CN103293391A

CN103293391A - 一种补偿电容器电容量在线监测装置

Info

Publication number: CN103293391A
Application number: CN2013102428762A
Authority: CN
Inventors: 杜大全; 范辉; 高树国; 潘瑾; 贾伯岩
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明属于电气设备状态维修技术领域，涉及一种补偿电容器电容量在线检测装置。该装置包括电阻分压器、电流传感器、信号采集模块、无线发射模块、数据接收模块、工控机和高能电池；所述数据接收模块包括无线接收模块和控制模块；被测电容器组分别经所述电阻分压器和电流传感器接信号采集模块；所述信号采集模块经无线发射模块与无线接收模块无线连接；所述无线接收模块经控制模块与工控机的串口RS485接口双向连接；所述高能电池的正极分别接电流传感器、信号采集模块和无线发射模块的电源端，其负极接被测电容器组的金属架构。本发明不仅保证了在线检测的安全性，也安全有效地解决了户外电子部件的供能问题。

Description

一种补偿电容器电容量在线监测装置

技术领域

本发明属于电气设备状态维修技术领域，涉及一种补偿电容器电容量在线监测装置。

背景技术

补偿电容器作为一种极为重要的无功设备，对于改善电力系统结构, 提高电能质量起着决定性的作用。它的安全运行是电力系统经济安全运行的重要保障。据统计，2009年全国电容器故障率是1.3%。对此通常的做法是在事故后派工程人员去现场对电容器进行试验检查并更换。目前运行中补偿电容器智能化程度很低，只能通过电容器保护装置获取电容器组信息，不能有效地定位到每只电容器及其变化过程趋势信息而做到提前预判。

从大量故障的统计分析看, 传统预防性试验方法检出电容器早期缺陷的灵敏度相对较低, 且在相邻两次试验周期中电容器故障时有发生。这说明目前所采用的常规预防性试验方法不能完全有效地监测危及电容器安全运行的绝缘隐患。因此，开展补偿电容器电容量在线监测技术测量研究，对运行中电容器运行状态进行实时在线监测，可及时发现运行中电容器电容量的异常变化，可合理安排检修，变被动为主动，避免事故发生，为确保补偿电容器的正常运行具有重要意义。

目前国内外常见的电容器监测方法主要有以下几种：

（1）红外诊断。红外诊断技术通过非接触方式监测设备温升，对于设备的外部缺陷，由于有明显的发热中心，该技术能对其进行有效判断。但对于设备的内部缺陷，可能发热并不明显，其作用有限。

（2）局放监测。电容器的绝缘介质在运行过程中由于受到电腐蚀、振动磨损开裂、热裂解、受潮等各种原因都可能引发局部放电。由于一般电容器试品的电容量较大，采用脉冲电流法监测局放的灵敏度较低。声测法监测局放时，由于电容器内部非常紧密的组合绝缘结构，使放电产生声波的传播受到影响。

（3）介质损耗及电容量监测。介质损耗是掌握设备绝缘状况的重要参数，能准确的反应设备的绝缘性能，能宏观的评价绝缘的基本状况。目前针对补偿电容器主要为离线预防性试验的方式测量其介质损耗和电容量，在线监测方式鲜有所见。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种补偿电容器电容量在线监测装置，用于监测单套管并联补偿电容器的电容量。

为解决上述技术问题所采取的技术方案是:

一种补偿电容器电容量在线监测装置，包括电阻分压器、电流传感器、信号采集模块、无线发射模块、数据接收模块、工控机和高能电池；所述数据接收模块包括无线接收模块和控制模块；被测电容器组分别经所述电阻分压器和电流传感器接信号采集模块；所述信号采集模块经无线发射模块与无线接收模块无线连接；所述无线接收模块经控制模块与工控机的串口RS485接口双向连接；所述高能电池的正极分别接电流传感器、信号采集模块和无线发射模块的电源端，其负极接被测电容器组的金属架构。

所述电阻分压器由高压臂电阻R1和低压臂电阻R2串联组成，该串联电路的一端为高压臂端H，另一端为低压臂端L；所述高压臂端H接被测电容器组中各并联的单套管补偿电容器高压引线端；所述低压臂端L接被测电容器组中各并联的单套管补偿电容器低压引线端和被测电容器组的金属架构；该串联电路的节点接所述信号采集模块的相应输入端；所述电阻分压器的高压臂电阻R1和低压臂电阻R2的型号均为HTE型高压精密无感电阻。

所述电流传感器的初级套在被测电容器组中各并联的单套管补偿电容器套管根部；所述电流传感器的次级接所述信号采集模块的相应输入端；所述电流传感器的接地端接被测电容器组的金属架构；所述电流传感器为穿心式有源零磁通电流传感器，型号为BCT-2。

所述信号采集模块及无线发射模块均安装于屏蔽铝盒内，所述屏蔽铝盒安装于电容器组的金属架构上。

所述信号采集模块是由型号为AD7656芯片构成的电路；所述信号采集模块具有双端4通道模拟输入端；所述无线发射模块是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述无线接收模块是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述控制模块是由型号为W77I058芯片构成的电路；所述高能电池的型号为18650锂电池。

所述电流传感器的数量与被测电容器组的电容器数量相等；所述信号采集模块与所述无线发射模块的数量相等。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）信号采集模块以12.8kHz采样率采集等电位的各补偿电容器电压和电流信号，为其后计算电容器电容量参数提供有效保障；

（2）无线发射模块每隔设定时间自动通过无线网络将采集的信号传输回数据接收模块，保证了在线监测的安全性；

（3）通过高能电池为电流传感器、信号采集模块和无线发射模块提供能量，安全有效地解决了户外电子部件的供能问题。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的被测电容器组的接线示意图。

具体实施方式

由图1-2所示的实施例可知，本发明包括电阻分压器1、电流传感器2、信号采集模块3、无线发射模块4、数据接收模块5、工控机6和高能电池；所述数据接收模块5包括无线接收模块5-1和控制模块5-2；被测电容器组9分别经所述电阻分压器1和电流传感器2接信号采集模块3；所述信号采集模块3经无线发射模块4与无线接收模块5-1无线连接；所述无线接收模块5-1经控制模块5-2与工控机6的串口RS485接口双向连接；所述高能电池的正极分别接电流传感器2、信号采集模块3和无线发射模块4的电源端，其负极接被测电容器组9的金属架构。

所述电阻分压器1由高压臂电阻R1和低压臂电阻R2串联组成，该串联电路的一端为高压臂端H，另一端为低压臂端L；所述高压臂端H接被测电容器组9中各并联的单套管补偿电容器高压引线端9-1；所述低压臂端L接被测电容器组9中各并联的单套管补偿电容器低压引线端9-2和被测电容器组9的金属架构；该串联电路的节点接所述信号采集模块3的相应输入端；所述电阻分压器1的高压臂电阻R1和低压臂电阻R2的型号均为HTE型高压精密无感电阻。

所述电流传感器2的初级套在被测电容器组9中各并联的单套管补偿电容器套管根部；所述电流传感器2的次级接所述信号采集模块3的相应输入端；所述电流传感器2的接地端接被测电容器组9的金属架构；所述电流传感器2为穿心式有源零磁通电流传感器，型号为BCT-2。

所述信号采集模块3及无线发射模块4均安装于屏蔽铝盒内，所述屏蔽铝盒安装于电容器组9的金属架构上。

所述信号采集模块3是由型号为AD7656芯片构成的电路；所述信号采集模块3具有双端4通道模拟输入端；所述无线发射模块4是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述无线接收模块5-1是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述控制模块5-2是由型号为W77I058芯片构成的电路；所述高能电池的型号为18650锂电池。

所述电流传感器2的数量与被测电容器组9的电容器数量相等；所述信号采集模块3与所述无线发射模块4的数量相等。

被测电容器组9由多个单套管补偿电容器并联组成。对于并联的各单套管补偿电容器，其套管出线端为高压引线端；另一出线端无套管，为低压引线端，与外壳等电位，并通过外壳上的吊耳固定于金属架构上。

电容器电压信号通过电阻分压器获取；电容器电流信号通过穿心式有源零磁通电流传感器在被测电容器组各并联的电容器高压引线端获取，同时通过穿心式有源零磁通电流传感器将电容器电流信号转换为电压信号输出。获取的电容器电压和电流信号通过信号采集模块采集，信号采集模块设计为双端4通道模拟输入，各通道采样频率为12.8kHz，每通道每次存储4个周波数据，利用FFT计算出各并联的电容器电压和电流信号的基波有效值。信号采集模块后端连接无线发射模块，无线发射模块每隔设定时间自动将信号采集模块获得的各并联的电容器电压和电流信号有效值用无线信号发送输出。采用+12V高能电池为电流传感器、信号采集模块和无线发射模块提供能量。无线接收模块自动接收无线发射模块发送的数据，控制模块在收到工控机的读取命令后，将无线接收模块收到的数据上传工控机。工控机运行专用软件，定时循环地读取无线接收模块中收集的数据，并写入本地硬盘中作长期保存。每个变电站只需设立一个工控机，工控机增加了RS485接口。

电阻分压器安装在被测电容器组的各并联电容器的两端，用于测量各并联电容器的电压信号；所述穿心式有源零磁通电流传感器安装于被测电容器组的各并联电容器套管根部，用于各并联电容器电流信号的测量；信号采集模块及无线发射模块均安装于屏蔽铝盒内，屏蔽铝盒安装于被测电容器组金属架构上，与被测电容器组外壳等电位。

所述电阻分压器并联于各并联电容器极间，电阻分压器高压臂端H与各并联电容器高压引线端相连，电阻分压器低压臂端L与被测电容器组的金属架构相连。电阻分压器由高压臂电阻和低压臂电阻两部分串联组成，低压臂电阻两端电压作为输出信号供信号采集模块进行数据采集。

被测电容器组的每台并联的电容器安装一只穿心式有源零磁通电流传感器，所述电流传感器通过对铁芯自动补偿，使铁芯工作在理想的零磁通状态。所述电流传感器能够准确测量30～70A的工频电流，同时采用双层屏蔽，精度达到0.1%，满足强电磁干扰环境下电流取样精度。

所述信号采集模块为双端4通道设计，各通道采样频率为12.8kHz，每通道每次存储4个周波数据，通过FFT计算出电容器电压和电流信号的基波有效值。无线发射模块每隔设定时间自动将信号采集模块获得的电容器电压和电流信号有效值用无线信号发送输出，通过无线发射模块的ID以及通道编号即可实现对信号的区分。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：包括电阻分压器（1）、电流传感器（2）、信号采集模块（3）、无线发射模块（4）、数据接收模块（5）、工控机（6）和高能电池；所述数据接收模块（5）包括无线接收模块(5-1)和控制模块(5-2)；被测电容器组（9）分别经所述电阻分压器（1）和电流传感器（2）接信号采集模块（3）；所述信号采集模块（3）经无线发射模块（4）与无线接收模块（5-1）无线连接；所述无线接收模块（5-1）经控制模块（5-2）与工控机（6）的串口RS485接口双向连接；所述高能电池的正极分别接电流传感器（2）、信号采集模块（3）和无线发射模块（4）的电源端，其负极接被测电容器组（9）的金属架构。

2.根据权利要求1所述的一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：所述电阻分压器（1）由高压臂电阻R1和低压臂电阻R2串联组成，该串联电路的一端为高压臂端H，另一端为低压臂端L；所述高压臂端H接被测电容器组（9）中各并联的单套管补偿电容器高压引线端（9-1）；所述低压臂端L接被测电容器组（9）中各并联的单套管补偿电容器低压引线端（9-2）和被测电容器组（9）的金属架构；该串联电路的节点接所述信号采集模块（3）的相应输入端；所述电阻分压器（1）的高压臂电阻R1和低压臂电阻R2的型号均为HTE型高压精密无感电阻。

3.根据权利要求2所述的一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：所述电流传感器（2）的初级套在被测电容器组（9）中各并联的单套管补偿电容器套管根部；所述电流传感器（2）的次级接所述信号采集模块（3）的相应输入端；所述电流传感器（2）的接地端接被测电容器组（9）的金属架构；所述电流传感器（2）为穿心式有源零磁通电流传感器，型号为BCT-2。

4.根据权利要求3所述的一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：所述信号采集模块（3）及无线发射模块（4）均安装于屏蔽铝盒内，所述屏蔽铝盒安装于电容器组（9）的金属架构上。

5.根据权利要求4所述的一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：所述信号采集模块（3）是由型号为AD7656芯片构成的电路；所述信号采集模块（3）具有双端4通道模拟输入端；所述无线发射模块（4）是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述无线接收模块（5-1）是由型号为cc2530芯片构成的电路；所述控制模块（5-2）是由型号为W77I058芯片构成的电路；所述高能电池的型号为18650锂电池。

6.根据权利要求5所述的一种补偿电容器电容量在线监测装置，其特征在于：所述电流传感器（2）的数量与被测电容器组（9）的电容器数量相等；所述信号采集模块（3）与所述无线发射模块（4）的数量相等。