试验响应电流频谱法在空心电抗器匝间绝缘检测中的应用

文/毛兴　陆大雄　王路军　唐志宇

1　引言

空心电抗器自身采用铝制材料，一般故障率在运行数年后显著提升。造成空心电抗器故障的原因主要有：绝缘老化、导线断股、绝缘处置不当、匝间绝缘材料老化、热老化等。空心电抗器发生故障的主要表现为烧毁及诱发次生火灾等。

2　空心电抗器测试技术现状

空心电抗器目前常见的试验检测以离线方式为主。主要包括入阻尼振荡波法、阻抗频响法、电感量测试等。其中灵敏度较高并具有一定匝间故障隐患检测能力的为阻尼振荡波法和阻抗频响法。阻尼振荡波法为高压试验，试验时需要接入高压电容器与被试品形成LC振荡，体积相对笨重，有破坏性；阻抗频响法为低压测试，但频带测试较宽，目前经验图谱相对缺乏。

在线测量或监测方法有局部放电法、温度测量法、磁场法。局部放电是一种灵敏度较高的检测方法，但因空心电抗器正常工作时表面环境电磁场噪音较大，局部放电试验时不可避免的受到干扰。

温度测量法主要采用红外测量或监测的手段进行测量。温度测量法相对灵敏度较低，即发现异常温度时，空心电抗器的匝间绝缘缺陷已经持续一定时间。

电磁分析法也称作磁场法，其建立在研究干式空心电抗器匝间短路故障后磁场分布变化特征基础上，判别空心电抗器是否存在匝间短路故障的问题就转化为判断空间磁场是否对称分布的问题。

3　响应电流频谱法的离线测试

针对以上技术现状，在线测试与离线测试的技术方法存在较大差异。离线主要以阻抗、电感量的模式进行分析，在线主要通过故障表现外部特征如温度，振动，磁密等进行测试。因此在线和离线测试的数值关联性方面的研究较为少见。本篇提出了离线电流频谱法的测试方法，通过对试验触发脉冲下的电流响应频谱进行识别，对比无故障和含故障状态下的频谱特性，从而验证了电流频谱法的有效性。如图1所示。

相比其他试验技术，电流频谱法的试验成本低，接线与阻抗测试法完全相同，仅需要低电压信号源和一套采集系统即可快速搭建独立的试验系统或与阻抗向量测试的相关技术集成。为确保有效捕捉故障特征，试验触发信号源可考虑采取方波，正弦波等多种形式，并分析多个触发信号频率下的频谱。频谱的计算方法可采用FFT傅里叶变换，STFT短时傅里叶变换，小波变换等。

4　电流频谱法的在线监测讨论

从空心电抗器在线运行环境的特征分析，获取运行电流并计算其频谱特征的思路是可行的，由此电流频谱的思想既可用于停电检测也可用于在线分析。

在线检测时，通过电流传感器实现电流探测前端，后续还需对工频信号进行过滤，并处理现场电流信号的噪音信号等。实际应用中可从以下两个方面降低分析难度：

（1）通过三相频谱数据的对比分析。该分析模式为横向对比，并且可通过三相的频谱曲线相关性处理等算法过滤系统噪音。

（2）与离线的频谱数据进行对比分析。通过模拟匝间故障，开展故障试品的试验对比，累积经验图谱，在必要条件下对离线空心电抗器进行升流，捕捉电流信号并开展频谱计算来获得故障频谱曲线。该特征曲线可为在线监测或在线检测的数据分析提供重要参考依据。

5　总结

本篇简要介绍了空心电抗器故障的常见离线检测和在线测量方法，提出了基于响应电流的频谱分析方法，通过实测验证了匝间绝缘故障状态下电流频谱曲线和无故障频谱曲线存在明显差异。本篇还浅析了电流频谱法用于在线测量或在线监测的应用可行性和数据分析思路。

图1：35kV空心电抗器脉冲电流频谱特征对比图谱