CN109917222B - 一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电容组件在线监测与健康状态诊断技术，具体涉及一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置及方法，该方法包括如下步骤：1）通过带滤波装置的高精度电流互感器和电压端口线采集智能电容输出线上的电流、电压信号；2）使用前端智能检测与数据采集装置对信号进行时间匹配；3）前端智能检测与数据采集装置对匹配后的电压、电流数据进行压缩和加密；4）使用GPRS无线网络将压缩加密后的数据传回监测中心系统服务器上；5）后端综合监控中心对从监测中心系统服务器得到的数据进行匹配计算和统计分析，得到智能电容及投切部件的运行情况及健康状态。该方法可为配电网智能电容及投切部件运行情况监测及健康状态判断提供有效参考。

Description

一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置及方法

技术领域

本发明属于电容组件在线监测与健康状态诊断技术领域，尤其涉及一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置及方法。

背景技术

电力系统中，通常都需要根据配电变压器的容量、负荷的性质以及去电用户对电能质量的要求配置一定容量的无功补偿装置。目前广泛采用的无功补偿装置采用电容为基础，使用接触器、复合开关、晶闸管等做为投切部件。电容的投切操作由现地装置根据需要完成控制，属于一种离线的控制模式，使用者在不进行巡视和检查的情况下无法知道电容和投切开关的工作情况以及健康状态，只能等到补偿系统出现故障或者事故的时候才能完成更换或者维修。事后更换不仅无形延长了停电时间，也增加了维修成本和工作量，因此提出新的方法和装置对电容组件和投切部件进行综合性的在线监测与健康状态诊断，预知组件故障和健康状态及发展趋势，提前制定修理、更换、维护计划具有十分重要的意义。

传统的维修、更换、维护都是采用定期的制定计划来完成或者当系统发生组件短路、电容爆炸、配电系统停电故障等情况后才来完成，定期维护、更换浪费大量的人力、物力和资金，同时长期的无功补偿停止造成了配电系统无功缺乏，影响系统稳定运行和安全。而事故后的维修，不仅时效性严重落后，而且延长停电时间，严重的甚至产生大范围的停电以及人身伤亡事件。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种当发现电容或投切部件的健康状况发生劣化时，及时给出报警并指导运行、维护人员及时检查原因，提前解决的装置。

本发明的第一个目的是提供一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法。

为实现上述目的，本发明采用和技术方案是：一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置，包括低压智能电容组件，低压智能电容组件连接低压无功补偿投切组件，再通过电容输出线连接于低压配电端母排上，电容输出线上套接高精度电流互感器和电压端子，高精度电流互感器依次连接带通滤波电路装置、前端智能检测与数据采集装置、工频滤波装置；高精度电流互感器、电压端子与前端智能检测与数据采集装置之间，以及前端智能检测与数据采集装置与工频滤波装置之间均采用屏蔽电缆连接；前端智能检测与数据采集装置连接GPRS通讯天线和装置发送端，通过GPRS无线通讯网络与GPRS通讯天线和装置接收端连接，GPRS通讯天线和装置接收端与监测中心系统服务器连接，监测中心系统服务器连接后端综合监控中心。

一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法，包括以下步骤：

步骤1、在配电终端低压侧使用高精度电流互感器和电压端子，采集无功补偿电容输出的电流、电压信号；

步骤2、采集得到的电流、电压信号通过滤波后输入到前端智能检测与数据采集装置；

步骤3、前端智能检测与数据采集装置接收到电流、电压信号后，进行时间匹配使得每相电流、电压信号均包含时间信息；

步骤4、前端智能检测与数据采集装置每采集20个工频周期的电容电流、电压信号后，将所采集得到并进行时间匹配的电流、电压数据进行压缩加密形成数据包；

步骤5、前端智能检测与数据采集装置将得到的数据包通过GPRS无线网络传送至监测中心系统服务器存储；同时删除前端智能检测与数据采集装置上的数据；

步骤6、后端综合监测中心从监测中心系统服务器上读取前端智能检测与数据采集装置所传送的数据包，解密、解压缩后进行解析分析；得到各个智能电容及投切部件的运行状况及健康状态；

步骤7、针对各个智能电容及投切部件的异常运行状况和非健康状况发出警告。

在上述的电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法中，步骤6的实现包括以下步骤：

步骤6.1、后端综合监测中心对所得到的数据包进行匹配计算，得到各个智能电容及投切部件的运行状况的判断库；

1)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则投切组件击穿损坏；

2)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，则投切组件短路故障；

3)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C＝0、电容电流I_C＝0，则电容组件击穿损坏；

4)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则电容组件短路故障；

5)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，电容及投切组件工作正常；

步骤6.2、后端综合监测中心对所得到电流数据进行统计分析并与功率因素合并分析，得到电容健康状态判断库；

6)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＜后周期电流积分q_t，则电容组件及投切组件状态健康；

7)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＞后周期电流积分q_t，则电容组件健康状态劣化；

8)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＝后周期电流积分q_t，则投切组件状态劣化。

在上述的电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法中，步骤7的实现包括针对异常运行状况和非健康状况发出警告并预警提示运行、维护人员；

步骤7.1、若电容组件或投切组件健康状态劣化，则显示劣化数据通知运行人员增加巡视频次；

步骤7.2、若电容组件或投切组件损坏，则显示损坏组件数据并发出警告，通知维修人员检查更换；

步骤7.3、若电容组件、投切组件正常，则维持原运行状态，给出运行状态及健康状况显示。

本发明的有益效果：可实现在线监测智能电容组件运行状态及健康状态，实时显示电容组件及投切组件的状态数据及健康状况变化趋势，为运行人员提供维护依据和提前制定更换、维修计划，为智能配电无功补偿监测和健康状态评估技术提供有效参考。

附图说明

图1为本发明所涉及的电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置连接和后端综合监控中心的数据通道示意图；

其中，1-低压配电端母排，2-高精度电流互感器，3-带通滤波电路装置，4-屏蔽电缆，5-前端智能检测与数据采集装置，6-工频滤波装置，7-GPRS通讯天线和装置发送端，8-GPRS无线通讯网络，9-GPRS通讯天线和装置接收端，10-监测中心系统的服务器，11-后端综合监控中心，12-低压智能电容组件，13-低压无功补偿投切组件；

图2为本发明一个实施例所涉及前端智能检测与数据采集装置的工作流程图；

图3为本发明一个实施例所涉及的后端综合监控中心的计算和分析流程图；

图4为本发明一个实施例所涉及的电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法计算流程和逻辑分析树。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例根据电容组件和投切部件上的电压、电流信号以及GPRS时间信息，采用实时在线的方式监测电容组件、投切部件的运行状态和健康状况。根据电压、电流信息，电容无功输出信息，实时功率因素与预期功率因素之间的关系综合判断电容组件和投切部件的运行状况，发现电容或者投切部件损坏后及时发出警报指导完成维修或者更换。另一方面，使用实时功率因素与预期功率因素之间的关系，电容无功输出总量和电流输出数值的累计变化情况诊断电容的健康状况和后期的发展趋势。当发现电容或投切部件的健康状况发生劣化时，及时给出报警并指导运行、维护人员及时检查原因，提前解决，防止设备整体的损坏和危及低压供电系统的安全。该方法可以完成电容组件的综合在线监测以及电容健康状态的诊断，为无功补偿设备的监测和提前预测电容健康劣化提供有效参考。

本实施例通过以下技术方案来实现，如图1所示，一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断装置，包括低压配电端母排1，高精度电流互感器2，带通滤波电路装置3，屏蔽电缆4，前端智能检测与数据采集装置5，工频滤波装置6，GPRS通讯天线和装置发送端7，GPRS无线通讯网络8，GPRS通讯天线和装置接收端9，监测中心系统的服务器10，后端综合监控中心11，低压智能电容组件12，低压无功补偿投切组件13。低压智能电容组件连接低压无功补偿投切组件，再通过电容输出线连接于低压配电端母排上，电容输出线上套接高精度电流互感器和电压端子，高精度电流互感器依次连接带通滤波电路装置、前端智能检测与数据采集装置、工频滤波装置；高精度电流互感器、采集端子与前端智能检测与数据采集装置之间，以及前端智能检测与数据采集装置与工频滤波装置之间均采用屏蔽电缆连接；前端智能检测与数据采集装置连接GPRS通讯天线和装置发送端，通过GPRS无线通讯网络与GPRS通讯天线和装置接收端连接，GPRS通讯天线和装置接收端与监测中心系统服务器连接，监测中心系统服务器连接后端综合监控中心。

一种电容组件综合在线监测与健康状态诊断方法，步骤如下，

1)在配电终端低压侧使用带滤波装置的高精度电流互感器和电压端口采集无功补偿电容输出的电流、电压波形；2)前端智能检测与数据采集装置对采集到的电容输出电压和电流信号进行时间匹配；3)每采集20个工频周期后将匹配完成的电压、电流数据进行压缩加密；4)使用GPRS无线网络将压缩加密后的数据传回监测中心系统的服务器上进行存储。

而且，后端综合监测中心对从监测中心系统的服务器得到的数据进行匹配计算，得到各个智能电容及投切部件的运行情况正常与否判断库；

a.际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则投切组件击穿损坏；

b.际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，则投切组件短路故障；

c.际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C＝0、电容电流I_C＝0，则电容组件击穿损坏；

d.际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则电容组件短路故障

e.际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，电容及投切组件工作正常

而且，后端综合监测中心对得到电流数据进行统计分析并与功率因素等数据合并分析，得到电容健康状态判断库；

f.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＜后周期电流积分q_t，则电容组件及投切组件状态健康；

g.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＞后周期电流积分q_t，则电容组件健康状态劣化；

h.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＝后周期电流积分q_t，则投切组件状态劣化；

而且，针对异常运行状况和非健康状况发出警告并预警提示运行、维护人员。

i.若电容组件或投切组件健康状态劣化，则显示劣化数据通知运行人员增加巡视频次；

j.若电容组件或投切组件损坏，则显示损坏组件数据并发出警告，通知维修人员检查更换；

k.若电容组件、投切组件正常，则维持原运行状态，给出运行状态及健康状况显示；

具体实施时，如图2所示，前端智能检测与数据采集装置的工作流程图。

i.在配电终端低压侧每台电容配备3个高精度电流互感器和3个电压端子，高精度电流互感器套接在电容输出线上，电压端子直接与电容端子连接，采集每台电容上的电流、电压波形。

ii.采集得到的电流、电压波形通过滤波装置进行滤波后输入到前端智能检测与数据采集装置。

iii.前端智能检测与数据采集装置接收到电流、电压波形后，对信号进行时间匹配使得每相电流、电压信号均包含时间信息。

iv.前端智能检测与数据采集装置每采集20个工频周期的电容电流、电压信号后，将所采集得到并进行时间匹配的电流、电压数据进行压缩加密形成加密数据包。

v.前端智能检测与数据采集装置将得到的加密数据包通过GPRS无线网络传送至后端综合监控中心服务器进行存储，同时删除前端智能检测与数据采集装置上的数据。

如图3所示，后端综合监控中心的计算和分析流程图；

vi.后端综合监测中心系统软件从中心服务器上读取前端智能检测与数据采集装置所传送的数据包，解密、解压缩后进行解析分析。

vii.综合监控中心对得到的数据进行匹配计算，得到各个智能电容及投切部件的运行情况正常与否判断库。

viii.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则投切组件击穿损坏。

ix.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，则投切组件短路故障。

x.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C＝0、电容电流I_C＝0，则电容组件击穿损坏。

xi.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则电容组件短路故障。

xii.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，电容及投切组件工作正常。

xiii.综合监控中心对得到电流数据进行统计分析并与功率因素等数据合并分析，得到电容健康状态判断库。

xiv.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＜后周期电流积分q_t，则电容组件及投切组件状态健康。

xv.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＞后周期电流积分q_t，则电容组件健康状态劣化。

xvi.实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＝后周期电流积分q_t，则投切组件状态劣化。

xvii.针对异常运行状况和非健康状况发出警告并预警提示运行、

维护人员。

xviii.若电容组件或投切组件健康状态劣化，则显示劣化数据通知运行人员增加巡视频次。

xix.若电容组件或投切组件损坏，则显示损坏组件数据并发出警告，通知维修人员检查更换。

xx.若电容组件、投切组件正常，则维持原运行状态，给出运行状态及健康状况显示。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种电容组件综合在线监测与健康状态的诊断方法，包括低压智能电容组件，低压智能电容组件连接低压无功补偿投切组件，再通过电容输出线连接于低压配电端母排上，电容输出线上套接高精度电流互感器和电压端子，高精度电流互感器依次连接带通滤波电路装置、前端智能检测与数据采集装置、工频滤波装置；高精度电流互感器、电压端子与前端智能检测与数据采集装置之间，以及前端智能检测与数据采集装置与工频滤波装置之间均采用屏蔽电缆连接；前端智能检测与数据采集装置连接GPRS通讯天线和装置发送端，通过GPRS无线通讯网络与GPRS通讯天线和装置接收端连接，GPRS通讯天线和装置接收端与监测中心系统服务器连接，监测中心系统服务器连接后端综合监控中心；其特征是，该诊断方法包括以下步骤：

步骤1、在配电终端低压侧使用高精度电流互感器和电压端子，采集无功补偿电容输出的电流、电压信号；

步骤2、采集得到的电流、电压信号通过滤波后输入到前端智能检测与数据采集装置；

步骤3、前端智能检测与数据采集装置接收到电流、电压信号后，进行时间匹配使得每相电流、电压信号均包含时间信息；

步骤4、前端智能检测与数据采集装置每采集20个工频周期的电容电流、电压信号后，将所采集得到并进行时间匹配的电流、电压数据进行压缩加密形成数据包；

步骤5、前端智能检测与数据采集装置将得到的数据包通过GPRS无线网络传送至监测中心系统服务器存储；同时删除前端智能检测与数据采集装置上的数据；

步骤6、后端综合监测中心从监测中心系统服务器上读取前端智能检测与数据采集装置所传送的数据包，解密、解压缩后进行解析分析；得到各个智能电容及投切部件的运行状况及健康状态；

步骤7、针对各个智能电容及投切部件的异常运行状况和非健康状况发出警告；

步骤6的实现包括以下步骤：

步骤6.1、后端综合监测中心对所得到的数据包进行匹配计算，得到各个智能电容及投切部件的运行状况的判断库；

1)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则投切组件击穿损坏；

2)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，则投切组件短路故障；

3)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C＝0、电容电压U_C＝0、电容电流I_C＝0，则电容组件击穿损坏；

4)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C＝0，则电容组件短路故障；

5)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、电容输出无功功率Q_C≠0、电容电压U_C≠0、电容电流I_C≠0，电容及投切组件工作正常；

步骤6.2、后端综合监测中心对所得到电流数据进行统计分析并与功率因素合并分析，得到电容健康状态判断库；

6)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＜后周期电流积分q_t，则电容组件及投切组件状态健康；

7)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＞后周期电流积分q_t，则电容组件健康状态劣化；

8)实际功率因素cosΦ_t＜设定功率因素cosΦ₀、前周期电流积分q₀＝后周期电流积分q_t，则投切组件状态劣化。

2.如权利要求1所述的电容组件综合在线监测与健康状态的诊断方法，其特征是，步骤7的实现包括针对异常运行状况和非健康状况发出警告并预警提示运行、维护人员；

步骤7.1、若电容组件或投切组件健康状态劣化，则显示劣化数据通知运行人员增加巡视频次；

步骤7.2、若电容组件或投切组件损坏，则显示损坏组件数据并发出警告，通知维修人员检查更换；

步骤7.3、若电容组件、投切组件正常，则维持原运行状态，给出运行状态及健康状况显示。

Images