分布電流無線監(jiān)測(cè)在干式空心電抗器中的應(yīng)用

李佳奇， 郭小兵, 譚向宇, 朱　濤, 王　巖， 吳彥霖

(1.昆明理工大學(xué),云南 昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司 研究生工作站,云南 昆明 650500;3.云南電力調(diào)度控制中心,云南 昆明 650011)

分布電流無線監(jiān)測(cè)在干式空心電抗器中的應(yīng)用

李佳奇1,2， 郭小兵1,2, 譚向宇2, 朱濤3, 王巖1,2， 吳彥霖1,2

(1.昆明理工大學(xué),云南 昆明 650217；2.云南電網(wǎng)公司 研究生工作站,云南 昆明 650500;3.云南電力調(diào)度控制中心,云南 昆明 650011)

摘要:電抗器線匝的分布電流不均會(huì)導(dǎo)致局部過熱，從而降低絕緣性能，進(jìn)行電抗器的分布電流監(jiān)測(cè)工作有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。從工程現(xiàn)場(chǎng)出發(fā)，運(yùn)用多只傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電抗器每一層包封的分布電流數(shù)據(jù)，并以無線發(fā)包方式將數(shù)據(jù)回傳入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：該系統(tǒng)能在電抗器工作環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)得分布電流變化值，將為變電站內(nèi)干式空心電抗器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供重要的理論依據(jù)和設(shè)備支持。

關(guān)鍵詞：干式空心電抗器； 電流傳感器； 分布電流； 無線監(jiān)測(cè)

0引言

近年來,隨著電網(wǎng)的擴(kuò)容干式空心電抗單個(gè)容量不斷增加，因發(fā)熱導(dǎo)致的絕緣缺陷事故不斷凸顯。針對(duì)干抗的頻繁燒毀事故，許多文獻(xiàn)圍繞匝間絕緣提出了許多監(jiān)測(cè)手段，但并未考慮到大容量并抗有關(guān)分布電流不均因素[1～6]。由于干式空心并聯(lián)電抗器布路數(shù)非常多，局部短路故障會(huì)改變干式空心電抗器內(nèi)部環(huán)流分布，造成干式空心電抗器局部溫升差異，從而導(dǎo)致發(fā)熱老化等問題[7～12]。

本文針對(duì)干抗日常運(yùn)行中面臨的監(jiān)測(cè)場(chǎng)地限制、強(qiáng)磁干擾環(huán)境、監(jiān)測(cè)支路多等矛盾問題，設(shè)計(jì)一種無線分布電流檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)地開展了電流測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

1分布電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1分布電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

干式空心電抗器分布電流無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由四部分組成：電流傳感器、通信模塊、無線接收終端、PC。本裝置的工作原理是利用特制的電流傳感器采集單股或多股股線電流并以固定變比轉(zhuǎn)換成小電流，通信模塊采集小電流編碼后以特定報(bào)文格式通過無線傳輸方式傳輸至無線接收終端，無線接收終端接收數(shù)據(jù)后通過RS—485單片機(jī)轉(zhuǎn)換解碼，最終將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集至PC上顯示，原理圖如圖1所示。

圖1　分布電流監(jiān)測(cè)裝置原理圖Fig 1　Principle diagram of distributed current monitoring device

1.2電流互感器結(jié)構(gòu)原理

電流傳感器的工作原理如圖2所示，它由導(dǎo)磁體、霍爾傳感器組成，霍爾傳感器內(nèi)部有放大器。被測(cè)電流If的導(dǎo)線穿過導(dǎo)磁體，在導(dǎo)磁體內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)。其磁感應(yīng)強(qiáng)度B與If及繞在導(dǎo)磁體上的導(dǎo)線匝數(shù)N有關(guān)?；魻杺鞲衅髦糜趯?dǎo)磁體中，當(dāng)霍爾傳感器通以控制電流IC時(shí)，可輸出霍爾電壓[13～16]

UH=KH.IC.B

(1)

式中KH為霍爾傳感器常數(shù)。霍爾電壓經(jīng)過處理得到被測(cè)導(dǎo)線電流值。

圖2　電流傳感器的工作原理Fig 2　Working principle of current sensor

1.3電流互感器的安裝位置

電流測(cè)量采用開口式電流傳感器，為減小周圍導(dǎo)線的互感對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，本測(cè)量系統(tǒng)采用口徑大小不同的傳感器進(jìn)行測(cè)量。以導(dǎo)線股數(shù)充滿傳感器為標(biāo)準(zhǔn)穿過股數(shù)不等的導(dǎo)線進(jìn)行安裝。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和CT傳感器的個(gè)數(shù)限制，參考廠家的電流設(shè)計(jì)參數(shù)，采用1#通信機(jī)傳輸奇數(shù)包封層數(shù)據(jù)，2#通信機(jī)傳輸偶數(shù)包封層數(shù)據(jù)的方案。其中，對(duì)設(shè)計(jì)電流值較小的1，2，7，9包封層穿過較多的導(dǎo)線股數(shù)，其他包封股數(shù)由傳感器開口大小決定。同時(shí)，為了測(cè)試不同傳感器個(gè)體間的誤差，對(duì)第3包封層安裝2組電流傳感器，并分別由1#，2#通信機(jī)各自傳輸。電流互感器現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖3所示。

圖3　電流傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖Fig 3　Site installation diagram of current sensor

2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)電抗器的參數(shù)情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件，考慮實(shí)際中的情況，為測(cè)試系統(tǒng)在電抗器強(qiáng)磁場(chǎng)工作環(huán)境下的穩(wěn)定性，采用如下兩種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行：

1)通信機(jī)測(cè)量18條支路電流，實(shí)驗(yàn)電流和電壓分別為500 A，20 kV，持續(xù)時(shí)間5 min。

2)通信機(jī)測(cè)量18條支路電流，實(shí)驗(yàn)電流和電壓分別為1 000 A，20 kV，持續(xù)時(shí)間5 min。

采用2個(gè)通信機(jī)，每個(gè)通信機(jī)傳輸9個(gè)通道的電流值，通信機(jī)默認(rèn)1 s發(fā)送一次數(shù)據(jù)。為獲取較為穩(wěn)定的測(cè)量值，測(cè)量數(shù)據(jù)抽取在中間約1 min左右的數(shù)據(jù)。上述兩種實(shí)驗(yàn)方案下測(cè)得的電流值變化如圖4和圖5所示。

圖4　電流500 A，電壓20 kV時(shí)18個(gè)通道的分布電流值變化Fig 4　Distribution current value changes of 18 channelswhen current is 500 A and voltage is 20 kV

圖5　電流1 000 A，電壓20 kV時(shí)18個(gè)通道的分布電流值變化Fig 5　Distribution current value changes of 18 channelswhen current is 1 000 A and voltage is 20 kV

從圖5中可以看出：電流傳感器的測(cè)量值基本保持穩(wěn)定，僅有個(gè)別通道有小幅值的波動(dòng)；各個(gè)包封的電流測(cè)量值基本與電抗器設(shè)計(jì)參數(shù)接近；針對(duì)第3包封層安裝的2只傳感器測(cè)量值也基本相同。綜上說明分布電流無線測(cè)試系統(tǒng)在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下運(yùn)行可靠，電流互感器個(gè)體間的誤差也較小。

2.2測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)處理

對(duì)持續(xù)時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)處理, 計(jì)算得到最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差以及中心波動(dòng)度(中心波動(dòng)度為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值)。測(cè)量結(jié)果如表1和表2所示。

表1　500 A，20 kV下分布電流值統(tǒng)計(jì)表(A)

(b) 2#通信機(jī)9個(gè)通道的分布電流值統(tǒng)計(jì)(A)

表2　1 000 A，20 kV下分布電流值統(tǒng)計(jì)表(A)

(b) 2#通信機(jī)9個(gè)通道的電流值統(tǒng)計(jì)(A)

從表中可知：各個(gè)通道測(cè)量的最大值與最小值差值較小，最大差值為0.3 A；各通道的測(cè)量均值與設(shè)計(jì)參數(shù)接近；各通道的中心波動(dòng)度非常小基本可忽略。

3結(jié)論

在電抗器日常工作環(huán)境下，傳感器測(cè)量效果良好,并且在500,1 000 A電流下幾乎沒有影響正常工作，波動(dòng)程度也非常小可以忽略；其中,在1 000 A下波動(dòng)度略大于500 A,但是也屬于可忽略的范圍，說明傳感器與通信機(jī)在大電流環(huán)境下依舊正常工作可以滿足強(qiáng)磁場(chǎng)的工況要求。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確測(cè)得干抗包封層內(nèi)的分布電流，為減少故障發(fā)生和尋找故障點(diǎn)提供很好的依據(jù)。

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Application of distributed current wireless monitoring in dry type air core reactor

LI Jia-qi1,2， GUO Xiao-bing1,2, TAN Xiang-yu2, ZHU Tao3, WANG Yan1,2, WU Yan-lin1,2

(1.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650217,China;2.Graduate Workstation,Yunnan Power Grid Company,Kunming 650500,China;3.Yunnan Electric Power Dispatching Control Center,Kunming 650011,China)

Abstract:Current distribution of reactor wire turns to local heat and thus decrease insulation performance,the distribution current monitoring of the reactor can be helpful for timely detection of faults.Starting from the project site,using multiple sensors to monitor current data of each layer of reactor and data is transmitted back to monitoring system in a wireless way.Experimental results show that the system can accurately measure distribution current change in reactor working environment,and it will provide an important theoretical basis and equipment support for real-time monitoring of dry type air core reactor in substation.

Key words:dry type air core reactor; current sensor; distribution current; wireless monitoring

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)04—0154—03

收稿日期：2015—07—24

中圖分類號(hào)：TH 741

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000—9787(2016)04—0154—03

作者簡(jiǎn)介:

李佳奇(1990-)，男，山西運(yùn)城人，碩士研究生，主要從事新型傳感器檢測(cè)研究。