一种多参数融合的高压大容量干式电抗器在线监测装置技术领域
本发明属干抗的监测设备技术领域，尤其涉及一种多参数融合的高压大
容量干式电抗器在线监测装置。
背景技术
到目前为止，许多变电站、换流站都发生过干抗严重烧毁事故，其中不
乏超高压、特高压变电站以及特高压换流站，这些事故严重影响了电站安全
运行，造成了巨大损失。
干抗烧毁的原因很多，比如：干抗线圈普遍采用圆筒式绕法，每个电抗
器线圈由多个包封组成，导线之间的匝绝缘非常薄，导线表面的毛刺、金属
碎屑或其它异物很容易将匝绝缘扎穿，引起匝间短路，形成一个短路环。只
要线包内有一个点发生匝间短路，这台电抗器就变成了一台事实上的变压器，
而且，这台变压器的变比极大——高压侧的匝数约等于电抗器的匝数，低压
侧只有一匝并且低压侧短路运行，由安匝平衡的原理可知低压侧的电流极大，
如此大的短路电流在短路环内产生的巨大发热功率可以在短时间内将电抗器
烧毁，所以，我们断言：每一起烧毁事故的初期都发生过匝间短路。
干式并联电抗器的故障检测技术在世界范围内都属较新的课题，截止到
目前来看，国内现有的高压干式并联电抗器匝间保护装置在保护原理方面已
不能满足电抗器匝间故障的保护要求，同时在电抗器在线监测及故障诊断技
术方面刚刚起步，有关电抗器设备运行状态监测数据的挖掘、诊断及评估技
术方面，还有大量的新技术有待进一步研究。目前有关电抗器检测技术及诊
断技术发展趋向于智能化，监测装置的制造技术的发展趋向于一体化、小型
化。
随着我国超高压、特高压电网的快速发展，干式并联电抗器以具有线性
度好、结构简单、价格低廉等优点而被大量使用。同时随着设备大量投运，
干式并联电抗器运行中发生的问题不断暴露出来，在超高压变电站及特高压
换流站多次发生干式并联电抗器烧毁事故。
由于干式并联电抗器结构的特殊性，其运行工况及设备管理较为复杂，
缺乏必要的故障检测手段及诊断技术，仅依靠状态检修及定期检修等常规检
测方法，不可能有效发现运行中干式并联电抗器绕组短路及绕组过热等故障。
鉴于上述原因，研究干式并联电抗器智能化在线监测技术，它对于及时
发现干式空芯并联电抗器潜伏性故障，预防事故的发生有着重要的意义。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种多参数融合的高压大容量干式电抗器在
线监测装置，能够有效避免事故发生，保证变电站安全、可靠运行。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多参数融合的高压大容量干式电抗器在线监测装置，包括主控室、
保护室和设置在测控柜中的主控模块；保护室中设有电气参数监测模块，所
述的主控室中设置有监测服务器，所述的监测服务器上通过通信线交互连接
有光电交换机，所述的光电交换机上通过光纤通信分别交互连接有电气参数
监测模块和主控模块，主控模块上通过通信线交互连接有振动监测模块、局
部放电监测模块和不平磁通监测模块，主控模块上还通过光电交换机交互连
接有热成像监测模块。
所述的电气参数监测模块包括设置在35kV保护室中的电压传感器和电
流传感器，电压传感器和电流传感器均通过光电交换机与监测服务器相连。
所述的局部放电监测模块包括设置在干式电抗器玻璃钢高支架上部的局
放传感器，局部放大传感器通过通信线与测控柜中的主控模块相连。
所述的振动监测模块包括安装在干式电抗器玻璃钢高支架上部的振动传
感器，振动传感器通过通信线与测控柜中的主控模块相连。
所述的不平磁通监测模块包括安装在品字形对称中心线下部的漏磁场传
感器，漏磁场传感器通过通信线与测控柜中的主控模块相连。
所述的热成像监测模块包括安装在电抗器附近地面处的红外成像仪，红
外成像仪通过通信线与测控柜中的主控模块相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的多参数融合的高压大容量干式电抗器在线监测装置，该装
置研究采用多参数融合的一体化故障诊断技术，在运行状态下实现对干式空
芯并联电抗器温度场、电气参数及机械振动、局部放电、漏磁场特性进行在
线监测，通过故障分析诊断系统对干式并联电抗器运行工况及故障类型进行
智能化决策和故障预警，能够有效避免事故发生，保证变电站安全、可靠运
行。
附图说明
图1为本发明提供的多参数融合的高压大容量干式电抗器在线监测装置
结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明
的解释而不是限定。
本发明依据干式并联电抗器故障机理、故障特征，根据电抗器的运行原
理,可监测内容分为:电气参数、温度场、机械振动、局部放电、漏磁场五个
方向进行设计。研制干式电抗器智能化在线监测系统，实现多参数融合的干
式电抗器在线监测及故障诊断。
干抗发生匝间短路故障时，电气参数、绕组温度场参数、绕组机械振动
参数、局部放电参数、漏磁场参数都会发生相应的变化，电抗器发生匝间短
路故障时这五种参数会相应变化的原因分别是：
(1)电气参数：
凡是发生匝间短路故障的电抗器其损耗值都比匝间短路故障前的损耗值
大得多。因此，根据电抗器损耗值(有功功率P)可以准确判定电抗器是否
发生了匝间短路故障，但是，由于功率因数cosΦ比有功功率P更稳定，本
发明选择功率因数cosΦ作为判断电抗器是否发生匝间短路故障的依据可以
最大限度减少误报和漏报的可能性。
(2)绕组温度场参数：
电抗器故障多数表象是起火烧毁，而电抗器起火的原因是匝间短路引起
局部高温点燃绝缘材料的引起，因为只有匝间短路故障才会使短路环温度超
过绝缘材料的裂解温度，造成严重的局部过热并最终引燃电抗器，并联电抗
器绕组热成像在线监测单元能够发现电抗器异常的过热现象，提前预警，避
免重大事故发生。
(3)绕组机械振动参数：
根据安培环路定律可知电流是磁场的源，运行中的电抗器线圈流过工频
电流在载流导线周围空间感应出工频磁场，载流导线在工频磁场中会受到电
动力的作用，该电动力的频率是100Hz，电动力会使电抗器振动，在电抗器
发生匝间短路故障、结构松动时，振动加剧，本发明实时采集电抗器振动数
据，判断电抗器的健康状态。
(4)局部放电参数：
电抗器发生匝间短路故障初期，必然会有局部放电现象发生，局部放电
部位一定会向周围发出超声波，局部放电产生的超声波信号强弱具有2倍工
频50Hz(即100Hz)的特征，这是因为电抗器匝间电压的波形是工频50Hz
的，局部放电部位放电的时刻往往是在局部电场强度最大的时刻，放电时刻
一般就在工频电压的1个周期完整正弦波的波峰和波谷时刻附近，即一个正
弦周期(1/50＝0.02s)发生两次局部放电，1秒内局部放电100次。因此，本
发明实时采集、分析并联电抗器的超声波信号，监测信号中所包含的强弱变
化规律符合100Hz特征的超声波，据此判断电抗器是否发生了局部放电故障。
(5)漏磁场参数：
当并联电抗器漏磁场在线监测单元的传感器安装在品字形布置的三相干
式电抗器的对称中心处，且干式电抗器处于正常工作状态时，由于三相干式
电抗器的结构完全一致、参数一致、端电压的有效值和频率一致，三相端电
压的初相角不同，相位差分别是120°，三相的电流的有效值和频率一致，
相位差分别是120°。由于电流是磁场的源，穿过上述等边三角形重心的铅
垂线上任意一点的漏磁场(三相干式电抗器所感应的)磁感应强度矢量和必
然等于零矢量，该场点的磁感应强度矢量和的垂直分量也等于零矢量。在穿
过等边三角形重心的铅垂线上某一高度位置水平方向安装着漏磁场传感器，
通过实时监测漏磁场传感器的输出电压，根据输出电压是否等于零，可以快
速有效的对干式电抗器进行在线监测。
参见图1，本发明提供了一种多参数融合的高压大容量干式电抗器在线
监测装置，包括主控室、保护室和设置在测控柜中的主控模块；保护室中设
有电气参数监测模块，所述的主控室中设置有监测服务器，所述的监测服务
器上通过通信线交互连接有光电交换机，所述的光电交换机上通过光纤通信
分别交互连接有电气参数监测模块和主控模块，主控模块上通过通信线交互
连接有振动监测模块、局部放电监测模块和不平磁通监测模块，主控模块上
还通过光电交换机交互连接有热成像监测模块。
具体的，所述的电气参数监测模块包括设置在35kV保护室中的电压传
感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器均通过光电交换机与监测服务
器相连；所述的局部放电监测模块包括设置在干式电抗器玻璃钢高支架上部
的局放传感器，局部放大传感器通过通信线与测控柜中的主控模块相连；所
述的振动监测模块包括安装在干式电抗器玻璃钢高支架上部的振动传感器，
振动传感器通过通信线与测控柜中的主控模块相连；所述的不平磁通监测模
块包括安装在品字形对称中心线下部的漏磁场传感器，漏磁场传感器通过通
信线与测控柜中的主控模块相连；所述的热成像监测模块包括安装在电抗器
附近地面处的红外成像仪，红外成像仪通过通信线与测控柜中的主控模块相
连。
本发明最佳的实施地点是安装着35kV大容量干式空芯并联电抗器的
500kV超高压变电站，而且电抗器的布置方式是平装、品字形，并且电抗器
安装在玻璃钢高支架上。
本发明涉及一种通过监测高压大容量干式电抗器的电气参数、绕组温度
场参数、绕组机械振动参数、局部放电参数、漏磁场参数对干抗进行在线监
测的监测装置，该装置研究采用多参数融合的一体化故障诊断技术，在运行
状态下实现对干式空芯并联电抗器温度场、电气参数及机械振动、局部放电、
漏磁场特性进行在线监测，通过故障分析诊断系统对干式并联电抗器运行工
况及故障类型进行智能化决策和故障预警，能够有效避免事故发生，保证变
电站安全、可靠运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行
业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明
书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，
本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范
围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。