CN109449887A - 电容器组支路阻抗特性监控系统 - Google Patents

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刘冰
吕立立
李晴晴
周长康
鲍锋
罗金珠
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/16—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for capacitors

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Abstract

电容器组支路阻抗特性监控系统，主要针对现有并联电容器装置器件级主保护无法解决的问题：各种类型的对称故障不能反应；受电压等级和接线方式的限制，通用性差；无法监控电容器电容值衰减以预防串联谐振；无法将并联电容器装置的所有主元器件纳入保护范畴。其解决方案主要为：通过特殊设计的放电线圈，逐相采集并联电容器和串联电抗器工作时的端电压，并自动计算其比值。同时将该值与额定值、初始值做比较，绘制出变化曲线。根据变化曲线，判断参数变化范围，以确定故障种类和故障状态。实现电容器容值偏离报警、串联电抗器匝间或层间短路跳闸、阻抗特性跳跃跳闸、放电线圈故障跳闸、电容器单元元件击穿跳闸，五种保护方式。

Description

电容器组支路阻抗特性监控系统
技术领域
电容器组支路阻抗特性监控系统，是并联电容器装置器件级主保护的一种，本身属电力系统继电保护技术和电气自动化技术范畴。
背景技术
现有并联电容器装置的器件级主保护形式主要有：开口三角电压保护、相电压差动保护、桥式差电流保护、中性点不平衡电流保护，四种形式。每种形式的保护装置所适应的电压等级、接线方式差别较大，保护范畴也不尽相同，但是都存在固有的难以改善的缺陷。
开口三角电压保护适用于6/10kV系统、单星型接法的并联电容器装置；保护范畴在一般情况下仅包含并联电容器，只有当串联电抗器置于中性点侧时，保护范畴才包含串联电抗器在内；其固有缺陷主要表现为：①三相电容器对称故障时不能反应②难以与内置内熔丝的并联电容器配合③系统三相不平衡度及采样电压互感器三相性能差异都会影响其灵敏度④无法将并联电容器装置的所有主元器件纳入保护范畴⑤无法监控电容器容值衰减，无法预防串联谐振。
相电压差动保护适用于35kV系统、每相有两个以上串联段组成的并联电容器装置；保护范畴仅包含并联电容器，放电线圈和串联电抗器无法纳入保护范畴；其固有缺陷主要表现为：①同相的不同串联段对称故障时不能反应②电容器串联段越多，保护灵敏度越低③使用的采样设备较为复杂，特殊情况下需增设电压放大回路④无法将并联电容器装置的所有主元器件纳入保护范畴⑤无法监控电容器容值衰减，无法预防串联谐振。
桥式差电流保护适用于35kV及以上系统、电容器的串联段数为双数且能组成桥式电路的并联电容器装置；保护范畴仅包含并联电容器，放电线圈和串联电抗器无法纳入保护范畴；其固有缺陷主要表现为：①桥臂两侧发生对称故障时不能反应②为了耐受电容器故障时的涌放电流，其采用的电流互感器需采用加强绝缘型或者选择特殊变比的电流互感器③无法将并联电容器装置的所有主元器件纳入保护范畴④无法监控电容器容值衰减，无法预防串联谐振。
中性点不平衡电流保护适用于6/10/35kV系统、双星型接线的并联电容器装置；保护范畴在一般情况下仅包含并联电容器，只有当串联电抗器置于中性点侧时，保护范畴才包含串联电抗器在内；其固有缺陷主要表现为：①两组星型接线的电容器组发生对称故障时不能反应②接线过于繁琐，安装时需调整两组星型接线的电容器组的平衡度③为了耐受电容器故障时的涌放电流，其采用的电流互感器需采用加强绝缘型或者选择特殊变比的电流互感器④无法将并联电容器装置的所有主元器件纳入保护范畴⑤无法监控电容器容值衰减，无法预防串联谐振。
综上所述，现有的四种并联电容器装置的器件级主保护形式均存在电压等级和接线方式的适应性不强、对称故障不反应、保护范围较窄等缺陷。
发明内容
1、直击电容器组的故障根本，实时监控电容器组对外阻抗特性变化，不受任何系统因素的干扰，逐相监控保护，无惧任何形式的电容器组对称故障；
2、具备并联电容器电容值偏离额定值报警功能，实时监控并联电容器电容值变化，具有极强的故障/事故预判和防范能力；
3、监控保护范围涵盖电容器组所有主元器件，即：并联电容器、串联电抗器和放电线圈，具有电容器容值偏离报警、串联电抗器匝间或层间短路跳闸、阻抗特性跳跃跳闸、放电线圈故障跳闸、电容器单元元件击穿跳闸，五种保护措施；
4、自动计算电容器组支路实时阻抗，绘制变化曲线，并通过RS485、以太网等实时上传给上位机，为值班员掌控电容器组运行状态、停电检修计划等，提供及时有效的数据和报警信息；
5、放电线圈(电容器组支路阻抗特性监控系统专用)一次侧和二次侧均为双绕组(根据电抗率的差别，特殊设计其匝数比)，便于阻抗特性监控系统完成电压采样；
6、不受电压等级和并联电容器装置接线方式的限制，可应用于低压并联电容器装置的器件级微机保护。
附图说明
图1为开口三角电压保护接线原理图
图2为相电压差动保护接线原理图
图3为桥式差电流保护接线原理图
图4为中性点不平衡保护接线原理图
图5为电容器组支路阻抗特性监控系统保护接线原理图
图6为电容器组支路阻抗特性监控系统接线端子图
图7为电容器组支路阻抗特性监控系统整体方案设计框图
图8为电容器组支路阻抗特性监控系统外观尺寸图
图9为电容器组之路阻抗特性监控系统专用放电线圈外观尺寸图
具体实施方式
对于并联电容器装置来说，任何事故的发生都是从某一个单元元件被击穿或者电容器容值衰减开始的；除了极个别的，因系统电压瞬间大幅度升高，导致电容器被贯穿性击穿的事故外，其他任何事故的发展过程都伴随着电容器组对外阻抗的变化；所以，能否及时发现并联电容器装置单元元件击穿、能否实时监控电容器容值衰减和电容器组对外阻抗的变化，是能否防止故障扩大为事故，乃至预防事故发生的根本。
本发明直击电容器组的故障状态发展为事故状态的根本，实时监控电容器容值衰减和电容器组对外阻抗特性变化，具有极高的灵敏度和选择性，正确判断电容器组故障状态，并及时发出保护报警或保护跳闸信号。具体实施方式如下：
1、模拟量采样：并联电容器和串联电抗器的端电压(相电压)。
2、保护接线：
2.1对于1.14kV及以上电压等级的并联电容器装置来说，由于电压等级较高，需采用外接采样电压互感器(兼做放电线圈)，将较高的电压降低到适合本发明工作的低电压。保护接线时，仅需将放电线圈一次侧的大小两个绕组分别对应并联接入电容器和电抗器两端，再将二次绕组对应接入电容器组支路阻抗特性监控系统相应接线端子即可；
2.2对于1.14kV以下电压等级的并联电容器装置来说，电容器大多采用三角形接法，无需外加电压互感器，直接将电容器组任意一相电容器线电压(与相电压相等)和串联电抗器三相相电压对应接入本发明相应接线端子。
3、参数设定：额定电抗率；每相串联电容器数量；每相并联电容器数量接线方式(Y/D)；单只电容内部串段数；每相电容器额定容量(单位kvar)；电容器额定相电压(单位kV)。
4、保护逻辑：
4.1本发明会根据所设定的参数，自动计算初始γ值(电容器组阻抗特性的具体表现形式，定义为并联电容器端电压与串联电抗器端电压的比值)、初始基频感抗值、容抗值、电容器电容值偏离报警定值γ1、串联电抗器匝间或层间短路保护跳闸定值γ2、放电线圈故障保护跳闸定值γ3、电容器单元元件击穿保护跳闸定值γ4；
4.2当γ值发生变化时，系统自动记录变化时间、自动计算每一个变化点对应的支路基频阻抗值；
4.3当γ值≧γ1，γ1与初始γ值的差＜0.5，且不呈现跳跃性，系统判定电容器电容值与额定值相比发生了较大偏离。此时，系统将发出无延时的声光报警信号，同时将保护报警信息上传上位机，提醒值班员对相应电容器组的电容值进行检测，并更换故障元件；
4.4当γ值发生＞5的跳跃变化时，系统判定电容器组突发贯穿性击穿事故或放电线圈匝间过流开路，将发出无延时的分闸命令，直接切除整条电容器组支路，并闭锁该支路合闸出口；
4.5当γ值≧γ2，γ2与初始γ值的差在0.5～0.9之间，且呈现跳跃性，系统判定串联电抗器匝间或层间短路故障发生。此时，系统将发出无延时的分闸命令，直接切除整条电容器组支路，闭锁该支路合闸出口；
4.6当γ值≧γ3，γ3与初始γ值的差在0.9～1.3之间，且呈现跳跃性，系统判定放电线圈故障。此时，系统将发出无延时的分闸命令，直接切除整条电容器组支路，闭锁该支路合闸出口；
4.7当γ值≧γ4，γ4与初始γ值的差在1.3～2.3之间，且呈现跳跃性，系统判定并联电容器电源元件击穿故障发生。此时，系统将发出无延时的分闸命令，直接切除整条电容器组支路，闭锁该支路合闸出口；
4.8系统会定期或实时(可设定)向上位机发送γ和基频阻抗变化值，每一个声光报警或跳闸命令发出的同时，向上位机发出相应的保护动作信息。

Claims (3)

1.电容器组支路阻抗特性监控系统的特征在于：①直击电容器组的故障根本，实时监控电容器组对外阻抗特性变化，不受任何系统因素的干扰，逐相监控保护，无惧任何形式的电容器组对称故障；②具备并联电容器电容值偏离额定值报警功能，实时监控并联电容器电容值变化，具有极强的故障/事故预判和防范能力；③监控保护范围涵盖电容器组所有主元器件，即：并联电容器、串联电抗器和放电线圈，具有电容器容值偏离报警、串联电抗器匝间或层间短路跳闸、阻抗特性跳跃跳闸、放电线圈故障跳闸、电容器单元元件击穿跳闸，五种保护措施；④自动计算电容器组支路实时阻抗，绘制变化曲线，并通过RS485、以太网等实时上传给上位机，为值班员掌控电容器组运行状态、停电检修计划等，提供及时有效的数据和报警信息；⑤放电线圈一次侧和二次侧均为双绕组(根据电抗率的差别，特殊设计其匝数比)，便于阻抗特性监控系统完成电压采样；⑥不受电压等级和并联电容器装置接线方式的限制，可应用于低压并联电容器装置的器件级微机保护。
2.权利要求1里面提及的电容器组支路阻抗特性监控系统所具备的几大优势，是现行任何国家或行业标准所推荐的电容器组保护形式所不具备的。尤其是其无惧任何形式的电容器组对称故障、极强的故障/事故预判和防范能力、监控保护范围涵盖电容器组所有主元器件，三大特点是本文权利要求的重点。
3.在单组并联电容器串并联数量较多或并联电容器装置运行电压较高(35kV及以上)的情况下，可以通过修改电容器组支路阻抗特性监控系统的保护定值，增强其灵敏性、可靠性、选择性和速动性。
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