試驗(yàn)響應(yīng)電流頻譜法在空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)中的應(yīng)用

文/毛興　陸大雄　王路軍　唐志宇

1　引言

空心電抗器自身采用鋁制材料，一般故障率在運(yùn)行數(shù)年后顯著提升。造成空心電抗器故障的原因主要有：絕緣老化、導(dǎo)線斷股、絕緣處置不當(dāng)、匝間絕緣材料老化、熱老化等?？招碾娍蛊靼l(fā)生故障的主要表現(xiàn)為燒毀及誘發(fā)次生火災(zāi)等。

2　空心電抗器測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀

空心電抗器目前常見(jiàn)的試驗(yàn)檢測(cè)以離線方式為主。主要包括入阻尼振蕩波法、阻抗頻響法、電感量測(cè)試等。其中靈敏度較高并具有一定匝間故障隱患檢測(cè)能力的為阻尼振蕩波法和阻抗頻響法。阻尼振蕩波法為高壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)需要接入高壓電容器與被試品形成LC振蕩，體積相對(duì)笨重，有破壞性；阻抗頻響法為低壓測(cè)試，但頻帶測(cè)試較寬，目前經(jīng)驗(yàn)圖譜相對(duì)缺乏。

在線測(cè)量或監(jiān)測(cè)方法有局部放電法、溫度測(cè)量法、磁場(chǎng)法。局部放電是一種靈敏度較高的檢測(cè)方法，但因空心電抗器正常工作時(shí)表面環(huán)境電磁場(chǎng)噪音較大，局部放電試驗(yàn)時(shí)不可避免的受到干擾。

溫度測(cè)量法主要采用紅外測(cè)量或監(jiān)測(cè)的手段進(jìn)行測(cè)量。溫度測(cè)量法相對(duì)靈敏度較低，即發(fā)現(xiàn)異常溫度時(shí)，空心電抗器的匝間絕緣缺陷已經(jīng)持續(xù)一定時(shí)間。

電磁分析法也稱作磁場(chǎng)法，其建立在研究干式空心電抗器匝間短路故障后磁場(chǎng)分布變化特征基礎(chǔ)上，判別空心電抗器是否存在匝間短路故障的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為判斷空間磁場(chǎng)是否對(duì)稱分布的問(wèn)題。

3　響應(yīng)電流頻譜法的離線測(cè)試

針對(duì)以上技術(shù)現(xiàn)狀，在線測(cè)試與離線測(cè)試的技術(shù)方法存在較大差異。離線主要以阻抗、電感量的模式進(jìn)行分析，在線主要通過(guò)故障表現(xiàn)外部特征如溫度，振動(dòng)，磁密等進(jìn)行測(cè)試。因此在線和離線測(cè)試的數(shù)值關(guān)聯(lián)性方面的研究較為少見(jiàn)。本篇提出了離線電流頻譜法的測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)觸發(fā)脈沖下的電流響應(yīng)頻譜進(jìn)行識(shí)別，對(duì)比無(wú)故障和含故障狀態(tài)下的頻譜特性，從而驗(yàn)證了電流頻譜法的有效性。如圖1所示。

相比其他試驗(yàn)技術(shù)，電流頻譜法的試驗(yàn)成本低，接線與阻抗測(cè)試法完全相同，僅需要低電壓信號(hào)源和一套采集系統(tǒng)即可快速搭建獨(dú)立的試驗(yàn)系統(tǒng)或與阻抗向量測(cè)試的相關(guān)技術(shù)集成。為確保有效捕捉故障特征，試驗(yàn)觸發(fā)信號(hào)源可考慮采取方波，正弦波等多種形式，并分析多個(gè)觸發(fā)信號(hào)頻率下的頻譜。頻譜的計(jì)算方法可采用FFT傅里葉變換，STFT短時(shí)傅里葉變換，小波變換等。

4　電流頻譜法的在線監(jiān)測(cè)討論

從空心電抗器在線運(yùn)行環(huán)境的特征分析，獲取運(yùn)行電流并計(jì)算其頻譜特征的思路是可行的，由此電流頻譜的思想既可用于停電檢測(cè)也可用于在線分析。

在線檢測(cè)時(shí)，通過(guò)電流傳感器實(shí)現(xiàn)電流探測(cè)前端，后續(xù)還需對(duì)工頻信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，并處理現(xiàn)場(chǎng)電流信號(hào)的噪音信號(hào)等。實(shí)際應(yīng)用中可從以下兩個(gè)方面降低分析難度：

（1）通過(guò)三相頻譜數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。該分析模式為橫向?qū)Ρ?，并且可通過(guò)三相的頻譜曲線相關(guān)性處理等算法過(guò)濾系統(tǒng)噪音。

（2）與離線的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)模擬匝間故障，開(kāi)展故障試品的試驗(yàn)對(duì)比，累積經(jīng)驗(yàn)圖譜，在必要條件下對(duì)離線空心電抗器進(jìn)行升流，捕捉電流信號(hào)并開(kāi)展頻譜計(jì)算來(lái)獲得故障頻譜曲線。該特征曲線可為在線監(jiān)測(cè)或在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析提供重要參考依據(jù)。

5　總結(jié)

本篇簡(jiǎn)要介紹了空心電抗器故障的常見(jiàn)離線檢測(cè)和在線測(cè)量方法，提出了基于響應(yīng)電流的頻譜分析方法，通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證了匝間絕緣故障狀態(tài)下電流頻譜曲線和無(wú)故障頻譜曲線存在明顯差異。本篇還淺析了電流頻譜法用于在線測(cè)量或在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用可行性和數(shù)據(jù)分析思路。

圖1：35kV空心電抗器脈沖電流頻譜特征對(duì)比圖譜