CN104597341B - 一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法。首先通过FFT提取电容器电压、电流的基波和各次谐波，分别计算基波和各次谐波下的电容器容值，并对基波和各次谐波下的电容值作基于基波和各次谐波电流有效值的加权平均进行处理形成一个电容器容值的估算公式，根据该估计值与正常电容器容值的差值作为内部故障的诊断判据。该判据精度较高，满足工程中对串联补偿中电容器内部故障诊断的要求。

Description

一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法

技术领域

本发明涉及配网串联补偿技术领域，尤其涉及一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法。

背景技术

配网串联补偿装置中的电容器及其成套设备是指以电力电容器为核心器件的电气设备，如谐波滤波装置等。电力电容器及其成套设备具有造价低、配置灵活，能有效改善电能质量及系统运行品质等优越性，在电力系统及电力用户中应用极广。但电容器额定电流较大，长时间运行易出现电容元件的老化造成电容器损坏的情况，甚至会出现鼓肚、群爆等严重的设备事故，给电网安全运行造成影响，同时电容器还要承受操作过电压及系统内谐波成分的影响，造成设备缺陷率较高。

大容量电力电容器一般由数十个甚至上百个小电容串并联构成，其中每个小电容都串联一根内熔丝，一旦内部小电容发生故障时，与其串联的内熔丝迅速熔断，从而隔离故障元件，而其余小电容则可以继续运行。当电力电容器内部小电容发生故障数量到达一定数目时，必须退出运行进行检修。目前电力电容器装置一般直接通过测量电容器电压和电流有效值并计算电容值来判断其损坏情况，此判据由于电力系统中普遍存在的谐波而非常容易出现误判，所以在工程上无法满足要求。

发明内容

鉴于传统电容器内部故障诊断方法在精度上无法满足要求，本发明提出了通过FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅立叶变换)提取基波和各次谐波计算电容值，并在该基础上对基波和各次谐波下的电容值进行处理形成一个电容器容值的估算方法。

本发明的技术方案如下：

一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法，根据电容器的特性方程，通过FFT提取电容器电压、电流的基波和各次谐波，分别计算基波和各次谐波下的电容器容值，并对基波和各次谐波下的电容值进行处理形成一个电容器容值的估算公式，根据该估算公式得到的估计值与正常电容器容值的变化百分数作为内部故障的诊断判据；所述的电容器容值的估算公式即对所述的基波和各次谐波下的电容器容值作基于各次基波和谐波电流幅值的加权平均。

所述的变化百分数的故障范围根据实际工程而定。

所述的电容器容值的相对变化百分比表示为：

其中，m为电容器内部每个并联组中并联的小电容数，n为电容器内部串联的并联组数，C_theory为内部小电容发生不同损坏情况时的电容理论值，C₀为内部单个小电容容值。

本发明的有益效果：该方法精确性较高，应用方便，具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是典型配网中串联补偿原理图；

图2是电容器内部结构图；

图3是简化后的电容器内部结构图；

图4是电容电压谐波情况；

图5是电容电流谐波情况。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细描述本发明的具体实施方式，但本发明不受所述具体实施例所限。

配网串联补偿中的主要设备是电容器、断路器等一次设备，电压互感器、电流互感器等二次检测电路。说明书附图1是一种电容器配网补偿的原理接线图。说明书附图2是电力电容器内部结构图，其中R为并联的阻值很大的电阻，F为熔丝，计算电容器容值时可以忽略它的作用，C₀为内部每个小电容的容值，对其进行简化后如说明书附图3所示。则监测电容器的电容值C可以通过下式计算：

式中：I—流过电容器的电流有效值，U—电容器电压有效值，ω—角频率。

设电容器补偿装置运行一段时间后电容器组内部损坏小电容若干，对电容器进行分析，在内部小电容发生不同损坏情况时的电容值理论值C_theory可以通过如下计算：

式中：C₀—内部单个小电容容值，a_j—电容器第j个并联组中对应正常工作的小电容个数，n为电容器内部串联的并联组数，m为电容器内部每个并联组中并联的小电容数。

C_nor为无损坏情况下的电容器的容值，为

而不同损坏情况下电容器容值理论的相对变化百分比可以表示为：

m为电容器内部每个并联组中并联的小电容数，n为电容器内部串联的并联组数。

对检测到的电压和电流进行FFT提取电压和电流的基波和各次谐波分别为U₍₁₎、U₍₂₎、U₍₃₎…，I₍₁₎、I₍₂₎、I₍₃₎…。因此各次谐波下电容器的容值C_(i)为：

式中：i—谐波次数。

电容器容值的估算值C_detect根据基波和各次谐波在电路中所含的比例可以通过式4进行估算。

得到电容器的估算值C_detect之后，得到电容器容值估算的变化百分比，如式5

将5式与2式对比，可以得到电容器的内部损坏情况。

实施例

具体应用本申请算法和应用常规算法(直接计算电容器容值)的仿真比较实例如下：

在PSCAD/EMTDC中搭建相关模型，电容器由36个小电容12并3串构成，内部小电容C₀为6.5898μF，并联的电阻R为10M串联在一个存在谐波的系统，电容器没有损坏时，电容上电压电流谐波含量如图4、图5所示。

当实际情况中电容器组小电容发生不同个数损坏时，得到两种算法结果对比如下：

表1 判据对比

从表1可以看到本申请判据较理想，一般判据在没有电容损坏时误判断有内部故障发生，而当有故障发生时又误判断内部电容全部正常，对系统中存在谐波情况下失去了准确性。本申请判据则解决了这样的问题，在系统有无谐波时都能很准确地判断故障是否发生，以及电容损坏的个数。

Claims (1)

1.一种配网串联补偿中电容器内部故障诊断方法，其特征在于，根据电容器的特性方程，通过FFT提取电容器电压、电流的基波和各次谐波，分别计算基波和各次谐波下的电容器容值，并对基波和各次谐波下的电容值进行处理形成一个电容器容值的估算公式，根据该估算公式得到的估计值与正常电容器容值的变化百分数与不同故障情况下理论电容器容值的相对变化百分比对比作为内部故障的诊断判据；所述的电容器容值的估算公式即对所述的基波和各次谐波下的电容器容值作基于各次基波和谐波电流幅值的加权平均；

所述的变化百分数的故障范围根据实际工程而定；

所述的不同故障情况下理论电容器容值的相对变化百分比表示为：

$\left|\frac{C_{theory}-\frac{m}{n}{C}_0}{\frac{m}{n}{C}_0}\right|---\left(1\right),$

其中，m为电容器内部每个并联组中并联的小电容数，n为电容器内部串联的并联组数，C_theory为内部小电容发生不同损坏情况时的电容理论值，C₀为内部单个小电容容值。