一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法与流程

本发明涉及电气设备试验检测领域，具体涉及一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法。

背景技术：

1、干式电压互感器(以下简称“pt”)因结构简单，便于维护，经济性好等优点，广泛应用于各发电企业发电机出口，一般每台机装设三组pt，分别向双重化配置的发电机变压器组保护、励磁调节器、远动及计量装置提供发电机电压信号。受设计水平、浇注工艺、线材质量及运行环境等因素影响，近年来全国各地区发生多起因发电机出口pt内部绝缘故障而引机组非正常停机事件。

2、经统计分析，pt故障点大多发生在一次绕组中下部靠近内层位置。目前发电机出口pt匝间或层间绝缘检测的手段主要有直流电阻测量、空载电流测量、雷电冲击耐压、三倍频感应耐压和局部放电测量等。

3、(1)直流电阻和空载电流更适合故障后诊断，对于早期绝缘缺陷的检出不够灵敏；雷电冲击试验设备体积较大，调波复杂，目前仅在pt出厂时进行雷电冲击试验，受一次绕组匝间、层间以及对地分布电容的影响，对于靠近铁芯的内层线圈缺陷检出效果不明显。

4、(2)3倍频耐压试验尽管通过增大频率的方法增大了被试线圈的等效阻抗，试验电源分为变频电源和三倍频变压器两种，变频电源存在容量不足的问题，三倍频变压器存在波形畸变问题及笨重等问题。

5、(3)局部放电测量是pt缺陷检测的有效手段，但对电磁环境要求严格，无法在现场有效开展，且该方法对处于低电位的线圈存在一定程度漏检，如：存在缺陷的全绝缘pt，a端与n端分别接地测得局放量大小存在明显差异性。

6、传统的绝缘检测方法能够胜任pt主绝缘缺陷的检验，但是对于匝间绝缘缺陷的检出存在缺陷。近年，关于发电机出口pt匝间绝缘检测的研究热点主要有两个方向：①在pt的二次线圈输入频率可变的电压信号，同时测量电流信号，计算阻抗，当电压频率越高时，由于存在绝缘缺陷引起的阻抗变化越明显，从而是判断是否存在匝间绝缘缺陷。但该方法也要求可调电源输出电压较高，实现困难，目前未见发表成功应用的研究成果。②对pt施加操作或雷电冲击，分析问题pt与完好pt的波形差异，判断是否存在绝缘缺陷。但该方法依赖于分析软件及大量各型号完好pt的样本波形，实施困难。中国专利公开号cn112526306a公开了一种发电机出口侧电压互感器绝缘状态监测系统，判断激磁电流相比出厂值、交接值及历史数据的变化量，若变化量超过设定范围，判定发生多匝短路故障；若变化量未超过设定范围，则比较相角差相比出厂值、交接值及历史数据变化量，若变化量超过设定范围，判定发生少量匝间短路故障。该专利申请需要记录历史数据并且在绝缘诊断过程中需要不断的与历史数据比较，从而数据量庞大，占用的资源多，分析过程复杂，不适合现场应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于现有技术干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法过程复杂，实施困难，以及数据量庞大，不适合现场应用的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，包括以下步骤：

3、步骤一、构建待分析的干式电压互感器的一次绕组的等效电路；

4、步骤二、计算等效电路参数；

5、步骤三、根据计算的参数对等效电路进行设计，获取仿真电路；

6、步骤四、对仿真电路施加不同的脉冲电压，分析电压波形，判断哪种脉冲电压下的绝缘诊断效果最好，存储该脉冲电压作为检测电压；

7、步骤五、实际应用中对参与仿真分析的干式电压互感器的同型干式电压互感器施加所述检测电压，分析该干式电压互感器输出的电压波形与完好的电压波形的差异，判断其是否存在匝间绝缘缺陷。

8、进一步地，所述等效电路参数包括匝间电容、层间电容、绕组内层线圈对地电容、绕组外层线圈对地电容、直流电阻、涡流电阻以及电感。

9、更进一步地，所述匝间电容的计算过程为：

10、干式电压互感器绕组线材为漆包线，相邻线圈间的电场等效为无限长平行圆柱电场，匝间绝缘材料为绝缘漆，其相对介电常数为3，则圆导线两匝间电容为：

11、

12、式中，ε为绝缘材料相对介电常数，ε0为真空介电常数，d为铜导线直径，d为线圈直径，a为导线间绝缘漆的厚度；

13、每段单元线圈内部各线匝的匝间电容相串联，则单元的匝间电容为：

14、

15、式中，mi为第i层单元线圈的匝数。

16、更进一步地，所述层间电容的计算公式为：

17、

18、其中，rk、ri为第k、i层线圈的半径，h为单元线圈的轴向高度。

19、更进一步地，所述绕组内层线圈对地电容的计算公式为：

20、

21、其中，rw为线圈的内半径，r0为铁心绕组的外半径。

22、更进一步地，所述绕组外层线圈对地电容的计算公式为：

23、

24、其中，h为最外层绕组对地的高度，r为铜导线半径。

25、更进一步地，所述直流电阻的计算公式为：

26、

27、其中，ρ为导线电阻率，s为导线的横截面积。

28、更进一步地，所述涡流电阻的计算过程为：

29、单位长度的涡流电阻估算公式为

30、

31、其中，μ为导线磁导率，γ为导线电导率，f为频率；

32、单元线圈涡流电阻表征为每匝涡流电阻的串联，则单元线圈的涡流电阻为：

33、

34、更进一步地，所述电感的计算过程为：

35、假设干式电压互感器共分成n段，第j段单元的电压降落为回路电流为角频率为ω，干式电压互感器的电压方程组为

36、

37、其中，r11为第1段线圈的涡流电阻，j1为虚数单位，lj为第j段单元的电感，mj,k为第j段单元和第k段单元之间的互感，rjj为第j段线圈的涡流电阻；

38、解析出n个单元线圈上的压降，则总电压为

39、进一步地，所述待分析的干式电压互感器由内到外依次为铁芯、二次绕组绝缘骨架、二次绕组线圈、一次绕组绝缘骨架以及一次绕组，采用单层绕组连续、相邻层绕组蛇形往复的绕制工艺进行绕制。

40、本发明的优点在于：本发明首先通过仿真分析的方法获取绝缘诊断效果最好的检测电压，然后实际应用中对参与仿真分析的干式电压互感器的同型干式电压互感器施加所述检测电压，分析该干式电压互感器输出的电压波形与完好的电压波形的差异，判断其是否存在匝间绝缘缺陷，该方法只需要对实际应用中的互感器施加脉冲电压并分析波形差异即可获知绝缘缺陷，过程简单，容易实施，且绝缘诊断效果好，不需要复杂的计算，适合现场应用。

技术特征：

1.一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述等效电路参数包括匝间电容、层间电容、绕组内层线圈对地电容、绕组外层线圈对地电容、直流电阻、涡流电阻以及电感。

3.根据权利要求2所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述匝间电容的计算过程为：

4.根据权利要求3所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述层间电容的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述绕组内层线圈对地电容的计算公式为：

6.根据权利要求5所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述绕组外层线圈对地电容的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述直流电阻的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述涡流电阻的计算过程为：

9.根据权利要求8所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述电感的计算过程为：

10.根据权利要求1所述的一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，其特征在于，所述待分析的干式电压互感器由内到外依次为铁芯、二次绕组绝缘骨架、二次绕组线圈、一次绕组绝缘骨架以及一次绕组，采用单层绕组连续、相邻层绕组蛇形往复的绕制工艺进行绕制。

技术总结
本发明公开了一种干式电压互感器绕组匝间绝缘状况检测方法，包括以下步骤：构建待分析的干式电压互感器的一次绕组的等效电路；计算等效电路参数；根据计算的参数对等效电路进行设计，获取仿真电路；对仿真电路施加不同的脉冲电压，分析电压波形，判断哪种脉冲电压下的绝缘诊断效果最好，存储该脉冲电压作为检测电压；实际应用中对参与仿真分析的干式电压互感器的同型干式电压互感器施加所述检测电压，分析该干式电压互感器输出的电压波形与完好的电压波形的差异，判断其是否存在匝间绝缘缺陷；本发明的优点在于：过程简单，容易实施，不需要复杂的计算，适合现场应用。

技术研发人员：张二龙,赵淼,李飞,杨庆贺,杨玉磊,夏明圣,张树铭,张伟,顾昊晟
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华东电力试验研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17