分布電流無線監測在干式空心電抗器中的應用

李佳奇， 郭小兵, 譚向宇, 朱　濤, 王　巖， 吳彥霖

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

分布電流無線監測在干式空心電抗器中的應用

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,云南 昆明 650217；2.云南電網公司 研究生工作站,云南 昆明 650500;3.云南電力調度控制中心,云南 昆明 650011)

摘要:電抗器線匝的分布電流不均會導致局部過熱，從而降低絕緣性能，進行電抗器的分布電流監測工作有助于及時發現故障隱患。從工程現場出發，運用多只傳感器實時監測電抗器每一層包封的分布電流數據，并以無線發包方式將數據回傳入監測系統。經實驗證明：該系統能在電抗器工作環境下準確測得分布電流變化值，將為變電站內干式空心電抗器實時監測提供重要的理論依據和設備支持。

關鍵詞：干式空心電抗器； 電流傳感器； 分布電流； 無線監測

0引言

近年來,隨著電網的擴容干式空心電抗單個容量不斷增加，因發熱導致的絕緣缺陷事故不斷凸顯。針對干抗的頻繁燒毀事故，許多文獻圍繞匝間絕緣提出了許多監測手段，但并未考慮到大容量并抗有關分布電流不均因素[1～6]。由于干式空心并聯電抗器布路數非常多，局部短路故障會改變干式空心電抗器內部環流分布，造成干式空心電抗器局部溫升差異，從而導致發熱老化等問題[7～12]。

本文針對干抗日常運行中面臨的監測場地限制、強磁干擾環境、監測支路多等矛盾問題，設計一種無線分布電流檢測系統，實地開展了電流測試，對系統有效性進行了驗證。

1分布電流監測系統

1.1分布電流監測系統的組成

干式空心電抗器分布電流無線監測系統主要由四部分組成：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換成小電流，通信模塊采集小電流編碼后以特定報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據后通過RS—485單片機轉換解碼，最終將實時數據采集至PC上顯示，原理圖如圖1所示。

圖1　分布電流監測裝置原理圖Fig 1　Principle diagram of distributed current monitoring device

1.2電流互感器結構原理

電流傳感器的工作原理如圖2所示，它由導磁體、霍爾傳感器組成，霍爾傳感器內部有放大器。被測電流If的導線穿過導磁體，在導磁體內部產生磁場。其磁感應強度B與If及繞在導磁體上的導線匝數N有關。霍爾傳感器置于導磁體中，當霍爾傳感器通以控制電流IC時，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。霍爾電壓經過處理得到被測導線電流值。

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

電流測量采用開口式電流傳感器，為減小周圍導線的互感對測量結果的影響，本測量系統采用口徑大小不同的傳感器進行測量。以導線股數充滿傳感器為標準穿過股數不等的導線進行安裝。

根據現場條件和CT傳感器的個數限制，參考廠家的電流設計參數，采用1#通信機傳輸奇數包封層數據，2#通信機傳輸偶數包封層數據的方案。其中，對設計電流值較小的1，2，7，9包封層穿過較多的導線股數，其他包封股數由傳感器開口大小決定。同時，為了測試不同傳感器個體間的誤差，對第3包封層安裝2組電流傳感器，并分別由1#，2#通信機各自傳輸。電流互感器現場安裝如圖3所示。

圖3　電流傳感器現場安裝圖Fig 3　Site installation diagram of current sensor

2實驗數據分析

2.1數據測量結果

根據實驗電抗器的參數情況和現場實驗條件，考慮實際中的情況，為測試系統在電抗器強磁場工作環境下的穩定性，采用如下兩種實驗方案進行：

1)通信機測量18條支路電流，實驗電流和電壓分別為500 A，20 kV，持續時間5 min。

2)通信機測量18條支路電流，實驗電流和電壓分別為1 000 A，20 kV，持續時間5 min。

采用2個通信機，每個通信機傳輸9個通道的電流值，通信機默認1 s發送一次數據。為獲取較為穩定的測量值，測量數據抽取在中間約1 min左右的數據。上述兩種實驗方案下測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18個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18個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：電流傳感器的測量值基本保持穩定，僅有個別通道有小幅值的波動；各個包封的電流測量值基本與電抗器設計參數接近；針對第3包封層安裝的2只傳感器測量值也基本相同。綜上說明分布電流無線測試系統在強磁場環境下運行可靠，電流互感器個體間的誤差也較小。

2.2測量結果統計處理

對持續時間內的數據進行簡單的統計處理, 計算得到最大值、最小值、平均值、標準差、方差以及中心波動度(中心波動度為標準差與平均值的比值)。測量結果如表1和表2所示。

表1　500 A，20 kV下分布電流值統計表(A)

(b) 2#通信機9個通道的分布電流值統計(A)

表2　1 000 A，20 kV下分布電流值統計表(A)

(b) 2#通信機9個通道的電流值統計(A)

從表中可知：各個通道測量的最大值與最小值差值較小，最大差值為0.3 A；各通道的測量均值與設計參數接近；各通道的中心波動度非常小基本可忽略。

3結論

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

實驗結果證明該系統可以準確測得干抗包封層內的分布電流，為減少故障發生和尋找故障點提供很好的依據。

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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：TH 741

文獻標識碼：A

文章編號：1000—9787(2016)04—0154—03

作者簡介:

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