分布电流无线监测在干式空心电抗器中的应用

李佳奇， 郭小兵, 谭向宇, 朱　涛, 王　岩， 吴彦霖

(1.昆明理工大学,云南 昆明 650217；2.云南电网公司 研究生工作站,云南 昆明 650500;3.云南电力调度控制中心,云南 昆明 650011)

分布电流无线监测在干式空心电抗器中的应用

李佳奇1,2， 郭小兵1,2, 谭向宇2, 朱涛3, 王岩1,2， 吴彦霖1,2

(1.昆明理工大学,云南 昆明 650217；2.云南电网公司 研究生工作站,云南 昆明 650500;3.云南电力调度控制中心,云南 昆明 650011)

摘要:电抗器线匝的分布电流不均会导致局部过热，从而降低绝缘性能，进行电抗器的分布电流监测工作有助于及时发现故障隐患。从工程现场出发，运用多只传感器实时监测电抗器每一层包封的分布电流数据，并以无线发包方式将数据回传入监测系统。经实验证明：该系统能在电抗器工作环境下准确测得分布电流变化值，将为变电站内干式空心电抗器实时监测提供重要的理论依据和设备支持。

关键词：干式空心电抗器； 电流传感器； 分布电流； 无线监测

0引言

近年来,随着电网的扩容干式空心电抗单个容量不断增加，因发热导致的绝缘缺陷事故不断凸显。针对干抗的频繁烧毁事故，许多文献围绕匝间绝缘提出了许多监测手段，但并未考虑到大容量并抗有关分布电流不均因素[1～6]。由于干式空心并联电抗器布路数非常多，局部短路故障会改变干式空心电抗器内部环流分布，造成干式空心电抗器局部温升差异，从而导致发热老化等问题[7～12]。

本文针对干抗日常运行中面临的监测场地限制、强磁干扰环境、监测支路多等矛盾问题，设计一种无线分布电流检测系统，实地开展了电流测试，对系统有效性进行了验证。

1分布电流监测系统

1.1分布电流监测系统的组成

干式空心电抗器分布电流无线监测系统主要由四部分组成：电流传感器、通信模块、无线接收终端、PC。本装置的工作原理是利用特制的电流传感器采集单股或多股股线电流并以固定变比转换成小电流，通信模块采集小电流编码后以特定报文格式通过无线传输方式传输至无线接收终端，无线接收终端接收数据后通过RS—485单片机转换解码，最终将实时数据采集至PC上显示，原理图如图1所示。

图1　分布电流监测装置原理图Fig 1　Principle diagram of distributed current monitoring device

1.2电流互感器结构原理

电流传感器的工作原理如图2所示，它由导磁体、霍尔传感器组成，霍尔传感器内部有放大器。被测电流If的导线穿过导磁体，在导磁体内部产生磁场。其磁感应强度B与If及绕在导磁体上的导线匝数N有关。霍尔传感器置于导磁体中，当霍尔传感器通以控制电流IC时，可输出霍尔电压[13～16]

UH=KH.IC.B

(1)

式中KH为霍尔传感器常数。霍尔电压经过处理得到被测导线电流值。

图2　电流传感器的工作原理Fig 2　Working principle of current sensor

1.3电流互感器的安装位置

电流测量采用开口式电流传感器，为减小周围导线的互感对测量结果的影响，本测量系统采用口径大小不同的传感器进行测量。以导线股数充满传感器为标准穿过股数不等的导线进行安装。

根据现场条件和CT传感器的个数限制，参考厂家的电流设计参数，采用1#通信机传输奇数包封层数据，2#通信机传输偶数包封层数据的方案。其中，对设计电流值较小的1，2，7，9包封层穿过较多的导线股数，其他包封股数由传感器开口大小决定。同时，为了测试不同传感器个体间的误差，对第3包封层安装2组电流传感器，并分别由1#，2#通信机各自传输。电流互感器现场安装如图3所示。

图3　电流传感器现场安装图Fig 3　Site installation diagram of current sensor

2实验数据分析

2.1数据测量结果

根据实验电抗器的参数情况和现场实验条件，考虑实际中的情况，为测试系统在电抗器强磁场工作环境下的稳定性，采用如下两种实验方案进行：

1)通信机测量18条支路电流，实验电流和电压分别为500 A，20 kV，持续时间5 min。

2)通信机测量18条支路电流，实验电流和电压分别为1 000 A，20 kV，持续时间5 min。

采用2个通信机，每个通信机传输9个通道的电流值，通信机默认1 s发送一次数据。为获取较为稳定的测量值，测量数据抽取在中间约1 min左右的数据。上述两种实验方案下测得的电流值变化如图4和图5所示。

图4　电流500 A，电压20 kV时18个通道的分布电流值变化Fig 4　Distribution current value changes of 18 channelswhen current is 500 A and voltage is 20 kV

图5　电流1 000 A，电压20 kV时18个通道的分布电流值变化Fig 5　Distribution current value changes of 18 channelswhen current is 1 000 A and voltage is 20 kV

从图5中可以看出：电流传感器的测量值基本保持稳定，仅有个别通道有小幅值的波动；各个包封的电流测量值基本与电抗器设计参数接近；针对第3包封层安装的2只传感器测量值也基本相同。综上说明分布电流无线测试系统在强磁场环境下运行可靠，电流互感器个体间的误差也较小。

2.2测量结果统计处理

对持续时间内的数据进行简单的统计处理, 计算得到最大值、最小值、平均值、标准差、方差以及中心波动度(中心波动度为标准差与平均值的比值)。测量结果如表1和表2所示。

表1　500 A，20 kV下分布电流值统计表(A)

(b) 2#通信机9个通道的分布电流值统计(A)

表2　1 000 A，20 kV下分布电流值统计表(A)

(b) 2#通信机9个通道的电流值统计(A)

从表中可知：各个通道测量的最大值与最小值差值较小，最大差值为0.3 A；各通道的测量均值与设计参数接近；各通道的中心波动度非常小基本可忽略。

3结论

在电抗器日常工作环境下，传感器测量效果良好,并且在500,1 000 A电流下几乎没有影响正常工作，波动程度也非常小可以忽略；其中,在1 000 A下波动度略大于500 A,但是也属于可忽略的范围，说明传感器与通信机在大电流环境下依旧正常工作可以满足强磁场的工况要求。

实验结果证明该系统可以准确测得干抗包封层内的分布电流，为减少故障发生和寻找故障点提供很好的依据。

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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

中图分类号：TH 741

文献标识码：A

文章编号：1000—9787(2016)04—0154—03

作者简介:

李佳奇(1990-)，男，山西运城人，硕士研究生，主要从事新型传感器检测研究。