CN103412229A - 一种并联补偿电容器组的故障定位方法 - Google Patents

Abstract

一种并联补偿电容器组的故障定位方法，它首先根据现场电容器组的结构进行电路建模，再根据建立的电路模型计算电容器组内各台电容器在不同故障时的电流变化范围，进而划分无故障和有故障时电容器电流的变化区间，然后根据各电容器电流的监测值对电容器电流的变化区间进行修正，消除电压和温度对电流的影响，最后根据各电容器电流的监测值与修正的无故障和有故障时电容器电流变化区间的对应关系确定各电容器的状态，实现故障的准确定位。本发明利用电容器的电流与电容量的变化关系，实现对电容器电容量异常故障的定位，具有算法的实用性强，定位准确、高效等优点，可帮助维护人员及时发现和排除电容器组的故障，保证电力系统的安全运行。

Description

一种并联补偿电容器组的故障定位方法

技术领域

本发明涉及一种变电站并联补偿电容器组的故障定位方法，属输配电技术领域。

背景技术

并联补偿电容器是一种常用的无功补偿设备，对改善电力系统的结构，提高电能质量起着重要的作用，它的稳定运行是电力系统安全的重要保障。由于运行环境、人为因素的影响，电容器在运行过程中故障频频发生，严重威胁着电力系统的安全运行。

目前对电容器组的监测均为整组电容器的相间或单相段间的不平衡监测，且现在的各种保护方式均存在保护盲区。当整组电容器中的某台或几台电容器部分或全部损坏后，保护装置跳开开关，检修人员要根据实际情况，测量每台电容器的电容量，判断每台电容器的好坏，找到损坏的电容器后再换下。且上述检测工作只有在电容器损坏、继电保护动作跳开开关后才能进行，检测前无法准确判断故障电容器的损坏程度，检查和维护工作量繁重，需要付出较大的人力物力，且耗费较多时间，影响设备正常运行。

为及时发现和排除电容器组的故障，保证无功补偿设备安全可靠运行，有必要对设备的运行状况进行监测。但由于变电站中电容器的数量庞大，而且目前还没有对单只电容器的电容量进行有效监测的方法，当个别电容器发生故障导致电容器保护装置动作时，只能通过对组内电容器进行离线的逐个检测，才能实现电容器故障的定位，这样就大大增加了无功补偿设备的维护工作量，降低了工作效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种并联补偿电容器组的故障定位方法，以实现电容器故障的快速定位，保证电力系统的安全运行。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种并联补偿电容器组的故障定位方法，所述方法首先根据现场电容器组的结构进行电路建模，再根据建立的电路模型计算电容器组内各台电容器在不同故障时的电流变化范围，进而划分无故障和有故障时电容器电流的变化区间，然后根据各电容器电流的监测值对电容器电流的变化区间进行修正，消除电压和温度对电流的影响，最后根据各电容器电流的监测值与修正的无故障和有故障时电容器电流变化区间的对应关系确定各电容器的状态，实现故障的准确定位。

上述并联补偿电容器组的故障定位方法，它包括以下步骤：

a. 根据电容器组的连接方式及各电容器的内部结构进行电路建模,计算电容器不同故障时其电流的变化范围，得到正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对于其理论正常值的变化区间；

b. 测量流过组内同一相下每个电容器的电流有效值，得到组内同一相下各电容器的电流值                                                

，去掉最大值和最小值，计算其余电容器电流的平均值

； 

c.间隔规定时间后，再次测量流过组内同一相下每个电容器的电流有效值，去掉最大值和最小值，计算其余电容器的电流均值

；

d.计算

和

的比值，将该比值乘以步骤a中确定的正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对值变化区间的各个端值，获得修正后的正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对值的变化区间；

e.分别计算组内每个电容器前后两次测量所得电流值的比值

根据各比值落入的电流相对值变化区间，依次判断各个电容器是否存在故障。

本发明利用电容器的电流与电容量的变化关系，实现对电容器电容量异常故障的定位，具有算法的实用性强，定位准确、高效等优点，可帮助维护人员及时发现和排除电容器组的故障，保证电力系统的安全运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是并联补偿电容器组主接线图；

图2是电容器内部结构电路图；

图3是现场电容器组单相电路图；

图4是电容器组故障定位方法流程图。

图中各标号清单为：L、串抗，QG、接地刀闸，FV、避雷器，C1～C4、第一电容器组（标注为C1实际上是多个电容器串联组成电容器组，其余均同此），C5～C8、第二电容器组，TV1、第一放电线圈，TV2、第二放电线圈，C、小电容，L、内熔丝，C11～C412、第一电容～第四十八电容。

具体实施方式

一般电容器组为多台电容器采用M并N串连接方式组成，M和N的组合形式依据系统无功补偿需要设置，实际现场存在多种连接形式，如附图1所示为其中一种采用12并4串双星型接线方式的并联电容器组。

通常，单台电容器由高压套管、高压引出线、连接片、芯子和不锈钢材质的油箱等几部分组成。电容器元件在圆轴上绕制成空心圆筒状，压扁之后整齐地叠装起来并按照额定电压和容量的需要串并联组成电容器芯子，芯子经过外包封绝缘后装入箱壳中密封焊接，再放到真空罐中经过高真空脱水脱气，注入浸渍剂提高产品的局部放电性能和耐电强度。电容器内部通常带有内熔丝和放电电阻保护，内熔丝保护——即每一个元件串联一根镀锡细铜丝，当其中的某一个元件发生故障，被击穿的时候，就会造成极板短路，和这个元件并联的其它正常的元件就会向该短路点释放电能，产生很大的放电电流，将内熔丝熔化烧断，使这个元件就从电路中脱离，而其他没有损坏的电容元件则继续处于运行状态。附图2所示为单台电容器内部结构电路图。

当电容器内部绝缘出现故障时，元件上通过较大的电流，超过预定值而导致内熔丝熔断，将故障元件与完好元件隔离开，同时电容器电容量也会相应改变。当电容器的电容量变化超过一定阈值时即认为是电容器的故障。电容器电容量变化后会影响电容器流过的电流。不考虑电容器电压和温度的影响，电容量和其流过的电流值基本为线性关系。因此可通过对电容器电流值得监测来实现对电容器电容量的监测。

本发明首先根据现场电容器组的接线形式进行电路建模，然后根据建立的电路模型计算电容器组内各台电容器在不同故障时的电流变化范围，计算中不同故障形式采取通过对组内某一台电容器内部熔丝熔断来模拟。通过熔丝熔断的不同情况来模拟现场电容器可能发生的不同故障形式。考虑到现场电容器故障导致电容量变化的范围，本发明中主要考虑一台电容器内熔丝熔断一根，熔丝熔断两根以及正常这三种情况。同时考虑测量电容器电流值所用的电流传感器准确度等级，可计算出这三种情况下电容器电流变化区间。这三个区间即分别对应电容器内熔丝熔断一根，熔断两根以及正常时电流的变化区间。

系统电压的波动以及温度的变化均会对电容器电容量的变化产生影响，进而影响电容器流过的电流值，为了剔除此影响，需要对上述电流三个变化区间进行修正。因为电容器组内同一相所有电容器承受的电压和温度是相同的，因此对其电容量造成的影响也相同，因此对其流过的电流造成的影响也相同。通过比较组内同一相所有电容器前后两次电流的测量平均值，得到的比值即为电压和温度的影响系数，将上述三个电流变化区间乘以此系数即得到修正后的电流变化区间。经过此修正后可剔除电压和温度对结果的影响。

然后根据前后两次测量得到的组内每台电容器的电流值，求出前后两次电流的比值，此比值与上述三个修正后的电流变化区间相较，根据此比值落入的相应的电流变化区间来判断此电容器是否存在故障。

目前变电站所应用的电容器均为薄膜电容器，薄膜电容器内部芯子以金属箔为电极，将其和聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜重叠后卷绕成圆筒状，然后经过压装、连线、打包、装箱、封盖等工艺流程制造。单台电容器内部包含多个小电容，这些小电容一般采用串并联组合的方式连接，每个小电容接有一根内熔丝。现场实际运行中，并联电容器组三相一般为星型接线，每相中也采取多只电容器串并联组合的形式来满足各项参数的要求。图1为并联补偿电容器组一种常见的接线方式，采用双星型接线，中性点不接地。每相中每组电容器为12并4串，每台电容器额定电容量为29.55uF，使用一台放电线圈进行放电，兼做电压互感器。

电容器电容量的变化分两种形式，电容量的增加和减少。电容器电容量增加是由于内部元件的击穿或者是元件发生部分放电的缘故，此时电容量的增加量往往在10%以上，甚至更大。而电容器电容量的减少的原因是元件上通过的电流超过预定值而导致内熔丝熔断，若有1个或2个元件的内熔丝熔断，电容量的变化值一般在5%以内。当电容器的电容量变化超过一定阈值时即认为是电容器的故障。当电容器出现故障时，熔丝将会熔断，将故障原件与完好原件隔离开，同时电容器电容量也会相应改变。电容器电容量变化将从流过电容器的电流中得到反映，基于此可通过对电容器电流的监测来判断电容器的运行状态。

下面以现场电容器的A相为例进行分析：

以图1为例，现场电容器组是采用12并4串的连接方式，每个电容器的电容量为29.55uF，当电容器受到外界的过电压，涌流影响或者电容器存在缺陷时，可能会出现内熔丝熔断的情况，当有一根熔丝熔断时，电容量变为28.8933uF,当有两根熔丝同时熔断(两个熔丝在同一串段和不在同一串段)时，电容量变为28.2652uF或者为28.1429uF,本实施例针对这3种故障情况提出了故障定位的方法。考虑到电流传感器精度对电流测量的影响，我们假设所用的传感器精度为±0.5%（大多数传感器能达到的精度）。

参看图2，首先根据电容器的内部结构进行电路建模，对电容量变化在5%内的故障进行分析，以确定故障时内熔丝熔断的根数。

参看图3，以电容器组的其中一相为例，根据现场电容器组的连接方式建立其电路模型并进行计算，获得不同故障所引起的电流变化规律。

参看图4，基于故障电流值的变化规律和传感器的精度，我们发明了本故障定位算法，该算法可以有效地消除现场环境（温度和电压）带来的误差。

当电容器的电容量变化超过一定阈值时即认为是电容器的故障。当电容器内部绝缘出现故障时，元件上通过较大的电流，超过预定值而导致内熔丝熔断，将故障元件与完好元件隔离开，同时电容器电容量也会相应改变。电容器电容量变化后会影响电容器流过的电流。不考虑电容器电压和温度的影响，电容量和其流过的电流值基本为线性关系。

温度和电压对各电容器的影响是均等的，也就是说温度和电压会使组内所有电容器电容量呈现相同趋势的变化，类似于“共模信号”；而故障会使电容器的电容量呈现与其它正常电容器电容量变化趋势不同，类似于“差模信号”。下文步骤3中

和的比值即为 “共模信号”对测量结果造成的变化比值，若超出这个比值范围，则认为存在“差模信号”，即认为电容器存在故障。

下面对本发明方法的每一步做具体说明。

步骤1：测量流过每个电容器的电流大小，得到48只电容器的电流有效值，在对这48个数值做去掉最大值和最小值处理，得整组电容器的电流均值为

，设此时的电压和温度分别为U1、T1。

步骤2：间隔规定时间后对电容器组的电流做同步骤1相似的测量，得到流过每个电容器的电流有效值

，和整组电容器的电流均值为

，设此时的电压和温度分别为U2、T2。

步骤3：根据传感器的精度、

和

的比值、电容器不同故障时电流的变化量，可以确定电容器的故障区间为：无故障[0.9889,1.1029]* 

；1根熔丝熔断[0.9693,0.9889]* 

；2根熔丝熔断[0.9456,0.9686]* 

。

步骤4：计算

和

的比值，和

的比值，……

和的比值，对比是否落在故障区间来判断故障。若有故障，停止运行并对故障电容器进行更换，重新投切电容器，转到步骤1；若无故障，继续监测，转到步骤2。

Claims (2)

1.一种并联补偿电容器组的故障定位方法，其特征是，所述方法首先根据现场电容器组的结构进行电路建模，再根据建立的电路模型计算电容器组内各台电容器在不同故障时的电流变化范围，进而划分无故障和有故障时电容器电流的变化区间，然后根据各电容器电流的监测值对电容器电流的变化区间进行修正，消除电压和温度对电流的影响，最后根据各电容器电流的监测值与修正的无故障和有故障时电容器电流变化区间的对应关系确定各电容器的状态，实现故障的准确定位。

2.根据权利要求1所述的一种并联补偿电容器组的故障定位方法，其特征是，它包括以下步骤：

a. 根据电容器组的连接方式及各电容器的内部结构进行电路建模,计算电容器不同故障时其电流的变化范围，得到正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对于其理论正常值的变化区间；

b. 测量流过组内同一相下每个电容器的电流有效值，得到组内同一相下各电容器的电流值                                                

，去掉最大值和最小值，计算其余电容器电流的平均值

； 

c.间隔规定时间后，再次测量流过组内同一相下每个电容器的电流有效值

，去掉最大值和最小值，计算其余电容器的电流均值

；

d.计算

和

的比值，将该比值乘以步骤a中确定的正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对值变化区间的各个端值，获得修正后的正常以及熔丝熔断情况下电容器电流相对值的变化区间；

e.分别计算组内每个电容器前后两次测量所得电流值的比值根据各比值落入的电流相对值变化区间，依次判断各个电容器是否存在故障。

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