得到的气体含量浓度判断故障。所述气体管路沿风道垂直布置，且固定在电抗器内壁上。气体探头(6)、气体管路(7)采用绝缘材料制作。
【专利说明】
高压干式空心电抗器故障监测装置及监测方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种故障监测装置及监测方法，特别涉及一种干式空心电抗器的监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]特高压直流输电的换流站等场合所用的干式空心电抗器，其运行维护和在线监测技术尚处于经验积累阶段。受电抗器自身结构特点、制造工艺以及所处的强电磁场环境影响，随着运行负荷、环境温度的变化，较其他设备更容易发热等因素的影响，平波电抗器在实际运行中出现了发热、甚至烧损现象；另外，由于电抗器在制造、运输、安装和使用过程中，可能出现由于内表面脏污、毛刺、接触不良等原因而产生的绝缘缺陷，会发生局部放电现象，引起电抗器故障，极大影响了电抗器的寿命，也降低了电网运行的安全性。因此需要对电抗器的运行状态进行监测。图1所示的高压平波电抗器，通常由支架及电抗器本体构成，其中本体为同轴多层绕组。
[0003]目前运行人员利用常规的红外测温手段，对电抗器设备进行特殊巡视，一方面该方法需要运行人员长期巡视，维护量大；另一方面由于干式平波电抗器采用的是空心结构，常规手段只能对电抗器表面进行温度测量，对于电抗器内部发生的发热异常难以及时有效监测，影响了对设备温度监测的实效性。也有采用在线式红外热成像仪检测温度的，如专利CN201310393608.0“一种防强磁全天候的干式电抗器在线监测装置及方法”，但仍然存在不能对内部温度变化进行实时监测的弊端。
[0004]基于此，专利CN201320792365.3“基于光学测温的特高压换流站干式电抗器温度监测装置”提出采用布设光纤光栅温度传感器的方法对电抗器内部的温度进行监测。但该方式价格较高且光纤易损坏，同时该方法对于放电故障无法实现监测。
[0005]专利CN201320153922.7“一种干式电抗器故障在线监测装置”提出通过在电抗器的绝缘支柱的下方和防雨罩通风口设置烟雾传感器的方法来监测电抗器的故障。采用该方式监测故障，通常故障已很严重，不能满足在故障初期即能检测的要求。另外，该传感器在灰尘、雨雪、强磁场条件下性能不稳定。
[0006]专利CN201410551617.2“一种运行干式电抗器应变检测的视觉系统”提出通过在电抗器旁边安装IP照相机的方法监测电抗器故障，该方式只有在故障较大是才能发现照相机产生图片的区别。
[0007]对于电抗器的局部放电故障检测目前有采用“日盲”紫外成像法，可以图像的形式显示局部放电，但该设备需将摄像头对准放电部位，只能用来巡检，且对于内部故障同样无能为力。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种高压干式空心电抗器故障监测装置及监测方法。本发明通过检测放电下产生的气体来检测高压干式空心电抗器故障，可以实现对电抗器内部故障的监测，具有准确可靠、且监测设备不影响电抗器正常运行等优点。
[0009]本发明所述高压干式空心电抗器故障监测装置的结构如下:
[0010]本发明的故障监测装置包括气体探头、气体管路、气体传感器、气栗、信息处理模块和出气管。
[0011]所述气体探头有多个，分别安装在电抗器相邻两层线圈间隙形成的风道中。多个所述的气体探头沿风道高度由下至上布置，优选布置三个，且均匀分布。其中位于风道最下部的气体探头用于探测环境中的气体。多个气体探头与多个气体管路一一对应。所述气体探头优选为利于气体进入的喇叭型开口，且开口朝下以利于气体进入，所述气体探头上装有滤网。所述气体管路沿风道垂直布置，且固定在电抗器内壁上。通常干式电抗器多层线圈之间用固体绝缘材料支撑，将每一圈的风道分成多段，优选在每段风道内由下到上布置的3个气体探头构成一组。
[0012]所述多个气体传感器分别安装在多个气体管路上，且与气体管路一一对应。气体传感器检测气体管路中03、N0、N20、N02、N03、C0、N205的含量，并将检测结果传输到信息处理模块。所述多个气体探头对应的气体管路最终在出口处合为一路，构成出气管，所述出气管上装有气栗。所述气体传感器安装在气体管路靠近出气管的位置处。出气管排出的气体排放在远离电抗器的气体探头能探测到的位置，以免影响气体测量结果。所述气体探头、气体管路为绝缘材料制作，且不吸附03、N0、N20、N02、N03、C0、N205气体，不与这些气体产生化学反应，优选为聚四氟乙烯材料。
[0013]所述信息处理模块设置在远离高压干式空心电抗器高电压的地电压一侧，用于接收气体传感器得到的测结果，判断故障并与上级控制系统通信，并为传感器和气栗提供电源。
[0014]采用上述故障监测装置监测高压干式空心电抗器的方法如下:
[0015]当电抗器发生故障时，产生的分解气体通过气体探头进入气体管路，气体传感器将检测到的气体浓度传输到信息处理模块，信息处理模块对比位于检测装置最下部的气体探头探测到的气体浓度与上部气体探头探测到的气体浓度，判断是否产生分解气体，如产生的分解气体的浓度达到下述发明检测故障的原理中所述气体浓度值，则认为有故障产生。进一步，通过比较不同位置气体探头探测到相同气体浓度的差别，确定故障产生的准确区域，且进一步可根据产生各气体组分的浓度情况可以判断故障严重程度及故障类型。
[0016]本发明检测故障的原理如下:
[0017]检测过程中，如果只检测到O3浓度发生变化，且在一定时间内持续上升，而其他几种气体组分基本无变化，则认为只发生不涉及固体绝缘的低强度放电；
[0018]如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到⑶浓度发生变化，同时在一定时间内持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的低强度放电。
[0019]如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到Ν0、Ν02、Ν20、Ν03、Ν205中的至少I种浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了不涉及固体绝缘的高强度放电。
[0020]如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到Ν0、Ν02、Ν20、Ν03、Ν205中的至少I种，以及CO浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的高强度放电。
[0021]所述浓度发生变化是指当体积浓度小于30ppbv时，浓度提高20% ;浓度在30?60ppbv之间时，浓度提高6ppbv以上；当体积浓度在60ppbv以上时，浓度提高10% ;但体积浓度在500ppbv以上时，浓度提高5%。
[0022]根据上述方法气体探头布置的越密集越利于准确判断故障产生的区域，但考虑到成本及电抗器运行特性，只要能判断故障大概位置，即可以通过观测进一步确定具体位置，故优选的布置方式是在每个风道中都从下到上均匀布置3个气体探头。
[0023]对于运行中的高压干式空心电抗器，检测装置的布置方式不同。所述气体探头布置在高压干式空心电抗器的防雨罩内部，且布置在防雨罩内壁上，且沿圆周均匀布置;所述气体探头与气体管路一一对应。沿所述气体探头优选为喇叭型开口，且开口朝下以利于气体进入，所述气体探头上装有滤网。气体管路沿高压干式空心电抗器外部垂直向下布置。
[0024]本发明高压干式空心电抗器故障监测装置也可以包括:气体探头、气体管路、气体检测仪、气栗、信息处理模块、常闭电磁阀和出气管。所述气体探头有多个，分别安装在电抗器相邻两层线圈间隙形成的风道中；多个所述气体探头沿风道高度由下至上分布，优选布置三个，且均匀分布。其中最下部的气体探头用于探测环境中气体;所述气体探头与气体管路一一对应。所述气体探头优选为利于气体进入的喇叭型开口，且开口朝下，开口上装有滤网。所述气体管路沿风道垂直布置，向下引出风道，且固定在电抗器内壁上。所述气体探头沿风道圆周方向均匀布置，优选每个风道至少一组3个，分别位于风道的下部，中部和上部。
[0025]与多个气体探头对应的气体管路上均装有常闭电磁阀，所述气体管路最终在出口处合为一路，构成出气管，所述常闭电磁阀安装在靠近出气管一侧，所述出气管上装有气栗。所述气栗的流速需保证气体在气体探头进口到气体检测仪这一段管路中的停留时间不超过5s，所述气体管路的内径应使得气体处于层流状态。所述气体检测仪安装在出气管上，气体检测仪将检测结果传输到信息处理模块;所述气体检测仪安装在气栗的进气侧。所处出气管排出的气体应排放在远离电抗器的气体探头能探测到的位置。所述常闭电磁阀受信息处理模块控制。所述信息处理模块设置在远离高压干式空心电抗器高电压的地电压一侧用于接收气体检测仪得到的测结果，并判断故障并与上级控制系统通信，且为气体检测仪和气栗提供电源。所述气体探头、气体管路应为绝缘材料，且不吸附O3、NO、N2O、NO2、NO3、CO、N2O5气体，不与这些气体产生化学反应，优选为聚四氟乙烯材料。
[0026]信息处理模块依次打开各气体管路上的常闭电磁阀，分别测量从不同气体探头采集到的气体组分;气体通过气体探头进入气体管路，气体检测仪将检测到的气体浓度传输到信息处理模块，信息处理模块对比位于风道最下部气体探头探测到的气体浓度与上部气体探头探测到的气体浓度，判断是否产生分解气体，如产生的分解气体的浓度达到下述发明检测故障的原理中所述气体浓度值设定阈值，则认为有故障产生。进一步，通过比较不同位置气体探头探测到相同气体浓度的差别，确定故障产生的准确区域，且进一步可根据产生各气体组分的浓度情况可以判断故障严重程度及故障类型。
[0027]本发明检测故障的原理与上述相同。
[0028]采用上述故障监测装置及方法监测高压干式空心电抗器故障具有如下优点。监测装置对电抗器的正常运行没有影响，可以实现一台检测仪器同时检测多台设备，同时系统结构简单易实现。
【附图说明】
[0029]图1为高压平波电抗器示意图；
[0030]图2为本发明故障监测装置实施例1的示意图；
[0031]图3为本发明故障检测装置气体探头沿电抗器圆周布置示意图；
[0032]图4为本发明故障监测装置实施例2的示意图；
[0033]图5为本发明故障监测装置在运行的高压干式电抗器上应用的实施例的示意图；
[0034]图6为本发明故障检测装置气体探头结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0036]本发明的故障监测装置包括气体探头6、气体管路7、气体传感器4、气栗5、信息处理模块3和出气管8。
[0037]多个气体探头分别安装在电抗器相邻两层线圈间隙形成的风道中，沿风道高度由下至上布置且均匀分布。其中位于风道最下部的气体探头用于探测环境中的气体。多个气体探头与多个气体管路一一对应。所述气体探头上装有滤网。气体管路沿风道垂直布置，且固定在电抗器内壁上。
[0038]图2为本发明故障监测装置实施例1的示意图。如图2所示，由绝缘支柱I支撑的高压干式电抗器2立在地面上。所述高压干式电抗器2由多层线圈并联构成，线圈层间有风道9，气体探头6设置在风道9之间，紧贴线圈内壁安装。气体探头6可以安装多个，图2所示为每个风道安装一组3个，分别位于风道的下部，中部和上部。气体探头6与对应的气体管路7相连，多个气体探头6的气体管路7在地面附近的出口处合并为一路，构成出气管8。出气管8上装有气栗5;每个气体管路7靠近出气管8的一侧上装有气体传感器4。气体探头6的开口向下，气体管路7通过弯管与气体探头6相连，气体管路7沿电抗器气道内壁铺设，且从风道9下部引出。
[0039]气体从气体探头6进入，通过气体管路7进入气体传感器4，气体传感器检测对应气体管路7的气体并将检测结果传输给信息处理模块3。气体流过气体传感器4后进入出气管8并经过气栗5流出。信息处理模块3根据从不同气体探头6得到的气体的浓度判断故障是否发生及故障发生位置。
[0040]图3为本发明故障监测装置气体探头沿电抗器圆周布置方式的示意图，如图3所示，气体探头6在电抗器沿圆周的风道9均匀布置。
[0041]图4为本发明故障监测装置的实施例2示意图。如图4所示，由绝缘支柱I支撑的高压干式电抗器2立在地面上。所述高压干式电抗器2由多层线圈并联构成，线圈层间有风道9，气体探头6设置在风道之间，紧贴线圈内壁安装，气体探头6可以安装多个，图4所示每个风道安装有3个，分别位于风道的下部，中部和上部。气体探头6与对应的气体管路7相连，多个气体探头6的气体管路7在地面附近的出口处合并为一路，构成出气管8，出气管8上装有气栗5。每个气体管路7靠近出气管8的一侧上装有常闭式电磁阀12。在所述气体检测仪10也安装在出气管8上，且在气栗5的进气侧，气体探头6的开口向下，气体管路7通过弯管与气体探头6相连，气体管路7沿电抗器气道内壁铺设，且从风道9下部引出。
[0042]气体从气体探头6进入，通过气体管路7经过常闭电磁阀12，而后进入出气管8并经过气体检测仪10，气体检测仪10将检测结果传输给信息处理模块3。流过气体检测仪10的气体再经过气栗5排出。信息处理模块3根据从不同气体探头6得到的气体的浓度判断故障是否发生及故障发生位置。
[0043]图5为本发明的故障监测装置应用在已运行高压干式电抗器上的实施例3。如图5所示，绝缘支柱I支撑高压干式电抗器2立在地面上。所述高压干式电抗器2由多层线圈并联构成。高压干式电抗器上盖有防雨罩11，气体探头6设置在防雨罩11下，高压干式电抗器2上。气体探头6与高压干式电抗器2的风道对应，紧贴防雨罩11的内壁。气体探头6可以安装多个，围绕防雨罩11 一周安装。如图5所示的切面图，在每个风道安装有两个气体探头6。气体探头6与对应的气体管路7相连，多个气体探头6的气体管路7在地面附近合并为一路，构成出气管8，出气管8上装有气栗5。每个气体管路7靠近出气管8的一侧上装有常闭式电磁阀
12。所述气体检测仪10也安装在出气管8上，且在气栗5进气侧，气体探头6的开口向下，气体管路7通过弯管与气体探头6相连，气体管路7沿防雨罩11内壁铺设，且引出外部后向下设置。
[0044]气体从气体探头6进入，通过气体管路7经过常闭电磁阀12，而后进入出气管8并经过气体检测仪10，气体检测仪10将检测结果传输给信息处理模块3。流过气体检测仪10的气体再经过气栗5排出。信息处理模块3根据从不同气体探头6得到的气体的浓度判断故障是否发生及故障发生位置。
[0045]图6为本发明的故障监测装置气体探头示意图，如图6所示，气体探头6的下端为喇叭型开口 61，喇叭型开口 61上装有滤网62。
【主权项】
1.一种高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于:所述的故障监测装置包括:气体探头(6)、气体管路(7)、出气管(8)、气体传感器(4)、气栗(5)和信息处理模块(3);多个气体探头(6)分别安装在高压干式电抗器(2)相邻两层线圈间隙形成的风道(9)中，所述气体探头(6)沿风道(9)的高度由下至上均布，其中最下部的气体探头(6)用于探测环境中气体；所述多个气体探头(6)与多个气体管路(7)——对应;所述气体探头(6)的开口装有滤网(62);所述气体管路(7)沿风道(9)垂直布置，向下引出风道(9);气体管路(7)固定在高压干式电抗器(2)内壁上;所述气体传感器(4)安装在气体管路(7)上，气体传感器(4)与信息处理模块(3)连接，将检测结果传输到信息处理模块(3);多个气体探头(6)对应的多个气体管路(7)在最终出口处合为一路出气管(8)，所述出气管(8)上装有气栗(5)，气栗(5)的流速能够保障气体从气体探头(6)进口到气体传感器(4)中的停留时间不超过5s;所述气体管路(7)的内径应使得气体处于层流状态;所述气体传感器(4)安装在气体管路(7)靠近出气管(8)的位置;所处出气管(8)排出的气体排放在远离气体探头(6)能探测到的位置;所述信息处理模块(3)设置在高压干式电抗器(2)低电压一侧，用于接收气体传感器(4)得到的测量结果、判断故障并与上级控制系统通信，且为气体传感器(4)和气栗(5)提供电源;气体探头(6)和气体管路(7)采用绝缘材料制作，且不吸附03、N0、N20、N02、N03、C0、N205气体，不与这些气体产生化学反应。2.按照权利要求1所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于:所述气体探头(6)优选为喇叭型开口(61)，且开口朝下，气体探头(6)开口装有滤网(62)。3.按照权利要求1所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于:所述气体探头(6)在风道(9)圆周方向均匀布置;高压干式空心电抗器的多层线圈之间用固体绝缘材料支撑，将每一圈的风道分成多段，每段风道从上到下均匀布置三个气体探头(6)。4.按照权利要求1至3的任一项所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于，所述的故障监测装置检测高压干式电抗器(2)放电故障下产生的气体⑶、03、Ν0、Ν20、Ν〇2、Νθ3、Ν2θ5的组分及含量，监测高压干式电抗器⑵放电故障，具体如下: 高压干式电抗器(2)发生故障时产生的气体组分从气体探头(6)进入气体管路(7)，气体传感器(4)将检测到的气体浓度传输到信息处理模块(3)，信息处理模块(3)对比最下部气体探头(6)探测到的气体浓度与对应风道中其他气体探头(6)探测到的气体浓度，判断是否产生分解气体;如产生的气体浓度超过设定阈值，则认为有故障产生。通过比较不同位置气体探头(6)探测到的同一组分气体浓度的差别，确定故障产生的准确区域，且进一步根据产生各气体组分的浓度情况判断故障严重程度及故障类型； 检测过程中，如果只检测到O3浓度发生变化，且在一定时间内持续上升，而Ν0、Ν20、Ν02、N03、C0、N205气体组分基本无变化，则认为只发生不涉及固体绝缘的低强度放电； 如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到CO浓度发生变化，同时在一定时间内持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的低强度放电； 如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到Ν0、Ν02、Ν20、Ν03、Ν205中的至少I种浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了不涉及固体绝缘的高强度放电； 如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到Ν0、Ν02、Ν20、Ν03、Ν205中的至少I种，以及CO浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的高强度放电。5.—种基于气体检测的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于，所述的故障监测装置包括:气体探头(6)、气体管路(7)、气体检测仪(1)、常闭电磁阀(12)、气栗(5)、信息处理模块(3)和出气管(8);多个气体探头(6)分别安装在高压干式电抗器(2)相邻两层线圈间隙形成的风道(9)中，所述气体探头(6)沿风道(9)的高度由下至上均布，其中最下部的气体探头(6)用于探测环境中气体;所述多个气体探头(6)与多个气体管路(7)—一对应;所述气体探头(6)的开口装有滤网(62);所述气体管路(7)沿风道(9)垂直布置，向下引出风道(9);气体管路(7)固定在高压干式电抗器(2)内壁上；多个气体探头(6)对应的多个气体管路(7)在最终出口处合为一路出气管(8)，所述出气管(8)上装有气栗(5)，气栗(5)的流速能够保障气体从气体探头(6)进口到气体传感器(4)中的停留时间不超过5s;所述气体管路(7)的内径应使得气体处于层流状态;所处出气管(8)排出的气体排放在远离气体探头(6)能探测到的位置;所述多个气体探头(6)对应的气体管路(7)上分别装有常闭电磁阀(12)，所述气体检测仪(10)安装在出气管(7)上气栗(5)的进气侧，气体检测仪(10)将检测结果传输到信息处理模块(3);所述常闭电磁阀(12)受信息处理模块(3)控制开闭；所述信息处理模块(3)设置在高压干式电抗器(2)旁边，用于接收气体检测仪(10)得到的测量结果、判断故障并与上级控制系统通信，且为气体检测仪(10)和气栗(5)提供电源;气体探头(6)和气体管路(7)采用绝缘材料制作。且不吸附03、N0、N20、N02、N03、⑶、N205气体，不与这些气体产生化学反应。6.按照权利要求5所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于:所述气体探头(6)为喇叭型开口(61)，且开口朝下，气体探头(6)开口装有滤网(62)。7.按照权利要求1所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于:所述气体探头(6)沿风道(9)圆周方向均匀布置，每个风道至少布置一组3个，分别位于风道的下部，中部和上部。8.按照权利要求5至7的任一项所述的高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于，所述信息处理模块(3)控制各气体管路(7)上的常闭电磁阀(4)依次打开，对应的气体管路(7)导通，气体从气体探头(6)进入气体管路(7)并进入出气管(8)，气体检测仪(10)测量气体组分;气体检测仪(10)将检测到的气体浓度传输到信息处理模块(3)，信息处理模块(3)对比最下部气体探头(6)探测到的气体浓度与对应风道其他气体探头(6)探测到的气体浓度，判断是否产生分解气体，如产生的气体浓度超过设定阈值，则认为有故障产生。通过比较不同位置气体探头(6)探测到的同一组分气体浓度的差别，确定故障产生的准确区域，且进一步根据产生各气体组分的浓度情况判断故障严重程度及故障类型； 检测过程中，如果只检测到O3浓度发生变化，且在一定时间内持续上升，而Ν0、Ν20、Ν02、N03、C0、N205气体组分基本无变化，则认为只发生不涉及固体绝缘的低强度放电； 如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到CO浓度发生变化，同时在一定时间内持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的低强度放电； 如果既检测到O3浓度发生变化，又检测到Ν0、Ν02、Ν20、Ν03、Ν205中的至少I种浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了不涉及固体绝缘的高强度放电； 如果既检测到03浓度发生变化，又检测到NO、NO2、N2O、NO3、N2O5中的至少I种，以及⑶浓度发生变化，同时在一定时间内除NO外都持续上升，则可以确认发生了涉及固体绝缘的高强度放电。9.按照权利要求4或8高压干式空心电抗器故障监测装置，其特征在于，所述浓度发生变化是指当体积浓度小于30ppbv时，浓度提高20%;浓度在30?60ppbv之间时，浓度提高6ppbv以上；当体积浓度在60ppbv以上时，浓度提高10%;但体积浓度在500ppbv以上时，浓度提高5 %。
【文档编号】G01R31/00GK106093658SQ201610584725
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月22日 公开号201610584725.9, CN 106093658 A, CN 106093658A, CN 201610584725, CN-A-106093658, CN106093658 A, CN106093658A, CN201610584725, CN201610584725.9
【发明人】张国强, 李康
【申请人】中国科学院电工研究所