CN107144737A - 一种串补电容器元件故障监测方法及装置 - Google Patents

一种串补电容器元件故障监测方法及装置 Download PDF

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张超
赵媛
胡应宏
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State Grid Corp of China SGCC
North China Electric Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种串补电容器元件故障监测方法及装置，涉及电力输电技术领域。方法包括：获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障；根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组；根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。

Description

一种串补电容器元件故障监测方法及装置
技术领域
本发明涉及电力输电技术领域，尤其涉及一种串补电容器元件故障监测方法及装置。
背景技术
目前，在电力系统中，串补电容器元件的应用较多，例如通过在高压输电线中连接串补装置，可以对线路的阻抗进行补偿，进而可以提高线路的输电能力。一般每个串补装置由连接成H形电桥的四个电容器组组成。
一般情况下，串联电容器组容量较大，500kV的串补装置中的电容器组容量可达500Mvar以上，因此电容器单元串并联数量多，对控制保护要求较高。目前对于串补电容器的保护主要采用H桥不平衡保护，运行过程中监测不平衡电流有效值，达到保护定值时跳闸，跳闸动作保护定值一般设定在元件击穿5-6个时，当元件击穿数量未达到保护定值时，无法发现电容器内部故障。而电容器的损坏过程往往是内部元件接连击穿，故障不断扩大，最终导致电容器鼓肚或爆炸的严重事故，目前的保护方法无法连续监测电容器的运行状态。同时，在传统的不平衡电流保护方式下，当两个相邻桥臂连续发生元件故障时，两个桥臂的变化电流相互抵消，保护可能失效。当前，如何对串补电容器元件进行有效的故障监测成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种串补电容器元件故障监测方法及装置，以解决现有技术中缺少对串补电容器元件进行有效的故障监测的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种串补电容器元件故障监测方法，应用于一种由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置，其中所述4个电容器组中的第一电容器组和第三电容器组串联形成一个支路，第二电容器组和第四电容器组串联形成另一个支路；
所述方法包括：
获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障；
根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组；
根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
进一步的，所述的串补电容器元件故障监测方法，还包括：
记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
具体的，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器；
所述获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，包括：
通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流；
通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流；
通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流；
确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
或者，以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
具体的，监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障，包括：
监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值；
在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
具体的，根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组，包括：
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
具体的，根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组，包括：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
一种串补电容器元件故障监测装置，应用于一种由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置，其中所述4个电容器组中的第一电容器组和第三电容器组串联形成一个支路，第二电容器组和第四电容器组串联形成另一个支路；
所述串补电容器元件故障监测装置包括：
数据获取单元，用于获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
监测单元，用于监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障；
相位判断单元，用于根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组；
支路电流差判断单元，用于根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
进一步的，所述串补电容器元件故障监测装置，还包括：
数据记录单元，用于记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
具体的，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器；
所述数据获取单元，具体用于：通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流；通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流；通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流；确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
或者，以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
另外，所述监测单元，具体用于监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值；在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
另外，所述相位判断单元，具体用于：
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
此外，所述支路电流差判断单元，具体用于：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测方法及装置，通过不平衡电流值的监测、不平衡电流与H形电桥总电流相位比较以及支路电流差的比较多种监测手段，判断一个元件击穿时，击穿点具体发生在某一个电容器组(桥臂)内。本发明能够确定串补装置内部故障的电容器组的准确数量并精确定位故障发生的电容器组(桥臂)，可以得到更准确的故障信息，提早发现电容器元件故障，对于停电检修时，可以判断故障桥臂，减小检修查找及配平工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测方法的流程图一；
图3为本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测方法的流程图二；
图4为本发明实施例中的步骤301所采用的一种方式的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，串补电容器元件故障监测方法所针对的是如图1所示的，在A点和B点之间，由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置10，其中所述4个电容器组中的第一电容器组101和第三电容器组103串联形成一个支路，第二电容器组102和第四电容器组104串联形成另一个支路；在串补装置10中可以设置有用于检测H形电桥总电流的总电流互感器105，在串补装置10中还可以设置有用于检测不平衡电流的不平衡电流互感器106(不平衡电流即在H形电桥的两个支路之间的通路上的电流)。另外，如图1所示，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器(此处以两个支路均设置支路电流互感器为例——分别为第一支路电流互感器107和第二支路电流互感器108)。
如图2所示，本发明实施例提供一种串补电容器元件故障监测方法，包括：
步骤201、获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
步骤202、监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障。
步骤203、根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组。
步骤204、根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测方法，通过不平衡电流值的监测、不平衡电流与H形电桥总电流相位比较以及支路电流差的比较多种监测手段，判断一个元件击穿时，击穿点具体发生在某一个电容器组(桥臂)内。本发明能够确定串补装置内部故障的电容器组的准确数量并精确定位故障发生的电容器组(桥臂)，可以得到更准确的故障信息，提早发现电容器元件故障，对于停电检修时，可以判断故障桥臂，减小检修查找及配平工作量。
为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图3所示，本发明实施例提供一种串补电容器元件故障监测方法，包括：
步骤301、获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
此处，步骤301可以采用如下方式，如图4所示，包括：
步骤3011、通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流。
此处的H形电桥总电流如图1所示，以IN表示。
步骤3012、通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流。
此处的H形电桥两个支路电流如图1所示，以I1和I2表示。该I1和I2可以通过第一支路电流互感器107和第二支路电流互感器108分别检测获得。当然，若支路电流互感器灵敏度较高时，可以仅采用一个支路电流互感器，另一支路的电流可以通过H形电桥总电流减去支路电流互感器的检测值来求得。
步骤3013、通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流。
此处的不平衡电流如图1所示，以Iun表示。
步骤3014、确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
或者，步骤301还可以采用如下方式：以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。当第一次监测时，即串补装置刚刚投运时，可将此时作为初始状态，可以通过上述步骤3011至步骤3014来获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
步骤302、监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值。
此处，第一标幺值可以为不平衡电流除以H形电桥总电流所得到的值。标幺值是无量纲的量。
步骤303、在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
步骤304、根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组。
此处，在步骤304中，若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
对于上述步骤304，假设故障发生在第一电容器组(C1)中某单元电容器内的一个串联元件段上，此时由于第一电容器组(C1)电容量减小，阻抗增大，流过该支路的电流减小，因此不平衡电流Iun与H形电桥总电流IN反相位，不平衡电流和总电流的关系如公式(1)所示。
其中，C1、C2、C3、C4分别表示第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组的电容量。
根据公式(1)可以判断某两个交叉桥臂电容量的变化情况。在初始不平衡电流的基础上，比较不平衡电流标幺值，同时比较不平衡电流和总电流的相位关系，若发生初始不平衡电流与总电流同相位且不平衡电流增大的情况，可以判断C1或C4桥臂发生电容器元件击穿；若初始不平衡电流与总电流同相位且不平衡电流减小甚至反相的情况，可以判断C2或C3桥臂发生电容器元件击穿。在初始不平衡电流与总电流反相时也可采用同样的方法判断哪两个桥臂中发生了元件击穿，如下表1所示。
表1：
步骤305、根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
此处，步骤305可以通过如下方式实现：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值。
此处，所述第二标幺值为：dIB＝(I1-I2)/IN；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组。
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
如图1所示，当Iun同相增加时，若故障发生在第一电容器组的桥臂，第一电容器组电容量减小，阻抗增加，在IN不变的情况下，I1减小，I2增大；若故障发生在第四电容器组的桥臂，流经第四电容器组的电流I4减小，而Iun增大，则I2减小，I1增大。Iun反相增大时，若故障发生在第二电容器组的桥臂，I2减小，I1增大；若故障发生在第三电容器组的桥臂，则I1减小，I2增大。综上分析，若故障发生在左桥臂，I1减小，I2增大，若故障发生在右桥臂，I1增大，I2减小。
I1及I2的大小随负荷电流IN的变化而变化，但在无元件故障时，I1及I2相对IN的标幺值不变。即dIB＝(I1-I2)/IN；那么可以通过dIB值的相对变化判断左或右两个桥臂故障。通过上述相位判断可判断故障发生在某两个交叉桥臂，通过支路电流差判断则可以判断故障发生在左或右桥臂，因此两者结合起来可以将故障定位在某一个桥臂上，如下表2所示。
表2：
步骤306、记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
这样，如上述步骤301所述，此处记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，可以作为下一次监测的初始状态。
下面列举一个上述步骤301至步骤306的具体应用实例：
以某500kV串补站为例：串补度35％，每个平台电容器组总容量574.74Mvar，额定电流2700A。电容器组由电容器单元组成两个完整的并联H桥，每个H桥桥臂由电容器单元组成，接线方式为先并后串，额定电流1350A。电容器单元额定电压为5.913kV，容量571kVar。可以计算满负荷下每增加一个故障元件各电流的变化值如表3所示。
表3满负荷下每增加一个故障元件各电流变化值
对于不平衡电流互感器，满负荷下最大一次电流不超过2A，不平衡电流变化值大于0.1A，因此可采用3A/3A，误差等级0.2级的电流互感器。目前平台上的不平衡电流互感器完全满足该方法的工程需要。对于支路电流互感器，两个支路流过的电流为675A，按1.3倍过电流考虑，支路电流互感器额定电流应选择1000A。由于支路电流判据是两个电流互感器的差值的变化量，因此要保证支路电流互感器的灵敏度小于0.15A。而对于支路电流互感器的二次值，采用1000/1的电流互感器，二次电流最大值为877mA，二次电流最小变化量0.31mA；若采用1000/5的电流互感器，二次最大电流为4.39A，二次电流最小变化量1.55mA。目前的二次取样装置最小可检测灵敏度为0.1mA，可采用1000/1的电流互感器。
串补装置正常运行过程中对不平衡电流和总电流进行采样，当第一标幺值大于等于0.11％时，判断一个元件发生故障，此时启动相位判断和支路电流差判断，通过表1的相位比较判据判断故障发生在哪两个交叉桥臂上，通过表2的支路电流差变化判据判断故障发生在左或右桥臂上，进而确定故障发生在哪一个桥臂上，同时记录本次的各电流值，作为下一次元件故障的初始值。
本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测方法，通过不平衡电流值的监测、不平衡电流与H形电桥总电流相位比较以及支路电流差的比较多种监测手段，判断一个元件击穿时，击穿点具体发生在某一个电容器组(桥臂)内。本发明能够确定串补装置内部故障的电容器组的准确数量并精确定位故障发生的电容器组(桥臂)，可以得到更准确的故障信息，提早发现电容器元件故障，对于停电检修时，可以判断故障桥臂，减小检修查找及配平工作量。
对应于上述图2和图3所示的方法实施例，如图5所示，本发明实施例提供一种串补电容器元件故障监测装置，应用于如图1所示的一种由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置。
所述串补电容器元件故障监测装置包括：
数据获取单元41，用于获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
监测单元42，用于监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障。
相位判断单元43，用于根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组。
支路电流差判断单元44，用于根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
进一步的，如图5所示，所述串补电容器元件故障监测装置，还包括：
数据记录单元45，用于记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
具体的，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器。
所述数据获取单元41，具体用于：通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流；通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流；通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流；确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
或者，以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
另外，所述监测单元42，具体用于监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值；在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
另外，所述相位判断单元43，具体用于：
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
此外，所述支路电流差判断单元44，具体用于：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组。
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
值得说明的是，本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测装置的具体实现方式可以参见上述的方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的一种串补电容器元件故障监测装置，通过不平衡电流值的监测、不平衡电流与H形电桥总电流相位比较以及支路电流差的比较多种监测手段，判断一个元件击穿时，击穿点具体发生在某一个电容器组(桥臂)内。本发明能够确定串补装置内部故障的电容器组的准确数量并精确定位故障发生的电容器组(桥臂)，可以得到更准确的故障信息，提早发现电容器元件故障，对于停电检修时，可以判断故障桥臂，减小检修查找及配平工作量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，应用于一种由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置，其中所述4个电容器组中的第一电容器组和第三电容器组串联形成一个支路，第二电容器组和第四电容器组串联形成另一个支路；
所述方法包括：
获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障；
根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组；
根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
2.根据权利要求1所述的串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，还包括：
记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
3.根据权利要求2所述的串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器；
所述获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，包括：
通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流；
通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流；
通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流；
确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
或者，以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
4.根据权利要求3所述的串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障，包括：
监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值；
在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
5.根据权利要求4所述的串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组，包括：
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
6.根据权利要求5所述的串补电容器元件故障监测方法，其特征在于，根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组，包括：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小，则确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组；
若不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大，则确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
7.一种串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，应用于一种由连接成H形电桥的4个电容器组组成的串补装置，其中所述4个电容器组中的第一电容器组和第三电容器组串联形成一个支路，第二电容器组和第四电容器组串联形成另一个支路；
所述串补电容器元件故障监测装置包括：
数据获取单元，用于获取串补装置在初始状态下的H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，并确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
监测单元，用于监测所述不平衡电流，在所述不平衡电流满足预先设置的故障条件时，确定电容器组存在元件故障；
相位判断单元，用于根据不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系，以及不平衡电流的变化，对串补装置进行相位判断，确定疑似存在元件故障的两个电容器组；
支路电流差判断单元，用于根据H形电桥两个支路电流的差值变化，对串补装置进行支路电流差判断，从疑似存在元件故障的两个电容器组中确定存在元件故障的一个电容器组。
8.根据权利要求7所述的串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，还包括：
数据记录单元，用于记录发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流。
9.根据权利要求8所述的串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，在H形电桥两个支路或两个支路的任一条支路上设置有支路电流互感器；
所述数据获取单元，具体用于：通过设置于串补装置中的总电流互感器获取H形电桥总电流；通过所述支路电流互感器确定H形电桥两个支路电流；通过设置于串补装置中的不平衡电流互感器获取所述不平衡电流；确定所述不平衡电流和H形电桥总电流的相位差，并根据所述相位差确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系；
或者，以本次监测的上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位，以及H形电桥总电流、H形电桥两个支路电流以及H形电桥两个支路之间的不平衡电流，作为本次监测的初始状态；根据上一次记录的发生故障后的串补装置的不平衡电流和H形电桥总电流的相位确定不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系。
10.根据权利要求9所述的串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，所述监测单元，具体用于监测所述不平衡电流，确定所述不平衡电流相对于H形电桥总电流的第一标幺值；在所述第一标幺值的变化量大于等于电容器元件击穿时的变化值时，确定电容器组存在元件击穿故障。
11.根据权利要求10所述的串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，所述相位判断单元，具体用于：
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组或第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，且所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组或第四电容器组。
12.根据权利要求11所述的串补电容器元件故障监测装置，其特征在于，所述支路电流差判断单元，具体用于：
确定H形电桥两个支路电流的差值相对于H形电桥总电流的第二标幺值；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第一电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为反相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为同相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第二电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值增大，且所述第二标幺值减小时，确定存在元件故障的电容器组为第三电容器组；
在不平衡电流和H形电桥总电流的初始相位关系为同相，所述第一标幺值减小或不平衡电流和H形电桥总电流的相位关系变为反相，且所述第二标幺值增大时，确定存在元件故障的电容器组为第四电容器组。
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