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干式空心电抗器故障磁场分析及监测方法研究

刘宇博  
【摘要】:干式空心电抗器是电力系统中一种重要的无功补偿装置,随着特高压电网的大力发展,越来越多的电抗器投入运行,所以,维持较低的故障率,保持稳定运行,对于电网高质量地输送电能,维持安全运行显得至关重要。目前,干式空心电抗器发生较多的故障是不同情况引起的匝间短路,进而发展成设备烧损的电力事故。针对现阶段缺少有效的监测空心电抗器故障的手段,研究故障发生前后干式空心电抗器磁场的分布特点,进而提出有效的故障监测方法显得十分必要。本文以某500kV变电站66kV侧干式空心电抗器为计算实例,通过模拟运行状态,对其发生匝间短路时的磁场分布进行详细分析。首先,通过对解析法和有限元法的理论分析,确定以有限元法作为本文的主要分析方法。其次,利用仿真软件Ansoft Maxwell建立电抗器的有限元模型,通过计算正常状态下磁感应强度和电流值,并与解析计算结果比较,验证模型建立的正确性。在此基础上,详细计算分析了电抗器不同位置发生匝间短路时线圈电流和磁感应强度的变化。结果表明,匝间短路会减小电抗器周围的磁感应强度,相同绕组层,故障位置出现在中心高度处,对磁场的削弱程度最大;相同高度,故障位置出现在最外层绕组,对磁场的削弱程度最大。最后,本文根据磁场分析结果,提出利用感应线圈实现对电抗器周围磁场变化的探测,从而监测电抗器匝间短路发生的方法。通过分析,在各相电抗器下方的大地电位处布置感应线圈满足要求。将各相电抗器的感应线圈连接成开口三角形接线,通过监测开口处的感应电压变化达到监测电抗器运行状况的目的。对感应线圈的工作原理进行分析,并通过现场试验的开展和数据的分析,证明了该方法的可行性。本论文的研究结果对干式空心电抗器故障状态的研究以及故障监测方法的开发提供部分理论依据和启发作用。


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