一种三相串联电抗器的制作方法

1.本发明涉及电抗器技术领域，尤其是涉及一种三相串联电抗器。


背景技术：

2.串联电抗器布置在户外，且每天频繁投切，外界环境因素、过电压影响等造成其运行不稳定。
3.目前，串联电抗器缺少独立的保护措施，只能依靠电容器组的过流保护和不平衡电流保护，缺乏有效的手段来实时监控串联电抗器的运行状态，无法对串联电抗器的故障进行及时、有效的预警。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种三相串联电抗器，以解决现有技术中串联电抗器受环境影响大、运行不稳定的技术问题。
5.本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：
6.一种三相串联电抗器，包括：
7.被若干个包封包覆的三相绕组；
8.所述三相绕组采用层叠的方式设置，从上往下依次为a相、b相和c相；
9.相邻的两相绕组通过绝缘子固定连接；
10.位于顶端的a相绕组上方设置有防雨帽；
11.位于底端的c相绕组下方设置有绝缘子底座。
12.可选地，还包括：
13.汇流排，所述若干个包封经所述汇流排并联连接。
14.可选地，所述包封包括内包封和外包封，所述外包封包括实心外包封和位于最外层的空心外包封。
15.可选地，所述空心外包封的外表面设置有监测串联电抗器湿度的湿度监测模块，所述空心外包封的中空部分设置有监测三相绕组温度的温度监测模块、监测三相绕组磁场的磁场监测模块和处理温度、湿度及磁场数据的数据处理模块，所述湿度监测模块、所述温度监测模块、所述磁场监测模块与所述数据处理模块通信连接。
16.可选地，所述温度监测模块包括依次设置在上、中、下层的测温探头。
17.可选地，所述数据处理模块包括：
18.感应电源单元、数据显示单元、信号发送单元和故障预警单元；
19.其中，所述感应电源单元为温度监测模块、湿度监测模块、数据处理模块提供直流电；所述数据显示单元实时显示温度、湿度和磁场数据；所述信号发送单元将所显示的温度、湿度和磁场数据发送给后台监控系统；所述故障预警单元处理所述温度、湿度和磁场数据，存在故障时进行故障预警。
20.可选地，所述故障预警包括：
21.直流性电阻缺陷预警和匝间短路故障预警；
22.其中，所述直流性电阻缺陷预警是基于三相绕组的温度进行判断，所述匝间短路故障预警是基于三相绕组的感应电压进行判断，所述感应电压是根据所述磁场数据确定的。
23.可选地，所述直流性电阻缺陷预警的判据包括主要判据和辅助判据；
24.其中，所述直流性电阻缺陷预警的主要判据为：
[0025][0026]
式中，t
a
‑1、t
b
‑1、t
c
‑1分别是a相绕组、b相绕组、c相绕组在无剧烈气候变化情况下的邻近工作日的平均温度；
[0027]
y
a
是a相绕组当天温度t
a
与平均温度t
a
‑1的相对百分数，y
b
是b相绕组当天温度t
b
与平均温度t
b
‑1的相对百分数，y
c
是c相绕组当天温度t
c
与平均温度t
c
‑1的相对百分数；
[0028]
当y
a
>10％时，则判断a相绕组为直流性电阻缺陷；当y
b
>10％时，则判断b相绕组为直流性电阻缺陷；当y
c
>10％时，则判断c相绕组为直流性电阻缺陷。
[0029]
可选地，在气候剧烈变化或节假日负荷剧烈变化的情况下，用相间数据作为辅助判断，辅助判据为：
[0030][0031]
式中，y
tab
是a相绕组与b相绕组间当天温度的相对百分数，y
tbc
是b相绕组与c相绕组间当天温度的相对百分数，y
tc
是c相绕组与b相绕组间当天温度的差值；
[0032]
若y
tab
>20％，则判断a相绕组为直流性电阻缺陷；若20％>y
tab
>10％，则进行预警；
[0033]
若y
tc
>0,则判断c相绕组为直流性电阻缺陷。
[0034]
可选地，所述匝间短路故障预警的判据为：
[0035][0036]
式中，u
a
、u
b
、u
c
分别为a相绕组、b相绕组、c相绕组的感应电压，u
set
为三相绕组感应电压向量和的阀值，δu
φa
、δu
φb
、δu
φc
分别为a相绕组、b相绕组、c相绕组感应电压幅值下降值，δu
φseta
、δu
φsetb
、δu
φsetc
分别为a相绕组、b相绕组、c相绕组感应电压幅值下降值的阀值；
[0037]
当满足上述条件时，感应电压幅值下降最大相为匝间短路故障预警相。
[0038]
本发明提供了一种三相串联电抗器，包括：被若干个包封包覆的三相绕组；所述三相绕组采用层叠的方式设置，从上往下依次为a相、b相和c相；相邻的两相绕组通过绝缘子固定连接；位于顶端的a相绕组上方设置有防雨帽；位于底端的c相绕组下方设置有绝缘子底座。
[0039]
本发明提供的三相串联电抗器，其中的三相绕组被若干个包封包覆，大大降低了外界环境因素对电抗器运行绕组的影响，包封能防止雨水浸入包封内的三相绕组，引起局部放电的风险，能保证三相串联电抗器的正常运行。
[0040]
此外，三相绕组采用层叠的方式设置，相邻的两相绕组通过绝缘子固定连接，每相绕组之间空间上互不影响，当发生故障时，很容易判断发生故障的相位。
附图说明
[0041]
图1为本发明的串联电抗器结构示意图；
[0042]
图2为本发明的防护包封结构示意图；
[0043]
图3为本发明的包封剖面示意图；
[0044]
图4为本发明的串联电抗器磁场分布示意图。
[0045]
其中，1 a相，2 b相，3 c相，4包封，41内包封，42外包封，421防护包封，5绝缘子，6防雨帽，7绝缘子底座，8汇流排，10温度监测模块，101上测温探头，102中测温探头，103下测温探头，20湿度监测模块，30磁场监测模块，31绕组接口，40数据处理模块，402数据显示单元。
具体实施方式
[0046]
本发明实施例提供了一种三相串联电抗器，以解决现有技术中串联电抗器受环境影响大、运行不稳定的技术问题。
[0047]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0048]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0049]
35kv并联电容器组是500kv变电站无功补偿设备，串联电抗器串接在并联电容器组中，起到降低合闸涌流和滤除高次谐波的作用。串联电抗器布置在户外，且每天频繁投切，造成其运行环境恶劣。主要有以下三个方面：
①
外界环境因素。干式电抗器由于风吹日晒、昼夜温差及应力作用，绝缘位置会产生很多裂缝，在大风和雨雪天气下，水汽和灰尘会进入裂缝，导致裂缝处场强发生畸变，产生放电现象，这是电抗器故障的起发点；雨雪天气，部分水汽渗入电抗器内部，使得电抗器出现铁锈水渍，电抗器工作时沿铁锈水渍发展成爬电，进而烧损电抗器；鸟类靠近电抗器取暖、筑巢，造成电抗器附着鸟屎；
②
过电压影响。易导致电抗器内部的绝缘老化开裂，造成干式电抗器匝间短路；
③
产品质量缺陷。部分电抗器
产品在设计和生产过程中使用质量不达标的绝缘材料、导线间焊接点虚连及断线等因生产制造缺陷问题。
[0050]
干式空心电抗器至今依然没有有效的运行监控手段，在电抗器出现事故之前无法对其内部的绝缘状况进行有效的监控，串联电抗器无独立的保护，只是依靠电容器组的过流保护和不平衡电流保护，干式空心电抗器发生匝间短路故障时电流判据不满足动作条件，只有匝间短路故障发展为对地故障后，保护才会动作才切除故障设备。
[0051]
目前人工红外测温只能通过串联电抗器外表面的整体温度来初步判断电阻性缺陷，这种离线的、依靠巡视人员经验的方式具有较强的主观性，且准确性差。
[0052]
请参阅图1，本发明提供了一种三相串联电抗器的实施例，包括：
[0053]
被若干个包封4包覆的三相绕组；
[0054]
所述三相绕组采用层叠的方式设置，从上往下依次为a相1、b相2和c相3；
[0055]
相邻的两相绕组通过绝缘子5固定连接；
[0056]
位于顶端的a相1绕组上方设置有防雨帽6；
[0057]
位于底端的c相3绕组下方设置有绝缘子底座7。
[0058]
本实施例中，串联电抗器可以为35kv串联电抗器，串联电抗器的三相绕组采用层叠的方式布置，从上往下依次是a相1、b相2和c相3，每相绕组都被若干个包封4包覆。
[0059]
包封4包括内包封41和外包封42，内包封41可以是整体环氧树脂圆环，外包封42可以为拔插式外包封，优选的实施方式，拔插式外包封分为两类，大的是实心环氧树脂，小的是空心环氧树脂。本实施例中，最外层不含绕组的空心包封为防护包封421，防护包封421作为温度监测模块10、湿度监测模块20、磁场监测模块30和数据处理模块40的载体，温度监测模块10、湿度监测模块20、磁场监测模块30和数据处理模块40共三组，呈对称分布；温度监测模块10、磁场监测模块30和数据处理模块40分别环绕在防护包421封中空位置，湿度监测模块20安装在空心拔插式外包封即防护包封421的外表面。
[0060]
优选的实施方式，串联电抗器还包括汇流排8，单个包封4由多匝铝线绕组并联绕制而成，再并接于汇流排8，若干个(例如15个)包封4经汇流排8并联起来。在最外层的包封处安装无绕组的空包封，即防护包封421，磁场监测模块30的感应线圈和温度监测模块10的光纤测温探头可以安装在防护包封421内部的中空部分。
[0061]
其中，湿度监测模块20安装在防护包封421的外表面，可以获取串联电抗器的实时湿度值，通过接口将湿度数据传入数据处理模块。当湿度过高时，提醒注意进行人工防潮特巡，以防串联电抗器的内部局部放电击穿爆炸。
[0062]
请参阅图2，温度监测模块10采用光纤测温技术，在空心拔插式外包封即防护包封421的中空位置上、中、下层均安装测温探头，即安装了上测温探头101、中测温探头102、下测温探头103，可以获取单相绕组不同部位的实时温度值，温度数据通过统一的接口接入数据处理模块。通过在防护包封421的上、中、下层设置光纤测温探头，可以分层显示温度，获得实时监测数据，及时发现单相绕组的本体故障。
[0063]
具体的，单相所测温度值按位置分为上测温探头101、中测温探头102、下测温探头103三类，且依次降低。因上部温度最高，选取其作为温度监测的主要参数，上部共三个温度测量点均匀环形布置，取其平均值作为相间直流性电阻缺陷的判断参数。中、下位置各一个温度测量点，作为同一相电抗器本体温度的监测。
[0064]
请参阅图3，如图3所示的温度监测模块10和磁场监测模块30安装位置。磁场监测模块30是基于电磁感应原理的线圈，共三组对称安装在内包封41中间，磁场监测模块30的感应线圈嵌入安装在内包封41内，在空心拔插式外包封处接出与数据处理模块40相连。运行状态下的电抗器所产生的磁场，在磁场监测模块的线圈产生感应电压。用感应电压的变化量来反应磁场的变化量，即根据串联电抗器有效绕组匝数的变化量，判断出匝间短路的绕组匝数，同时，也可反算出磁场的大小。磁场监测模块将串联电抗器三相的感应电压上传到数据处理模块，分别显示单相电压和三相电压向量和。
[0065]
值得说明的是，温度监测模块10、磁场监测模块30、数据处理模块40均安装在防护包封421内，磁场监测模块30的线圈嵌入在内包封内，磁场监测模块30通过绕组接口31在防护包封421处接出，并与数据处理模块40相连。
[0066]
具体的，数据处理模块40包括感应电源单元、数据显示单元402、信号发送单元、故障预警单元。其中，感应电源单元包括感应线圈，整流稳压模块，储能模块，其稳定的直流电能供给温度监测模块10、湿度监测模块20和数据处理模块40；数据显示单元402可以为液晶显示器，能实时切换显示温度、湿度、磁场数据；信号发送单元把显示的温度、湿度、磁场数据发送至后台监控系统；故障预警单元可以进行直流性电阻缺陷预警和匝间短路故障预警，直流性电阻缺陷预警是基于温度监测模块10监测得到的温度变化量作出判断，匝间短路故障预警主要基于磁场监测模块30监测到的感应电压的幅值变化量判断，并且伴随温度上升。
[0067]
本实施例中的温度监测模块10、湿度监测模块20、磁场监测模块30采用统一的接口接入数据处理模块40，数据显示单元402实时显示温度、湿度、磁场数据，信号发送单元将显示的显示温度、湿度、磁场数据发送至后台监控系统，故障预警单元对温度和磁场数据进行处理并根据预设条件判断是否存在故障预警，当存在故障预警时通过信号发送单元将故障预警信号发送至后台监控系统。
[0068]
不同于品字形分布的并联电抗器组，本实施例中的串联电抗器在磁场分布和运行温度分布各相都有差异，通常a相1温度高于b相2温度5～10℃，b相2高于c相3温度3～6℃。相邻间隔的串联电抗器组由于负荷电流和投运时间不同，不具备数据对比的意义。
[0069]
本实施例中，电容器组由串联电抗器与电容器串联组合而成，作为500kv站内的无功补偿装置，根据站内avc自动装置投入、切除电抗器组和电容器组。根据现场无功补偿设备的投运规则，投切时间以天为周期，电容器组的串联电抗器一般在晚上负荷低的时候退出，降低母线电压，在早上自动投入。通常在邻近几天环境温度、负荷电流相同的情况下，其稳定运行的温度基本相同，因此，可以基于相同运行环境参数的历史数据判断电阻性缺陷。因此，本实施例中的串联电抗器电阻性缺陷以单相温度数据为主要判据，相间温度数据差值为辅助判据，共同构成电阻性缺陷的判据。
[0070]
对串联电抗器进行直流性电阻缺陷预警的判据包括主要判据和辅助判据，其中，主要判据为：
[0071][0072]
式中，t
a
‑1、t
b
‑1、t
c
‑1分别是a相1绕组、b相2绕组、c相3绕组在无剧烈气候变化情况下的邻近工作日的平均温度；
[0073]
y
a
是a相1绕组当天温度t
a
与平均温度t
a
‑1的相对百分数，y
b
是b相2绕组当天温度t
b
与平均温度t
b
‑1的相对百分数，y
c
是c相3绕组当天温度t
c
与平均温度t
c
‑1的相对百分数；
[0074]
当y
a
>10％时，则判断a相1绕组为直流性电阻缺陷；当y
b
>10％时，则判断b相2绕组为直流性电阻缺陷；当y
c
>10％时，则判断c相3绕组为直流性电阻缺陷。
[0075]
在气候剧烈变化或节假日负荷剧烈变化的情况下，可能缺乏相同工况下的历史数据，需要用相间数据作为辅助判断。辅助判据为：
[0076][0077]
式中，y
tab
是a相1绕组与b相1绕组间当天温度的相对百分数，y
tbc
是b相2绕组与c相3绕组间当天温度的相对百分数，y
tc
是c相3绕组与b相2绕组间当天温度的差值；
[0078]
若y
tab
>20％，则判断a相1绕组为直流性电阻缺陷；若20％>y
tab
>10％，则对a相1进行预警；
[0079]
类似地，若y
tbc
>20％，则判断b相2绕组为直流性电阻缺陷；若20％>y
tbc
>10％，则对b相2进行预警；
[0080]
c相3与b相2温度只比较幅值，若c相3温度高于b相2，即y
tc
>0，则判断c相3绕组为直流性电阻缺陷。
[0081]
串联电抗器的磁场分布符合右手螺旋法则，内部磁场高，外部磁场在空气中很快发散。磁场监测模块30(即感应线圈)安装在最外侧防护包封内部，可以获得适当的感应电压值，为了减少对串联电抗器本身电感值的影响，感应线圈匝数尽可能少，应在十匝以内。串联电抗器的中间相b相2的互感要比上下a相1、c相3的强，即在三相绕组数量相同的情况下，b相2周围的磁场分布要比a相1、c相3强。
[0082]
当线圈发生匝间短路时，故障匝形成独立闭环，环中感生出的短路电流与正常方向相反，从而产生反向磁通，进而削弱了电抗器的整体磁感应强度。因此，本实施例可以基于匝间短路磁场突变的原理，用感应电压来监测匝间短路，即基于三相不平衡电压和各相感应电压幅值突变量判断发生匝间短路故障的相别。
[0083]
请参阅图4，特别地，在磁场分布方面，串联电抗器中间相b相2的互感要比上下a相2、c相3强，即在三相绕组数量相同的情况下，b相2周围的磁场分布要比a相1、c相3强。由于a
相1顶上于有装防雨帽，c相3有地面其他设备的影响，a相1、c相3的磁场也存在差异。因此，对应其磁场的感应电压需要在数据处理模块做调平衡才能判断是否存在匝间短路缺陷。
[0084]
匝间短路故障预警的判据为：
[0085][0086]
式中，u
a
、u
b
、u
c
分别为a相1绕组、b相2绕组、c相3绕组的感应电压，u
set
为三相绕组感应电压向量和的阀值，δu
φa
、δu
φb
、δu
φc
分别为a相1绕组、b相2绕组、c相3绕组感应电压幅值下降值，δu
φseta
、δu
φsetb
、δu
φsetc
分别为a相1绕组、b相2绕组、c相3绕组感应电压幅值下降值的阀值；
[0087]
当满足上述条件时，感应电压幅值下降最大相为匝间短路故障预警相。
[0088]
本发明实施例提供的三相串联电抗器，三相绕组被若干个包封包覆，在最外层的防护包封安装了温度监测模块、湿度监测模块、磁场监测模块和数据处理模块，能实时监测串联电抗器的温度、湿度、磁场等状态并进行预警。通过对运行中电抗器温度的实时监测，能对直流性电阻缺陷进行判断和预警；通过对运行中电抗器磁场的实时监测，能对匝间短路造成的磁场降低进行判断和预警。同时，防护包封大大降低了外界环境因素对电抗器运行绕组的影响，减少了运行值班人员日常巡视、红外测温的工作量，提高了工作效率。
[0089]
本发明实施例提供的三相串联电抗器，实现了对运行中电抗器温度的实时监测和直流性电阻缺陷预警，保证了电抗器不会因绕组断线、引线断裂等电阻性发热缺陷导致寿命降低，返厂维修。同时，实现了对运行中电抗器磁场的监测，能对匝间短路造成的磁场降低进行判断和预警，灵敏度高，可以作为串联电抗器的过电流保护、不平衡电流保护的补充，提高匝间短路的故障切除次数。串联电抗器最外侧的防护包封，大大降低了外界环境因素对电抗器运行绕组的影响，特别是降低了雨水浸入运行包封内部，引起局部放电的风险。基于串联电抗器的运行温度和磁场的在线监测数据，大大减少了运行值班人员日常巡视、红外测温的工作量，提高了工作效率。
[0090]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0091]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0092]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0093]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以
是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0094]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0095]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。