基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置及方法与流程

1.本发明涉及电抗器故障监测技术领域，特别是一种基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置及方法。


背景技术：

2.干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器是换流站内的重要设备。运行中的干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器发生的最严重故障原因是匝间短路故障，而引起匝间短路故障的最主要原因是电动力，电动力试图把电抗器线圈压扁，同时试图把电抗器线圈撑大，其中的轴向电动力分量，即试图把电抗器压扁的电动力，对干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器匝绝缘造成破坏是引起电抗器匝间短路故障的最主要诱因，尤其长期交变电动力的破坏更为严重。一旦干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器匝间绝缘破损，线圈内部有一个新增的在高频交变电动力作用下持续短路、断开的短路点，就形成了一个匝间短路环，短路环内的故障电流使其过热，持续的高温引发链式反应，导致故障加重，最终干式平波电抗器发生雪崩式的烧毁事故。
3.由于目前正在投运的干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器没有任何在线监测和保护装置，因此，如果干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器发生故障，甚至烧毁、起火，会严重影响整个直流输电系统的正常运行，危及换流站的安全，造成巨大的经济损失和不良社会影响。所以，对换流站干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器的健康状态进行在线监测非常必要。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置及方法，通过实时采集、分析运行中电抗器周围的超高频无线电波信号，来判断被监测电抗器是否发生匝间短路故障，发生故障时，及时报警或跳闸，可保证直流输电系统的正常运行及换流站的安全，避免造成巨大的经济损失和不良社会影响。
5.本发明采用如下技术方案：
6.基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置，包括有超高频无线电波传感器、数据采集模块、交换机及监控主机，超高频无线电波传感器与交换机通讯连接，交换机与数据采集模块通讯连接，数据采集模块与监控主机通讯连接，所述超高频无线电波传感器安装在被监测电抗器处用于采集被监测电抗器发出的超高频无线电波信号，所述数据采集模块、交换机及监控主机安装在换流站继保室内，所述监控主机内置有故障分析模块，用于分析判断被监测电抗器是否发生匝间短路故障，所述数据采集模块内设置有报警空接点和/或跳闸空接点，用于控制报警或跳闸。
7.进一步地，所述超高频无线电波传感器与交换机之间通过光缆通讯连接。
8.进一步地，所述交换机与数据采集模块通过数据线通讯连接。
9.进一步地，所述数据采集模块与监控主机通过数据线通讯连接。
10.进一步地，所述数据采集模块、交换机及监控主机安装在换流站继保室内的继电保护屏柜中。
11.进一步地，所述报警空接点连接并控制换流站内的报警装置。
12.进一步地，所述跳闸空接点连接并控制换流站内的跳闸装置。
13.进一步地，所述数据采集模块设置有信号处理单元，信号处理单元用于对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理。
14.基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的方法，包括以下步骤：
15.①
通过超高频无线电波传感器实时采集被监测电抗器发出的超高频无线电波信号，并将采集到的超高频无线电波信号转换成数字信号通过光缆发送给换流站继保室内的交换机；
16.②
交换机经过光电转换，将光信号转换成电信号发送给数据采集模块，数据采集模块对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理，然后将经过降频处理的数据发送给监控主机；
17.③
监控主机对数据进行分析，通过判断某一频率的超高频无线电波含量是否超过报警或跳闸阈值，来判定被监测电抗器是否发生匝间短路故障，若判断为发生匝间短路故障，监控主机则向数据采集模块发出指令，数据采集模块依据指令发出报警信号或启动跳闸动作将故障设备切除。
18.进一步地，所述数据采集模块通过计算出超高频无线电波信号曲线的顶部和底部包络线，实现对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理。
19.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.本发明通过超高频无线电波传感器实时采集运行中电抗器周围的超高频无线电波信号，监控主机通过分析某一频率的超高频无线电波含量是否超过报警或跳闸阈值，来判定被监测电抗器是否发生匝间短路故障，从而对电抗器的健康状态进行实时在线监测，发生故障时，及时报警或跳闸，可保证直流输电系统的正常运行及换流站的安全，避免造成巨大的经济损失和不良社会影响；具有施工简单、运行安全、便于推广的优点，适用于换流站内干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器及直流滤波器场电抗器的在线监测。
附图说明
21.图1是本发明具体实施方式的基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置的电气原理框图。
22.图中：1.超高频无线电波传感器，2.交换机，3.数据采集模块，4.监控主机。
具体实施方式
23.以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
24.实施例1
25.参照图1，本发明的基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置，包括有超高频无线电波传感器1、数据采集模块3、交换机2及监控主机4，超高频无线电波传感器1与交换机2之间通过光缆通讯连接，交换机2与数据采集模块3通过数据线通讯连接，数据采集模
块3与监控主机4通过数据线通讯连接。所述监控主机4内置有故障分析模块，用于分析判断被监测电抗器是否发生匝间短路故障。所述数据采集模块3设置有信号处理单元，信号处理单元用于对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理。所述数据采集模块3内设置有报警空接点和/或跳闸空接点，用于控制报警或跳闸，所述报警空接点连接并控制换流站内的报警装置，所述跳闸空接点连接并控制换流站内的跳闸装置。
26.所述超高频无线电波传感器1安装在被监测电抗器附近地面上，用于采集被监测电抗器发出的超高频无线电波信号。所述数据采集模块3、交换机2及监控主机4安装在换流站继保室内的一面继电保护屏柜中。所述交换机2采用光纤交换机。所述数据采集模块3的信号处理单元采用arm处理器。所述监控主机4采用微型计算机。
27.本发明的电抗器在线监测原理为：匝间短路故障是干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器、直流滤波器场电抗器烧毁的充分必要条件，发生匝间短路故障的电抗器必然烧毁，所有烧毁的电抗器曾经都发生过匝间短路故障。由于所有匝间短路环的短路点都会产生电弧，电弧会向周围空间辐射超高频无线电波，即故障电抗器运行时，会向周围空间辐射超高频无线电波。
28.本发明的基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的方法，包括以下步骤：
29.①
通过超高频无线电波传感器1实时采集被监测电抗器发出的超高频无线电波信号，并将采集到的超高频无线电波信号转换成数字信号通过光缆发送给换流站继保室内的交换机2；
30.②
交换机2经过光电转换，将光信号转换成电信号通过数据线发送给数据采集模块3，数据采集模块3对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理，然后将经过降频处理的数据通过数据线发送给监控主机4；
31.由于超高频无线电波的频率非常高，因此需要对接收到的超高频无线电波信号进行降频处理，即数据采集模块3将接收到的超高频无线电波信号曲线的顶部和底部包络线计算出来，获得的包络线的波动频率要比超高频无线电波的波动频率低得多，这就是所谓的降频处理。
32.③
监控主机4将接收到的经过降频处理的数据存储在数据库中，同时，监控主机4通过内置的故障分析算法对经过降频处理的数据进行分析，通过判断某一频率的超高频无线电波含量是否超过报警或跳闸阈值，来判定被监测电抗器是否发生匝间短路故障，评估被监测电抗器的健康状态。报警阈值小于跳闸阈值。当超过报警阈值时，监控主机4向数据采集模块3发出报警指令，数据采集模块3内的报警空接点吸合，换流站内与报警空接点连接的报警装置动作，发出报警信号；当超过跳闸阈值时，监控主机4向数据采集模块3发出跳闸指令，数据采集模块3内的跳闸空接点吸合，换流站内与跳闸空接点连接的跳闸装置动作，切除故障设备。同时通过网络给集控中心发送报警、跳闸信号。其中，监测谐波次数、报警阈值及跳闸阈值可根据实际情况进行设置。本实施例中，对12次谐波进行监测，1500mhz超高频无线电波包络线中12次谐波的报警阈值是0.005mv，跳闸阈值是0.011mv。由于目前中国直流输电系统的电压波形都是12脉波，当电抗器发生匝间短路故障的时候，超高频无线电波包络线谐波频谱中的12倍频附近频率的谐波含量会比其它频率的谐波含量增大得多，因此本实施例选择故障前后变化量最大的量作为是否发生故障的判据，即选择12次谐波作为判据。有利于提高在线监测的准确度。
33.本发明的基于超高频无线电波信号在线监测电抗器的装置及方法，适用于换流站内干式平波电抗器、交流滤波器场电抗器及直流滤波器场电抗器的在线监测。
34.实施例2
35.本实施例与实施例1的区别在于：所述交换机2采用以太网交换机。本实施例中，对11次谐波进行监测。
36.实施例3
37.本实施例与实施例1的区别在于：所述数据采集模块3的信号处理单元采用单片机。本实施例中，对13次谐波进行监测。
38.上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。