CN103499754B - 用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，包括：第一步、在目标电力电容器组开始投入运行时进行初始化；第二步、监测目标电力电容器组的运行状态。本发明通过监测三相电流和不平衡电流即可敏锐地判断电容器组中电容元件是否存在故障，若存在故障则及时发出预警，精准度高，实用性强。

Description

用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，属于电力系统监控技术领域。

背景技术

据申请人所知，在电力系统中，大多数电力电容器组均由若干电容元件串联再并联后组成，当其中一个电容元件损坏时通常无法辨别，导致其它电容元件因过压或过流而更易损坏。为解决这一问题，现有技术中通常采用电容器组在线监测装置，可在电容器组发生严重故障前发出预警信息，提醒运行管理人员对电容器组进行停电检修。然而，现有电容器组在线监测装置在监测时主要基于电流幅值变化，阻抗变化或损耗角正切值等，而这些判据的监测要求外部采用精度很高的一次互感器，而目前采用的大部分一次PT（电压互感器）和CT（电流互感器）仅为0.5级或更低，这样基本上所有电气量经变换到达监测装置时已经比实际值产生了较大误差，已基本无法反映出真实数据。这使得现有监测装置的实用性较差。

以目前使用较多的内熔丝电容器组为例，当其中某个电容元件损坏后，电流幅值可能仅仅产生0.5%的变化，而通常变电站的一次CT配置为400/5或者600/5,在正常运行时监测装置侧的电流也仅为1A左右，变化0.5%即为0.005A，这么小的变化值使监测装置很难监测到该变化，即使监测到该变化，也无法将这种故障导致的变化与系统电压正常波动产生的变化区分开。亟需研发出精准度高的监测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，能敏锐地判断出电容元件存在故障，进而能够精准地发出预警。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、在目标电力电容器组开始投入运行时进行初始化：

S1.在目标电力电容器组的输出端采集三相电流中任意两相电流并采集不平衡电流均为矢量；

S2.将分别分解为实部和虚部，即 ${\stackrel{.}{I}}_A=I_{\mathrm{Ar}}+I_{\mathrm{Ai}},{\stackrel{.}{I}}_C=I_{\mathrm{Cr}}+I_{\mathrm{Ci}},$ 其中下标含r的为实部，含i的为虚部；

S3.对以下方程式求解，得出(c_a-c_b)和(c_c-c_b)的值，

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ai}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Ci}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ui}}\\ I_{\mathrm{Ar}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Cr}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ur}}\end{array}\right.;$

S4.初始化完毕；

第二步、监测目标电力电容器组的运行状态：

S5.在目标电力电容器组的输出端采集相电流以及采集不平衡电流，并按下式计算不平衡变化参考值 ${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{bph}}={\stackrel{.}{I}}_A*(c_a-c_b)+{\stackrel{.}{I}}_C*(c_c-c_b)-{\stackrel{.}{I}}_{0u};$

S6.将与预定预警值比较，若大于预定预警值则先发出预警再转至S7，否则直接转至S7；

S7.判断是否停止监测，若否则转至S5继续监测，若是则监测结束。

本发明通过监测三相电流和不平衡电流即可敏锐地判断电容器组中电容元件是否存在故障，若存在故障则及时发出预警，精准度高，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程框图。

图2为图1实施例中电容器组内电容元件正常运行时的矢量图。

图3为图1实施例中电容器组内电容元件损坏时的矢量图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

如图1所示，本实施例用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法包括以下步骤：

第一步、在目标电力电容器组开始投入运行时进行初始化：

S1.在目标电力电容器组的输出端采集三相电流中任意两相电流并采集不平衡电流均为矢量；

S2.将分别分解为实部和虚部，即 其中下标含r的为实部，含i的为虚部；

S3.对以下方程式求解，得出(c_a-c_b)和(c_c-c_b)的值，

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ai}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Ci}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ui}}\\ I_{\mathrm{Ar}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Cr}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ur}}\end{array}\right.;$

S4.初始化完毕；

例如，在某110KV变电站中，针对4台10KV电容器组进行以上初始化操作后，(c_a-c_b)和(c_c-c_b)的数值分别为

电容器组编号	(ca-cb)	(cc-cb)
			1K1	0xfacd	0xfb21
1K2	0xfacd	0xfb21
			2K3	0xfacd	0xfb21
2K4	0xfacd	0xfb21

第二步、监测目标电力电容器组的运行状态：

S5.在目标电力电容器组的输出端采集相电流以及采集不平衡电流并按下式计算不平衡变化参考值 ${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{bph}}={\stackrel{.}{I}}_A*(c_a-c_b)+{\stackrel{.}{I}}_C*(c_c-c_b)-{\stackrel{.}{I}}_{0u};$

S6.将与预定预警值比较，若大于预定预警值则先发出预警再转至S7，否则直接转至S7；

S7.判断是否停止监测，若否则转至S5继续监测，若是则监测结束。

此外，在S6中，当大于预定预警值时立即开始计时，当计时时间大于预定时间T时发出预警，预定时间T优选为躲过电容器组投切时的电流波动的最大时间。

本实施例方法的技术构思如下：

当目标电力电容器组开始投入运行时，目标电力电容器组处于正常运行状态，以此时采集到的相电流和不平衡电流为初始值。此时，三相电流应达到平衡即 ${\stackrel{.}{I}}_A+{\stackrel{.}{I}}_B+{\stackrel{.}{I}}_C=0---\left(1\right)$ ，同时设不平衡电流 ${\stackrel{.}{I}}_{0u}={\stackrel{.}{I}}_A*c_a+{\stackrel{.}{I}}_B*c_b+{\stackrel{.}{I}}_C*c_c---\left(2\right)$ ，其中c_a、c_b、c_c分别为三相电流受一次、二次互感器影响后的影响系数。由式（1）、式（2）可得： ${\stackrel{.}{I}}_A*c_a+({\stackrel{.}{-I}}_A-{\stackrel{.}{I}}_C)*c_b+{\stackrel{.}{I}}_C*c_c={\stackrel{.}{I}}_{0u}---\left(3\right)$ 。

然后将分别分解为实部和虚部，即 其中下标含r的为实部，含i的为虚部，这样结合式（3）可得以下实部方程和虚部方程：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{Ai}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Ci}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ui}}\\ I_{\mathrm{Ar}}(c_a-c_b)+I_{\mathrm{Cr}}(c_c-c_b)=I_{0\mathrm{ur}}\end{array}\right.$

将采集到的各初始值带入以上方程组，即可算得(c_a-c_b)和(c_c-c_b)的值。

最后设不平衡变化参考值 ${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{bph}}={\stackrel{.}{I}}_A*(c_a-c_b)+{\stackrel{.}{I}}_C*(c_c-c_b)-{\stackrel{.}{I}}_{0u}---\left(4\right)$ ，即可根据监测到的相电流和不平衡电流计算的初始值为0，将其与预定预警值做比较，当超出预定预警值时则判断电容器组中电容元件出现故障，同时发出预警。

其中，预定预警值的确定方法如下：

若目标电力电容器组为外熔丝电容器组，且该电容器组中分别有N串联M并联的电容器（即M个并联单元，每个并联单元含有N个串联的电容器）与每相电力线相连，且各电容器内部元件间的接线方式为n串联m并联（即m个小并联单元，每个小并联单元含有n个串联的元件），则当与预定相电力线相连的电容器内部有k个位于不同串联段的元件被电流I_E击穿时，预定相电流 $I_1=\frac{3N[M(n-k)+k]}{3N[M(n-k)+k]-2k}\×I_E,$

其它两相电流 $I_2=I_3=I_E\sqrt{{(\frac{1}{2}+\frac{k}{3\mathrm{MN}(n-k)+k(3N-2)})}^2+\frac{3}{4}},$ 同时检测不平衡电流值I₀，此时预定预警值为I₁(c_a-c_b)+I₃(c_c-c_b)-I₀；

若目标电力电容器组为内熔丝电容器组，且该电容器组中分别有N串联M并联的电容器（即M个并联单元，每个并联单元含有N个串联的电容器）与每相电力线相连，且各电容器内部元件间的接线方式为n串联m并联（即m个小并联单元，每个小并联单元含有n个串联的元件），则当与预定相电力线相连的电容器内部有k个位于不同串联段的元件被电流I_E击穿时，预定相电流 $I_1=\frac{3N[\mathrm{Mn}(m-k)+k(M-1)]}{3N[\mathrm{Mn}(m-k)+k(M-1)]+2k}\×I_E,$

其它两相电流 $I_2=I_3=I_E\sqrt{{(\frac{1}{2}+\frac{-k}{3N[\mathrm{Mn}(m-k)+k(M-1)]+2k})}^2+\frac{3}{4},}$ 同时检测不平衡电流值I₀，此时预定预警值为I₁(c_a-c_b)+I₃(c_c-c_b)-I₀。

为验证本实施例方法的效果，一方面采用传统的不平衡电流幅值变化判断方法、其他电容值判断方法、介损值判断方法对故障进行判断，另一方面采用本实施例方法对故障进行判断，结果如下表所示。

由该结果可知，本实施例方法可以更加精准地判断出电容器组内部故障。

Claims (4)

1.一种用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、在目标电力电容器组开始投入运行时进行初始化：

S1.在目标电力电容器组的输出端采集三相电流中任意两相电流并采集不平衡电流均为矢量；

S2.将分别分解为实部和虚部，即 其中下标含r的为实部，含i的为虚部；

S3.对以下方程式求解，得出(c_a－c_b)和(c_c－c_b)的值，

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{Ai}(c_a-c_b)+I_{Ci}(c_c-c_b)=I_{0ui}\\ I_{Ar}(c_a-c_b)+I_{Cr}(c_c-c_b)=I_{0ur}\end{array}\right.;$

c_a、c_b、c_c分别为三相电流受一次、二次互感器影响后的影响系数；

S4.初始化完毕；

第二步、监测目标电力电容器组的运行状态：

S5.在目标电力电容器组的输出端采集相电流I以及采集不平衡电流并按下式计算不平衡变化参考值 ${\stackrel{\·}{I}}_{bph},{\stackrel{\·}{I}}_{bph}={\stackrel{\·}{I}}_A*(c_a-c_b)+{\stackrel{\·}{I}}_C*(c_c-c_b)-{\stackrel{\·}{I}}_{0u};$

S6.将与预定预警值比较，若大于预定预警值则先发出预警再转至S7，否则直接转至S7；

S7.判断是否停止监测，若否则转至S5继续监测，若是则监测结束。

2.根据权利要求1所述用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，其特征是，在S6中，当大于预定预警值时立即开始计时，当计时时间大于预定时间T时发出预警。

3.根据权利要求2所述用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，其特征是，预定时间T为躲过电容器组投切时的电流波动的最大时间。

4.根据权利要求1或2或3所述用于实时在线监测电力电容器组运行状态的方法，其特征是，S6中，预定预警值的确定方法如下：

若目标电力电容器组为外熔丝电容器组，且该电容器组中分别有N串联M并联的电容器与每相电力线相连，且各电容器内部元件间的接线方式为n串联m并联，则当与预定相电力线相连的电容器内部有k个位于不同串联段的元件被电流I_E击穿时，预定相电流 $I_1=\frac{3N\[M(n-k)+k\]}{3N\[M(n-k)+k\]-2k}\×I_E,$ 其它两相电流 $I_2=I_3=I_E\sqrt{{(\frac{1}{2}+\frac{k}{3MN(n-k)+k(3N-2)})}^2+\frac{3}{4}},$ 同时检测不平衡电流值I₀，此时预定预警值为I₁(c_a-c_b)+I₃(c_c-c_b)-I₀；

若目标电力电容器组为内熔丝电容器组，且该电容器组中分别有N串联M并联的电容器与每相电力线相连，且各电容器内部元件间的接线方式为n串联m并联，则当与预定相电力线相连的电容器内部有k个位于不同串联段的元件被电流I_E击穿时，预定相电流 $I_1=\frac{3N\[Mn(m-k)+k(M-1)\]}{3N\[Mn(m-k)+k(M-1)\]+2k}\×I_E,$ 其它两相电流 $I_2=I_3=I_E\sqrt{{(\frac{1}{2}+\frac{-k}{3N\[Mn(m-k)+k(M-1)\]+2k})}^2+\frac{3}{4}},$ 同时检测不平衡电流值I₀，此时预定预警值为I₁(c_a-c_b)+I₃(c_c-c_b)-I₀。