CN108603908A - 用于检测变压器绕组中的匝间故障的***和方法 - Google Patents

用于检测变压器绕组中的匝间故障的***和方法 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及检测各种物体的一个或多个绕组中的匝间故障。在一种实施方式中，故障检测器接收与变压器关联的一组电流测量值，并使用这些测量值执行用于检测变压器中的匝间故障的过程。所述过程可包括通过用稳态差动电流值除以稳态电压值获得一个或多个补偿因数；通过所述一个或多个补偿因数乘以所述稳态电压值，确定磁化电流幅度指标；通过将所述稳态差动电流值与修改值结合确定补偿的差动电流值，所述修改值并入所述磁化电流幅度指标；将所述补偿的差动电流值与阈值比较；当所述补偿的差动电流值超过所述阈值时，断言在变压器中出现匝间故障。

Description

用于检测变压器绕组中的匝间故障的***和方法
技术领域
本公开涉及绕组故障检测器，并且更具体地涉及匝间绕组故障检测器***和方法。
背景技术
绕组线圈被并入到各种产品中，例如被并入到电感器和变压器中。更具体地，在电力传输***中，例如，电力变压器或并联电抗器的各种部件可包括一个或多个绕组线圈。在使用中这些绕组中可出现各种类型的故障。这些故障中的一些，例如电力变压器的输出端子之间的短路比其它故障例如，电力变压器的一次绕组或二次绕组的几个线匝之间的内部短路更容易检测。几个线匝之间的内部短路可能不一定导致由电力变压器传送到耦连到电力变压器的电力传输线的电流量的明显变化。然而，如果不采取及时的补救动作，这种故障可最终发展成严重故障，其可严重地影响通过电力传输线的电力传输。
通常配置成检测各种类型的绕组中的明显电流变化的常规故障检测装置可能不能够有效地检测在这些绕组中的小的匝间故障。更具体讲，常规的故障检测装置可能缺少足够的灵敏度检测指示匝间故障的低幅度差动电流(differential current)的变化。因此，已经提出了涉及使用其它技术检测匝间故障的一些解决方案。例如，一种常规解决方案通常关于通过使用并入差动原理的基于负序的算法的电力变压器中的故障检测，而另一种常规解决方案通常关于通过使用并入检测比较原理的基于负序的算法的电力变压器中的故障检测。对于故障检测使用负序差动电流的这些常规解决方案可受到各种***不平衡条件的影响，这些条件可影响检测过程的灵敏度和可靠性。另外，即便检测到故障，在多相变压器***中按照特定相位精确定位故障可能是不可识别的。
发明内容
本公开的实施例大体上涉及用于检测绕组中的匝间故障的***和方法。
根据本公开的实施例的第一示范性***可包括变压器、第一电流监测元件、第二电流监测元件和故障检测器。所述第一电流监测元件可以被配置成基于监测变压器的一次绕组电流提供第一电流测量值。所述第二电流监测元件可以被配置成基于监测变压器的二次绕组电流提供第二电流测量值。所述故障检测器可以被配置成接收所述第一电流测量值和所述第二电流测量值中的每一个，并使用所述第一电流测量值和所述第二电流测量值通过执行一种过程检测所述变压器中的匝间故障；所述过程可以包括：确定稳态差动电流值；确定稳态电压值；通过所述稳态差动电流值除以所述稳态电压值来确定一个或多个补偿因数；通过用所述一个或多个补偿因数乘以所述稳态电压值来确定磁化电流幅度指标；通过将所述稳态差动电流值与修改值结合确定补偿的差动电流值，所述修改值并入所述磁化电流幅度指标；将补偿的差动电流值与阈值比较；当所述补偿的差动电流值超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障；以及执行补救操作包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
根据本公开的实施例的第二示范性***可以包括多相变压器、电流监测***和故障检测器。所述电流监测***可以被配置成基于监测所述多相变压器的多个一次绕组电流的每一个提供一组一次电流测量值、和基于监测所述多相变压器的多个二次绕组电流的每一个提供一组二次电流测量值。所述故障检测器可以被配置成接收所述一组一次电流测量值和所述一组二次电流测量值，并使用所述一组一次电流测量值和所述一组二次电流测量值通过执行一种过程检测在所述多相变压器中的匝间故障，所述过程包括：对于所述多相电压器的每一相来确定稳态差动电流值；对于所述多相电压器的每一相来确定稳态差动电压值；对于多相变压器的每一相，通过用所述稳态差动电流值除以稳态电压值来确定一个或多个补偿因数；通过用一个或多个补偿因数乘以相应的稳态电压值，对于所述多相变压器的每一相来确定磁化电流幅度指标；通过将相应的稳态差动电流值与相应的修改值结合对于多相变压器的每一相确定补偿的差动电流值，每个相应的修改值并入相应的磁化电流幅度指标；将对于所述多相变压器的每一相的补偿的差动电流值与对于所述多相变压器的每一相的阈值比较；当补偿的差动电流值的至少一个超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障；以及执行补救操作，包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
根据本公开的实施例的示范性方法可包括：在故障检测器中接收基于监测变压器的一次绕组电流的第一电流测量值；在故障检测器中接收基于监测变压器的二次绕组电流的第二电流测量值；使用所述第一电流测量值和所述第二电流测量值确定稳态差动电流值和稳态电压值；通过所述稳态差动电流值除以所述稳态电压值来确定一个或多个补偿因数；通过用所述一个或多个补偿因数乘以所述稳态电压值来确定磁化电流幅度指标；通过将所述稳态差动电流值与修改值结合确定补偿的差动电流值，所述修改值并入磁化电流幅度指标；将补偿的差动电流值与阈值比较；当补偿的差动电流值超过所述阈值时，断言在变压器中出现匝间故障；以及执行补救操作，包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
本公开的其它实施例和方面将从结合下图进行的以下描述变得显而易见。
附图说明
在已如此概括地描述本发明之后，现在将参考随附图式，随附图式未必按比例绘制，且在随附图式中：
图1图示了根据本公开的示范性实施例的实例三相电力线***，其可包括被配置成检测三相并联电抗器中的一个或多个匝间故障的匝间故障检测器。
图2图示了基于相位角信息关于检测图1所示的三相并联电抗器中的一个或多个匝间故障的实例相位图。
图3图示了根据本公开的另一示范性实施例的实例电力传输***，其可包括被配置成检测单相变压器中的匝间故障的匝间故障检测器***。
图4图示了根据本公开的另一示范性实施例的实例电力传输***，其可包括被配置成检测三相变压器中的匝间故障的匝间故障检测器***。
图5图示了适用于图3中所示的单相变压器和图4中所示的三相变压器的每一个的实例等效电路图。
图6图示了根据本公开的示范性实施例的示范性匝间故障检测器。
图7A和图7B图示了根据本公开的示范性实施例的使用匝间故障检测器检测三相并联电抗器的一个或多个绕组中的故障的实例方法的流程图。
图8A和图8B图示了根据本公开的另一示范性实施例的使用匝间故障检测器检测变压器的一个或多个绕组中的匝间故障的实例方法的流程图。
具体实施方式
将参考附图在下文中更加全面地描述本公开，在这些附图中展示了本公开的示例性实施例。然而，本公开可按许多不同形式体现，且不应解释为限于本文中所阐述的示范性实施例；实际上，提供这些实施例是为了使得本公开将满足适用的法律要求。相同数字始终指代相同元件。应了解，本说明书中所使用某些词语和术语仅仅是为了方便起见，且此类词语和术语应解释为指代由所属领域的技术人员大体上以各种形式和等效性了解的各种物体和动作。例如，应当理解，如本说明书中使用的词语“线/线路”大体上指电力导体，例如电线或电力电缆。此外，如本说明书中所使用的词语“实例”既定为在本质上非排他性的和非限制性的。更确切地说，如本说明书中所使用的词语“示范性”指示数个实例中的一个实例，且应了解，不将不当的强调或偏好引导到所描述的特定实例中。
根据总体的概述，本说明书中描述的***和方法的某些实施例涉及可用来检测线圈绕组中的一个或多个匝间故障的故障检测器。已知线圈绕组无处不在地并入到各种产品中。然而，为了简洁，在本说明书中只使用两种产品具体讲为三相并联电抗器和电力变压器描述根据本公开的各个实施例和方面。
首先注意图1，图1图示了根据本公开的示范性实施例的实例三相电力线***100，其可包括被配置成检测三相并联电抗器155中的一个或多个匝间故障的匝间故障检测器120。可使用三相电力线***100在本领域中已知的三相配置中通过三条电力线101、102和103传输电力。三条电力线101、102和103中的每一条可耦连到三相并联电抗器155，其以本领域内已知的方式部署。三相并联电抗器155可包括通过节点118共同耦连到地的三个绕组。在三相并联电抗器155中，三个绕组的第一绕组114通过第一电流监测元件125和第一隔离开关140耦连到电力线101。第一隔离开关140可被匝间故障检测器120通过控制线113控制，以便当在第一绕组114中检测到匝间故障时，将第一绕组114与电力线101隔离。在三相并联电抗器155中，三个绕组的第二绕组116通过第二电流监测元件130和第二隔离开关145耦连到电力线102。第二隔离开关145可由匝间故障检测器120通过控制线113(或者通过未示出的单独的控制线)控制，以便当在第二绕组116中检测到匝间故障时，将第二绕组116与电力线102隔离。在三相并联电抗器155中，三个绕组的第三绕组117通过第三电流监测元件135和第三隔离开关150耦连到电力线103。第三隔离开关150可由匝间故障检测器120通过控制线113(或者通过未示出的单独的控制线)控制，以便当在第三绕组117中检测到匝间故障时，将第三绕组117与电力线103隔离。应当理解，当在三个绕组114、116和117的一个或多个中检测到一个或多个匝间故障时，可以由匝间故障检测器120操作三个可选的开关140、145和150的超过一个(可以例如继电器形式实施其中的每一个)。而且，代替使用三个隔离开关，可使用其它保护元件和配置，在检测到三个绕组114、116和117的一个或多个中的一个或多个匝间故障时提供补救动作。
可使用第一电流监测元件125监测电力线101，并输出第一相电流的按比例缩小形式的电流测量值，当三相电力正通过三相电力线***100传输时，第一相电流从电力线101传送到三相并联电抗器155的第一绕组114中。电流监测元件125的电流测量输出通过线路109耦连到匝间故障检测器120中。可类似地使用第二电流监测元件130监测电力线102，并输出第二相电流的按比例缩小形式的电流测量值，当三相电力正通过三相电力线***100传输时，第二相电流从电力线102传送到三相并联电抗器155的第二绕组116。电流监测元件130的电流测量输出通过线路111耦连到匝间故障检测器120中。还可类似地使用第三电流监测元件135监测电力线103，并输出第三相电流的按比例缩小形式的电流测量值，当三相电力正通过三相电力线***100传输时，第三相电流从电力线103传送到三相并联电抗器155的第三绕组117。电流监测元件135的电流测量输出通过线路112耦连到匝间故障检测器120中。
还参照三相并联电抗器155，在根据本公开的示范性实施例中，三个绕组114、116和117可共同包含于单个外壳内。而且，三个绕组114、116和117可以各种配置提供，例如，三角形(Δ)配置或Y形配置。在根据本公开的另一示范性实施例中，三个绕组114、116和117各自可包含于三个单独的外壳中。在根据本公开的又一示范性实施例中，三个绕组114、116和117中的两个或三个可包含于第二外壳中，第二外壳不同于第一外壳，三个绕组114、116和117中的剩余一个包含于第一外壳中。在根据本公开的又一示范性实施例中，除了三个绕组114、116和117之外，可提供一个或多个附加绕组。例如，第四绕组可耦连在节点118和地之间。根据本公开，可使用匝间故障检测器120检测这些个绕组的一个或多个中的一个或多个匝间故障。
现在转向三相电力线***100中的其它监测元件，可使用第一电压监测元件105监测电力线101，并在三相电力通过三相电力线***100传输时输出在电力线101上存在的第一相电压的按比例缩小形式的电压测量值。电压监测元件105的电压测量输出通过线路106耦连到匝间故障检测器120中。可使用第二电压监测元件115监测电力线102，并在三相电力通过三相电力线***100传输时输出在电力线102上存在的第二相电压的按比例缩小形式的电压测量值。电压监测元件110的电压测量输出通过线路107耦连到匝间故障检测器120中。可使用第三电压监测元件115监测电力线103，并在三相电力通过三相电力线***100传输时输出在电力线103上存在的第三相电压的按比例缩小形式的电压测量值。电压监测元件115的电压测量输出通过线路108耦连到匝间故障检测器120中。
匝间故障检测器120包括各种元件，这些元件将在下面使用另一幅图更详细地描述。可操作地，匝间故障检测器120被配置成执行使用差动保护算法的过程，检测在三相并联电抗器155的一个或多个绕组中的一个或多个匝间故障。在一种实例实施方式中，所述过程包括使用由电压监测元件105、110和115提供的电压测量值和由电流监测元件125、130和135提供的电流测量值，来计算基于电压的参数和基于电流的参数之间的差值。基于电压的参数指示归一化负电压不平衡，基于电流的参数指示归一化负电流不平衡。所述过程还包括当差值不等于零时，断言在三相并联电抗器155的第一绕组114、第二绕组116或第三绕组117的至少一个中出现匝间故障。在稳态条件下，所述差值近似为零，在三个绕组114、116和117中不存在任何匝间故障。偏离零的任何小偏差可归因于在三相电力线***100的标准操作条件下可能存在的微小的***不平衡。在一些示范性实施方式中，只有当差值超过阈值时，可断言出现匝间故障。
很明显，与常规的匝间故障检测***相比，可使用匝间故障检测器120识别目标物体的各个相位例如在三相电力线***100的三个相位中的特定故障相。而且，不需要绕组的阻抗信息(例如关于三个绕组114、116和117中的任何一个的阻抗信息)，并且不需要与通过三相并联电抗器155的中性绕组(未示出)的电流有关的信息，可使用匝间故障检测器120识别各种类型的绕组中的匝间故障。
而且，匝间故障检测器120可在三相电力线***100的各种操作条件下，例如在标准***不平衡、偏离额定的***频率、偏离额定的***电压、在负载切换期间、在有谐波时以及在三相并联电抗器155的外部存在故障时，提供令人满意的性能水平。然而，在一种实例实施方式中，匝间故障检测器120被配置成当一个或多个电流监测元件125、130和135经历电流饱和条件、电流浪涌条件或离线条件的一个或多个时，避免使用差动保护算法。
根据本公开，考虑以下基于数学公式的描述，可进一步理解关于由匝间故障检测器120检测在三相并联电抗器155的一个或多个绕组中的一个或多个匝间故障使用的差动保护算法的细节。
IA＝VA/ZA；IB＝VB/ZB；IC＝VC/ZC； 公式(1)
VNeg_Unbal_Normalized＝(V2/V1)x 100％ 公式(2)
INeg_Unbal_Normalized＝(I2/I1)x 100％ 公式(3)
INeg_Unbal_Normalized＝(IA+a2 IB+a IC)/(IA+a IB+a2IC)x 100％＝
[VA/ZA+a2(VB/ZB)+a(VC/ZC)]/[VA/ZA+a(VB/ZB)+a2(VC/ZC)]x100％ 公式(4)
其中，VA、VB和VC是由电压监测元件105、110和115分别提供至匝间检测器120的相电压测量值；IA、IB和IC是由电流监测元件125、130和135提供至匝间检测器120的相电流测量值；ZA、ZB和ZC是三相并联电抗器155的三个绕组114、116和117的相阻抗；V2和V1分别是负序电压和正序电压；I2和I1分别是负序电流和正序电流。算子(operator)“a”定义为角度为120度的单位矢量，且可描述为“a”＝1∠120度。
三相并联电抗器155的三个绕组114、116和117通常彼此相同，并具有对称布置。因此，当三相电力线***100以稳态操作时，ZA＝ZB＝ZC＝Z。因此，从公式(1)到(4)，可理解为：
INeg_Unbal_Normalized＝[VA/Z+a2(VB/Z)+a(VC/Z)]/[VA/Z+a(VB/Z)+a2(VC/Z)]x 100％＝(VA+a2VB+a VC)/(VA+a VB+a2VC)x 100％＝(V2/V1)x 100％＝VNeg_Unbal_Normalized 公式(5)
其中，VNeg_Unbal_Normalized和INeg_Unbal_Normalized是以百分比形式表示的无单位复数(unit-less complex quantities)。
可以变量“Diff”的形式按如下定义差值：
Diff＝VNeg_Unbal_Normalized-INeg_Unbal_Normalized 公式(6)
因为在稳态操作中，ZA＝ZB＝ZC＝Z，
所以，Diffsteady＝0或Diffsteady≈0 公式(7)
当在三相并联电抗器155的三个绕组114、116的117的一个中存在匝间故障时，具有匝间故障的绕组的阻抗变化，从而导致：
VNeg_Unbal_Normalized-INeg_Unbal_Normalized＝Diff 公式(8)
匝间故障检测器120可使用差参数(Diff)的绝对值断言故障条件。在一种实例实施方式中，当差参数(Diff)的绝对值超过阈值百分比值“c”时，可断言有故障条件。阈值百分比值“c”可以是可设置的阈值，其可由匝间故障检测器120的操作员设置。
故障条件＝abs(Diff-Diffsteady)＞c 公式(9)
通过检查与每个电压VA、VB和VC关联的相位的矢量表示，还可断言有故障条件。在一种示范性实施例中，这可通过使用表达式∠(Diff-Diffsteady)执行。当∠(Diff-Diffsteady)处于180°±D范围时，可断言“A相”有故障；当∠(Diff-Diffsteady)处于-60°±D范围时，断言“B相”有故障；当∠(Diff-Diffsteady)处于+60度±D范围时，断言“C相”有故障，其中，“D”是可设置在20°到60°范围内的限制角度。
图2图示了关于以相位角信息为基础检测三相并联电抗器155中的一个或多个匝间故障的实例相位图200。对应于“A相”的180度±D范围由箭头205指示，对应于“B相”的-60度±D的范围由箭头210指示，对应于“C相”的+60度±D的范围由箭头215指示。匝间故障检测器120可以被配置成通过使用在实例相位图200中示出的三个范围断言三个相位A、B和C中的特定相位中的故障。
图3图示了根据本公开的另一示范性实施例的实例电力传输***300，其可包括被配置成检测单相变压器310的一次绕组和二次绕组中的匝间故障的匝间故障检测器120。可使用第一电流监测元件305监测通过线路306流入单相变压器310的一次绕组中的一次电流“IP”。第一电流监测元件305通过线路301将一次电流的按比例缩小形式提供至匝间故障检测器120。可使用第二电流监测元件315监测从单相变压器310的二次绕组流出到线路307的二次电流“IS”。第二电流监测元件315通过线路302将二次电流的按比例缩小形式提供至匝间故障检测器120。可使用附加的监测元件(未示出)监测电力传输***300的各个节点处的电压，例如，以给匝间故障检测器120提供与单相变压器310的一次绕组和二次绕组关联的一个或多个稳态电压值或差动电压值。
在此示范性实施例中，匝间故障检测器120被配置成执行一个过程，该过程包括使用通过各种监测元件获得的电流值和电压值确定各稳态差动电流和各稳态电压值。每个稳态差动电流通常包括稳态磁化电流分量，其取决于存在于单相变压器310的端子处的至少一个稳态电压。
根据本公开，并与常规实施方式相比，一个或多个补偿因数(形式为一个或多个修改值)与各种稳态差动电流值结合，以补偿稳态磁化电流分量，还补偿稳态差动电流值中的任何测量误差。在一种实例实施方式中，可使用等于磁化电流分量值的修改值。可从稳态差动电流值中减去修改值以提供补偿。
接着可使用补偿的稳态差动电流值检测匝间故障，例如，通过将补偿的稳态差动电流值与参考阈值比较。可在可预先设置的时段上执行该比较，可预先设置的时段可由例如操作员预先设置。
一旦检测匝间故障，匝间故障检测器120可执行补救动作。例如，匝间故障检测器120可将第一控制信号(通过线路303)提供至第一断路器320，以便将单相变压器310的一次绕组与电力线导体306隔离。作为另一实例，匝间故障检测器120可将第二控制信号(通过线路304)提供至第二断路器325，以便将单相变压器310的二次绕组与电力线导体307隔离。匝间故障检测器120还可将故障指示信号通过线路412提供至故障监测单元(未示出)，例如，位于监测站的计算机、位于监测站的显示装置或位于匝间故障检测器120上或附近的报警器(光、蜂鸣器、汽笛等)。
图4图示了根据本公开的另一示范性实施例的电力传输***400，其可包括被配置成检测三相变压器410中的匝间故障的匝间故障检测器***120。在此示范性实施例中，出于描述目的，只为了方便起见，三相变压器410显示为具有以“三角形”布置互连的三个一次绕组和以“Y”形布置互连的三个二次绕组。然而，应当理解，下面根据本公开提供的描述同样适用于与三相变压器410关联的各种其它配置和互连。
可使用第一电流监测元件405监测通过线路401流入到三相变压器410的第一一次绕组中的“A”相一次电流“IAP”。第一电流监测元件405通过线路404将一次电流“IAP”的按比例缩小形式“Iap”提供至匝间故障检测器120。可使用第二电流监测元件420监测通过线路402流入到三相变压器410的第二一次绕组中的“B”相一次电流“IBP”。第二电流监测元件420通过线路406将一次电流“IBP”的按比例缩小形式“Ibp”提供至匝间故障检测器120。可使用第三电流监测元件435监测通过线路403流入到三相变压器410的第三一次绕组中的“C”相一次电流“ICP”。第三电流监测元件435通过线路407将一次电流“ICP”的按比例缩小形式“Icp”提供至匝间故障检测器120。
可使用第四电流监测元件415监测由三相变压器410的第一二次绕组提供至线路413的“A”相二次电流“IAS”。第四电流监测元件415将“IAS”的按比例缩小形式的第一二次电流测量值“Ias”提供至匝间故障检测器120。可使用第五电流监测元件430监测由三相变压器410的第二二次绕组提供至线路414的“B”相二次电流“IBS”。第五电流监测元件430将“IBS”的按比例缩小形式的第二二次电流测量值“Ibs”提供至匝间故障检测器120。可使用第六电流监测元件445监测由三相变压器410的第三二次绕组提供至线路416的“C”相二次电流“ICS”。第六电流监测元件430将“ICS”的按比例缩小形式的第三二次电流测量值“Ics”提供至匝间故障检测器120。在此示范性实施例中，三个二次电流测量值(“Ias”、“Ibs”和“Ics”)通过线路布置耦连到匝间故障检测器120中，线路布置包括线路408、线路409和线路411。
可使用附加监测元件(未示出)监测在电力传输***300的各个节点的电压，例如，以给匝间故障检测器120提供与三相变压器410的三个一次绕组和三个二次绕组的一个或多个关联的一个或多个稳态电压值或差动电压值。
匝间故障检测器120被配置成执行一个过程，所述过程包括使用通过上面描述的各个监测元件获得的电流值和电压值来确定各稳态差动电流值和各稳态电压值。考虑参照图3所示的电力传输***300在上面描述的过程且进一步考虑基于根据本公开的数学公式的下面的描述可理解此过程。
Idiff_A_compensated＝Idiff_A-KA*VRA 公式(10)
Idiff_B_compensated＝Idiff_B-KA*VRB 公式(11)
Idiff_C_compensated＝Idiff_C-KA*VRC 公式(12)
其中，VRA、VRB和VRC是在三相变压器410的输出侧上的A相、B相和C相电压。然而，在替代性实施方式中，可改为使用在三相变压器410的输入侧上的A相、B相和C相电压。KA、KB和KC是在三相变压器410的稳态操作中使用的系数，以便使Idiff_A_compensated、Idiff_B_compensated和Idiff_C_compensated的每一个等于零。当在一个或多个相应绕组中存在匝间故障时，Idiff_A_compensated、Idiff_B_compensated和Idiff_C_compensated的一个或多个将增大到大于零的值。系数KA、KB和KC可按以下定义：
KA＝Idiff_A_steady/VRA steady 等式(13)
KB＝Idiff_A_steady/VRB steady 等式(14)
KC＝Idiff_A_steady/VRC steady 等式(15)
可由匝间故障检测器120使用Idiff_A_compensated、Idiff_B_compensated和Idiff_C_compensated的每一个的绝对值来断言在三相变压器410的相应相位中的故障条件。在一种实例实施方式中，当Idiff_A_compensated的绝对值超过(或等于)阈值百分比值“a”时，则可断言A相中的故障条件；当Idiff_B_compensated的绝对值超过(或等于)阈值百分比值“b”时，则可断言B相中的故障条件；当Idiff_C_compensated的绝对值超过(或等于)阈值百分比值“c”时，则可断言C相中的故障条件。换言之，当abs(Idiff_A_compensated)≥“a”时可断言A相中的匝间故障条件，当abs(Idiff_B_compensated)≥“b”时可断言B相中的匝间故障条件，当abs(Idiff_C_compensated)≥“c”时可断言C相中的匝间故障条件。阈值百分比值“a”、“b”和“c”可以是可设置的阈值，其可被例如匝间故障检测器120的操作员设置。一旦检测到三相变压器410中的匝间故障，匝间故障检测器120可执行补救动作。例如，匝间故障检测器120可将控制信号(通过线路412)提供到一个或多个保护元件(未示出)，以便将一个或多个一次绕组与相应的一个或多个输入线路隔离，和/或将一个或多个二次绕组与相应的一个或多个输出线路隔离。在一些实例实施方式中，匝间故障检测器120可通过线路412将故障指示信号提供至故障监测单元(未示出)，例如，位于监测站的计算机、位于监测站的显示装置或位于匝间故障检测器120上或附近的报警器(光、蜂鸣器、汽笛等)。
图5图示了图3中所示的单相变压器310的实例等效电路图。如果在单相变压器310中不产生损耗，则输入电流I1等于输出电流I2(通常相位差180°)。然而，实际上，在单相变压器310中的确出现电流损耗。这种电流损耗可归因于磁化电流I0，其在等效电路图中示出。根据本公开通过将此磁化电流I0考虑在内，匝间故障检测器120执行故障检测。
图6图示了根据本公开可包含于匝间故障检测器120中的一些示范性元件。出于描述目的，图6中所示的匝间故障检测器120包含可用于实施图4所示的并参照三相变压器410在上文描述的示范性实施例的各种元件。因此，输入线路和输出线路由图4示出的相同附图标记指示。然而，在其它实施方式中，例如，当实施图3所示的单相变压器310实施例时，包含于匝间故障检测器120中的各个元件的数目(例如输入接口的数目)可以是不同的。而且，根据本公开，一些元件，例如未示出的通信端口和用户输入/输出接口可并入到匝间故障检测器120中。
在此示范性实施方式中，匝间故障检测器120可包括六个输入电流接口605、625、645、620、640和660，他们分别耦连到线路404、406、407、408、409和411。例如电压输入接口(未示出)的其它输入接口可用于给匝间故障检测器120提供各种电压测量输入。匝间故障检测器120还可包括一个或多个输出接口(例如，显示为耦连到线路412的输出接口665)以用于传输输出信号的目的，输出信号例如控制信号、故障指示信号或报警信号。
匝间故障检测器120还可包括一个或多个模数转换器和数模转换器。例如，可使用模数转换器615将由输入接口中的一个提供的模拟形式的电流测量值转换成可由处理器650处理的数字电流测量值。相反，可使用数模转换器635将可由处理器650提供至数模转换器635的各种类型的数字信息转换成模拟输出信号，该信号通过输出接口665从匝间故障检测器120向外传输。诸如继电器655的一个或多个继电器可用于在检测到三相变压器410中的匝间故障时切换各种类型的信号(例如，与电力传输***400关联的某些电流信号)。
例如处理器650等一个或多个处理器可被配置成与存储器630交互。可使用适当硬件、软件、固件或其组合来实施和操作处理器650。软件或固件实施方案可包括以任何合适编程语言而书写以进行所描述的各种功能的计算机可执行或机器可执行指令。在一个实施例中，与功能块语言相关联的指令可存储在存储器630中且由处理器650执行。
存储器630可用于存储可在处理器650上加载和执行的程序指令以及存储在这些程序执行期间产生的数据。取决于匝间故障检测器120的配置和类型，存储器630可以是易失性的(例如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、快闪存储器等等)。在一些实施例中，存储器装置还可包括额外的可移除式存储装置(未示出)和/或不可移除式存储装置(未示出)，包括但不限于磁性存储装置、光盘和/或带存储装置。磁盘驱动器和其相关联计算机可读媒体可提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。在一些实施方案中，存储器630可包括多个不同类型的存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或ROM。
存储器630、可移除存储装置和不可移除存储装置是非暂时性计算机可读存储媒体的所有实例。此类非暂时性计算机可读存储媒体可按任何方法或技术实施以用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。可呈现的额外类型的非暂时性计算机存储媒体包括但不限于可编程随机存取存储器(PRAM)、SRAM、DRAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、只读光盘存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其它光学存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其它磁性存储装置、或者可用于存储所要的信息且可由处理器650存取的任何其它媒体。以上各项中的任一项的组合也应包括在非暂时性计算机可读媒体的范围内。
转向存储器630的内容物，存储器630可包括但不限于操作***(OS)以及用于实施本说明书中所公开的特征和方面的一个或多个应用程序或服务。这些应用或服务可包括匝间故障检测模块(未示出)。在一个实施例中，匝间故障检测模块可由软件实施，该软件可以可配置控制块语言提供且可存储在非易失性存储器中。当由处理器650执行时，性能匝间故障检测模块执行本公开中描述的各种功能和特征。
图7A和图7B图示了根据本公开的示范性实施例使用匝间故障检测检测三相并联电抗器的一个或多个绕组中的故障的方法的实例流程图。这里，只为了方便起见，将使用图1所示的三相电力线***100描述在此实例流程图中显示的各个操作。
在块705，接收基于监测流过三相并联电抗器的第一绕组的第一相电流的第一相电流测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第一电流监测元件125通过线路109接收第一相电流测量值。
在块710，接收基于监测流过三相并联电抗器的第二绕组的第二相电流的第二相电流测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第二电流监测元件130通过线路111接收第二相电流测量值。
在块715，接收基于监测流过三相并联电抗器的第三绕组的第三相电流的第三相电流测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第三电流监测元件135通过线路112接收第三相电流测量值。
在块720，接收基于监测在三相电力线***的第一电力线导体上存在的第一相电压的第一相电压测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第一电压监测元件105通过线路106接收第一相电压测量值。
在块725，接收基于监测在三相电力线***的第二电力线导体上存在的第二相电压的第二相电压测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第二电压监测元件110通过线路107接收第二相电压测量值。
在块730，接收基于监测在三相电力线***的第三电力线导体上存在的第三相电压的第三相电压测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第三电压监测元件115通过线路108接收第三相电压测量值。
在块735，匝间故障检测器使用第一相电流测量值、第二相电流测量值、第三相电流测量值、第一相电压测量值、第二相电压测量值和第三相电压测量值的每一个来检测三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中的匝间故障。通过计算基于电压的参数和基于电流的参数之间的差值，可执行这种检测，其中，基于电压的参数指示归一化负电压不平衡，基于电流的参数指示归一化负电流不平衡。
在块740，当差值不等于零时，匝间故障检测器断言在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中有匝间故障。
图8A和图8B图示了根据本公开的示范性实施例使用匝间故障检测检测变压器的一个或多个绕组中的匝间故障的方法的实例流程图。只为了方便起见，将使用图3所示的电力传输***300描述在此实例流程图示出的各种操作。然而，应当理解，该方法可适当地适用于检测多相变压器(例如图4所示的三相变压器410)的一个或多个绕组中的匝间故障。
在块805，接收基于监测变压器的一次绕组的第一电流测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第一电流监测元件305通过线路301接收第一电流测量值。
在块810，接收基于监测变压器的二次绕组的第二电流测量值。此操作可对应于匝间故障检测器120从第二电流监测元件315通过线路302接收第二电流测量值。在815，使用第一电流测量值和第二电流测量值的每一个来确定稳态差动电流值和稳态电压值。在块820，通过由稳态差动电流值除以稳态电压值来确定一个或多个补偿因数。在块825，通过将稳态电压值与补偿因数相乘来确定磁化电流幅度指标。在830，通过将稳态差动电流值与修改值结合来确定补偿的差动电流值，修改值并入磁化电流幅度指标。在块835，将补偿的差动电流值与阈值比较。在块840，当补偿的差动电流值超过阈值时，断言变压器中出现匝间故障。在845，执行补救操作，包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。例如，匝间故障检测器120可激活第一保护元件320和/或第二保护元件325。
总的来说，本说明书中公开的用于检测匝间故障的***和方法不专门局限于如在所附权利要求中体现的变压器，而是同样适用于包括一个或多个绕组的各种其它物体。在下面提供与例如三相并联电抗器关联的几个实例***和方法。
根据本公开的实施例的第一示范性***是三相电力线***，其可包括第一电力线导体、第二电力线导体、第三电力线导体、三相并联电抗器、第一电流监测元件、第二电流监测元件、第三电流监测元件、第一电压监测元件、第二电压监测元件、第三电压监测元件和故障检测器。第一电力线导体可传输第一相电力，第二电力线导体可传输第二相电力，第三电力线导体可传输第三相电力。三相并联电抗器可耦连到三相电力线***。第一电流监测元件可以被配置成基于监测流过三相并联电抗器的第一绕组的第一相电流提供第一电流测量值。第二电流监测元件可以被配置成基于监测流过三相并联电抗器的第二绕组的第二相电流提供第二电流测量值。第三电流监测元件可以被配置成基于监测流过三相并联电抗器的第三绕组的第三相电流提供第三电流测量值。第一电压监测元件可以被配置成基于监测在第一电力线导体上存在的第一相电压提供第一电压测量值。第二电压监测元件可以被配置成基于监测在第二电力线导体上存在的第二相电压提供第二电压测量值。第三电压监测元件可以被配置成基于监测在第三电力线导体上存在的第三相电压提供第三电压测量值。故障检测器可以被配置成接收并使用第一相电流测量值、第二相电流测量值、第三相电流测量值、第一相电压测量值、第二相电压测量值和第三相电压测量值，通过执行一种过程来检测在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中的匝间故障。所述过程可包括计算基于电压的参数和基于电流的参数之间的差值，其中，基于电压的参数指示归一化负电压不平衡，基于电流的参数指示归一化负电流不平衡，所述过程还可包括当差值不等于零时，断言在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中出现匝间故障。
基于电压的参数可以是至少部分地通过将负序电压值与正序电压值比较导出的第一归一化值，且基于电流的参数可以是至少部分地通过将负序电流值与正序电流值比较导出的第二归一化值。负序电压值和正序电压值都可以三相电力线***中存在的相电压的矢量表示来表示。第一归一化值可指示为第一百分比，第二归一化值可指示为第二百分比。当三相并联电抗器中不存在匝间故障时，第一归一化值可等于第二归一化值。故障检测器还可被配置成一旦出现匝间故障，则执行补救操作，补救动作包括操作保护继电器。可基于差值超过可设置阈值来执行补救动作。差值可以定义为绝对数字值或角度值中的至少一个，并且可设置的阈值可相应地基于绝对数字值或角度值的至少一个。差值可定义为角度值，且可基于所述角度值来确定在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的特定一个中的匝间故障的识别。当角度值基本上等于大约(180度±公差值)时可识别第一绕组，当角度值基本上等于大约(-60度±公差值)时可识别第二绕组，且当角度值基本上等于大约(+60度±公差值)时可识别第三绕组。
根据本公开的实施例的第二示范性***是匝间故障检测器，其可包括第一输入接口、第二输入接口、第三输入接口、第四输入接口、第五输入接口、第六输入接口和至少一个处理器。第一输入接口可被配置成接收基于监测流过三相并联电抗器的第一绕组的第一相电流的第一相电流测量值，其中，第一绕组耦连到三相电力线***的第一电力线导体。第二输入接口可被配置成接收基于监测流过所述三相并联电抗器的第二绕组的第二相电流的第二相电流测量值，其中，第二绕组耦连到三相电力线***的第二电力线导体。第三输入接口可被配置成接收基于监测流过三相并联电抗器的第三绕组的第三相电流的第三相电流测量值，其中，第三绕组耦连到三相电力线***的第三电力线导体。第四输入接口可被配置成接收基于监测所述三相电力线***的第一电力线导体上存在的第一相电压的第一相电压测量值。第五输入接口可被配置成接收基于监测所述三相电力线***的第二电力线导体上存在的第二相电压的第二相电压测量值。第六输入接口可被配置成接收基于监测所述三相电力线***的第三电力线导体上存在的第三相电压的第三相电压测量值。处理器可被配置成使用第一相电流测量值、第二相电流测量值、第三相电流测量值、第一相电压测量值、第二相电压测量值和第三相电压测量值中的每一个，通过执行一种/个过程来检测在所述三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中的匝间故障，所述过程可包括计算基于电压的参数和基于电流的参数之间的差值，其中，基于电压的参数指示归一化负电压不平衡，基于电流的参数指示归一化负电流不平衡；且所述过程还可包括当差值不等于零时，断言在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中有匝间故障。
基于电压的参数可以是至少部分地通过将负序电压值与正序电压值比较导出的第一归一化值，且基于电流的参数可以是至少部分地通过将负序电流值与正序电流值比较导出的第二归一化值。负序电压值和正序电压值都可以三相电力线***中存在的相电压的矢量表示来表示，第一归一化值可指示为第一百分比，第二归一化值可指示为第二百分比。当三相并联电抗器中不存在匝间故障时，第一归一化值可等于第二归一化值。差值可定义为绝对数字值或角度值的至少一个，基于绝对数字值或角度值的至少一个，可确定在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的特定一个中识别匝间故障。当角度值基本上等于大约(180度±公差值)时可识别第一绕组，当角度值基本上等于大约(-60度±公差值)时可识别第二绕组，且当角度值基本上等于大约(+60度±公差值)时可识别第三绕组。
根据本公开的又一示范性实施例的实例方法是一种用于检测耦连到三相电力线***的三相并联电抗器中的匝间故障的方法。所述方法可包括例如以下的操作：接收基于监测流过三相并联电抗器的第一绕组的第一相电流的第一相电流测量值；接收基于监测流过三相并联电抗器的第二绕组的第二相电流的第二相电流；接收基于监测流过三相并联电抗器的第三绕组的第三相电流的第三相电流测量值；接收基于监测三相电力线***的第一电力线导体上存在的第一相电压的第一相电压测量值；接收基于监测三相电力线***的第二电力线导体上存在的第二相电压的第二相电压测量值；接收基于监测三相电力线***的第三电力线导体上存在的第三相电压的第三相电压测量值；以及使用第一相电流测量值、第二相电流测量值、第三相电流测量值、第一相电压测量值、第二相电压测量值和第三相电压测量值中的每一个，并通过计算基于电压的参数和基于电流的参数之间的差值来检测在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中的匝间故障，其中，基于电压的参数指示归一化负电压不平衡，基于电流的参数指示归一化负电流不平衡。当差值不等于零时，可断言在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的至少一个中有匝间故障。
基于电压的参数可以是至少部分地通过将负序电压值与正序电压值比较导出的第一归一化值，且基于电流的参数可以是至少部分地通过将负序电流值与正序电流值比较导出的第二归一化值。差值可定义为绝对数字值或角度值的至少一个，基于绝对数字值或角度值的至少一个可确定在三相并联电抗器的第一绕组、第二绕组或第三绕组的特定一个中的匝间故障的识别。当角度值基本上等于大约(180度±公差值)时可识别第一绕组，当角度值基本上等于大约(-60度±公差值)时可识别第二绕组，且当角度值基本上等于大约(+60度±公差值)时可识别第三绕组。
得益于前文描述和关联图式中所呈现的教示，将了解这些描述所相关的本说明书中所阐述的实例描述的许多修改和其它实施例。因此，应了解，本公开可按许多形式体现，且不应限于上文所描述的示范性实施例。因此，应了解，本公开不应限于所公开的具体实施例，且其修改和其它实施例既定包括于所附权利要求书的范围内。尽管本说明书中采用了特定术语，但所述术语仅在通用和描述性意义上使用，而不用于限制目的。

Claims (20)

1.一种***，其包括：
变压器；
第一电流监测元件，所述第一电流监测元件被配置成基于监测所述变压器的一次绕组电流，提供第一电流测量值；
第二电流监测元件，所述第二电流监测元件被配置成基于监测所述变压器的二次绕组电流，提供第二电流测量值；以及
故障检测器，所述故障检测器被配置成接收所述第一电流测量值和所述第二电流测量值中的每一个，并使用所述第一电流测量值和所述第二电流测量值通过执行一种过程检测所述变压器中的匝间故障，所述过程包括：
确定稳态差动电流值；
确定稳态电压值；
通过所述稳态差动电流值除以所述稳态电压值，确定一个或多个补偿因数；
通过用所述一个或多个补偿因数乘以所述稳态电压值，确定磁化电流幅度指标；
通过将所述稳态差动电流值与修改值结合确定补偿的差动电流值，所述修改值并入所述磁化电流幅度指标；
将补偿的差动电流值与阈值比较；
当所述补偿的差动电流值超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障；以及
执行补救操作包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述修改值等于所述磁化电流幅度指标。
3.根据权利要求2所述的***，其中，将所述稳态差动电流值与所述修改值结合包括从所述稳态差动电流值中减去所述修改值。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述磁化电流幅度指标的幅度与所述变压器的操作电压的幅度成正比。
5.根据权利要求4所述的***，其中，当所述补偿的差动电流值在预定时段内超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障。
6.根据权利要求5所述的***，其还包括用户接口，所述用户接口被配置成接收指示所述预定时段的用户输入。
7.根据权利要求1所述的***，其中，所述变压器是多相变压器，且所述一次绕组电流和所述二次绕组电流中的每一个对应于所述多相变压器的多个绕组中的第一对绕组。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述故障检测器检测所述多相变压器的多个绕组的任何一个中存在的匝间故障。
9.根据权利要求1所述的***，其中，所述变压器是具有至少两组绕组的三相变压器，且所述故障检测器对所述三相变压器的每一相执行所述过程。
10.一种***，其包括：
多相变压器；
电流监测***，所述电流监测***被配置成基于监测所述多相变压器的多个一次绕组电流中的每一个提供一组一次电流测量值，并且基于监测所述多相变压器的多个二次绕组电流中的每一个提供一组二次电流测量值；以及
故障检测器，所述故障检测器被配置成接收所述一组一次电流测量值和所述一组二次电流测量值，并使用所述一组一次电流测量值和所述一组二次电流测量值通过执行一种过程检测在所述多相变压器中的匝间故障，所述过程包括：
对于所述多相电压器的每一相，确定稳态差动电流值；
对于所述多相电压器的每一相，确定稳态差动电压值；
对于多相变压器的每一相，通过所述稳态差动电流值除以稳态电压值确定一个或多个补偿因数；
通过用一个或多个补偿因数乘以相应的稳态电压值，对于所述多相变压器的每一相确定磁化电流幅度指标；
通过将相应的稳态差动电流值与相应的修改值结合对于所述多相变压器的每一相确定补偿的差动电流值，每个相应的修改值并入相应的磁化电流幅度指标；
将对于所述多相变压器的每一相的补偿的差动电流值与对于所述多相变压器的每一相的阈值比较；
当所述补偿的差动电流值的至少一个超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障；以及
执行补救操作包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
11.根据权利要求10所述的***，其中，相应的修改值等于相应的磁化电流幅度指标。
12.根据权利要求11所述的***，其中，将相应的稳态差动电流值与相应的修改值结合包括从所述相应的稳态差动电流值中减去所述相应的修改值。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述相应磁化电流幅度指标的幅度与所述变压器的相应相操作电压的幅度成正比。
14.根据权利要求13所述的***，其中，当所述补偿的差动电流值的至少一个在预定时段内超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障。
15.根据权利要求14所述的***，其还包括用户接口，所述用户接口被配置成接收指示所述预定时段的用户输入。
16.根据权利要求10所述的***，其中，所述变压器是三相变压器。
17.根据权利要求16所述的***，其中，所述故障检测器检测所述三相变压器的多个绕组的任何一个中存在的匝间故障。
18.一种方法，其包括：
在故障检测器中接收基于监测变压器的一次绕组电流的第一电流测量值；
在所述故障检测器中接收基于监测变压器的二次绕组电流的第二电流测量值；
使用所述第一电流测量值和所述第二电流测量值确定稳态差动电流值和稳态电压值；
通过所述稳态差动电流值除以所述稳态电压值，确定一个或多个补偿因数；
通过用所述一个或多个补偿因数乘以所述稳态电压值，确定磁化电流幅度指标；
通过将所述稳态差动电流值与修改值结合确定补偿的差动电流值，所述修改值并入所述磁化电流幅度指标；
将补偿的差动电流值与阈值比较；
当所述补偿的差动电流值超过所述阈值时，断言在所述变压器中出现匝间故障；以及
执行补救操作包括发出报警或操作保护继电器的至少一个。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述修改值等于所述磁化电流幅度指标。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述稳态差动电流值与所述修改值结合包括从所述稳态差动电流值中减去所述修改值。
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