基于阻抗特性試驗(yàn)的空心電抗器匝間故障分析要素淺析

毛興，詹樊，陸大雄

（曲靖供電局，云南曲靖，655000）

基于阻抗特性試驗(yàn)的空心電抗器匝間故障分析要素淺析

毛興，詹樊，陸大雄

（曲靖供電局，云南曲靖，655000）

本篇簡述了目前空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)的技術(shù)現(xiàn)狀，討論了一種基于空心電抗器阻抗頻譜測試方法的故障分析思路，重點(diǎn)分析了阻抗頻譜的頻譜特征、時域分布特性，并淺析了基于非破壞性阻抗頻譜測試用于分析空心電抗器匝間絕緣特性的后續(xù)研究方向。

空心電抗器；阻抗頻譜；時域分布特性；匝間絕緣

0 引言

空心電抗器無鐵心材料，不會產(chǎn)生磁飽和特性，因而廣泛用于母線、中性接地、回饋線路中的各種限流、補(bǔ)償應(yīng)用中。匝間絕緣故障主要指匝間絕緣擊穿短路，目前針對該故障的測試方法有脈沖振蕩法、沖擊脈沖、大電流通流試驗(yàn)等；這些方法都有共同弊端，即對匝間絕緣的介電性能或熱穩(wěn)定性能有破壞性，且試驗(yàn)裝置笨重，現(xiàn)場試驗(yàn)工作量較大。

1 寬頻域阻抗特性

本篇探討了從寬頻阻抗試驗(yàn)分析的角度提出了一種非破壞性的匝間絕緣分析思路，即將匝間絕緣擊穿產(chǎn)生的電容效益通過阻抗的諧振特性展現(xiàn)，分析匝間絕緣特性。實(shí)驗(yàn)采用非破壞性的LIRA繞組諧振測試裝置，模擬繞制了空心電抗器，基本參數(shù)如下。

表1 空心電抗器參數(shù)

試驗(yàn)頻率帶寬為20MHz，獲得的阻抗頻譜與理論模型一致，如圖1所示；根據(jù)阻抗頻譜生成的奈奎斯特曲線如圖2示。

受繞組間的互感和分布參數(shù)影響，在寬頻域范圍內(nèi)出現(xiàn)周期性諧振，故獲得的奈奎斯特曲線近似圓形。

2 阻抗時域特征分析

傳統(tǒng)的空心電抗器故障檢測主要分析脈沖及其電流時域特性，但該電流時域特性除了與自身電感相關(guān)外，還依賴配套標(biāo)準(zhǔn)振蕩電容器的穩(wěn)定性。本篇通過對空心電抗器自身阻抗頻譜進(jìn)行數(shù)值分析，即采用頻域-時域的轉(zhuǎn)換來獲得時域特征，如圖3，圖4所示，阻抗的實(shí)部和虛部時域特性是不均勻的，即能夠反映局部發(fā)生匝間分布參數(shù)變化情況。

圖1 空心電抗器典型阻抗頻譜

圖2 空心電抗器典型奈奎斯特曲線

圖3 實(shí)阻抗的時域分布特性

圖4 虛部阻抗的時域分布特性

3 空心電抗器匝間絕緣分析的思路、要素

空心電抗器匝間絕緣特性變化會直接導(dǎo)致分布參數(shù)變化，因此通過阻抗頻譜的分析要點(diǎn)在于通過頻譜曲線捕捉分布參數(shù)。圖1，圖2可以用于趨勢性捕捉匝間絕緣的發(fā)展，但需要進(jìn)行跟蹤、比對分析不同時間點(diǎn)的阻抗頻譜曲線差異。

阻抗頻譜曲線分析的步驟為：

（1）測試不同時間點(diǎn)的阻抗頻譜特性曲線，對比分析曲線在頻域范圍的偏移情況。

（2）通過數(shù)學(xué)相關(guān)等算法獲得偏移的量化指標(biāo)。

（3）通過計(jì)算諧振頻率點(diǎn)的變化來反映分布參數(shù)的變化。

步驟1，2比較容易理解，而步驟3反映分布參數(shù)的變化可以借助并聯(lián)諧振的等效圖進(jìn)行分析，也可由諧振時中心頻率與原始頻率的對應(yīng)方程分析，如：

f為歷史諧振頻率，rf為最新測試頻率，CX，LX分別為等效容抗和感抗。

由此可知，容抗或感抗變化都會導(dǎo)致諧振頻率偏移，其中容抗增加會導(dǎo)致諧振頻率上升，感抗增加會導(dǎo)致諧振頻率減少。

4 小結(jié)

本篇對模擬空心電抗器的阻抗頻譜進(jìn)行了測試和圖譜分析，提出基于阻抗頻譜諧振特性的頻域分析法，以及通過頻域到時域轉(zhuǎn)換后的時域圖譜分析法。兩者在實(shí)際應(yīng)用中可以結(jié)合。阻抗頻譜的測試完全可以基于非破壞性的測試條件，對開展預(yù)防性狀態(tài)檢修有較好的應(yīng)用前景。

[1]趙榮普,李夢滔.干式空心電抗器匝間絕緣檢測原理及試驗(yàn)研究，《電力設(shè)備》2016年第21期.

[2] LIRA 5200.阻抗頻譜測試儀手冊，2017.

[3] Mathias Enohnyaket and Jonas Ekman, PEEC Models for Air-core Reactors Modeling Skin and Proximity Effects

Discussion of Turn to Turn fault analysis based on impedance characteristics for air core reactors

Mao Xing, Zhan Fan, Lu Daxiong
(Qujing Power Utility，Qujing Yunnan, 655000)

The paper briefly discusses status of turn to turn insulation test technology for air core reactor, presents a method of winding fault detection based on impedance spectrum, with emphasis on frequency and time domain distributive characteristics and finally analyzes further research orientation based on non-destructive impedance spectrum for winding insulation diagnosis of air core reactors.

Air core reactor; impedance spectrum; time domain distributive characteristics; turn to turn insulation