CN110672963B - 一种双y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，所述方法包括：步骤1：测量并联电容器组三相电压和中性点不平衡电流相量；步骤2：根据步骤1的测量结果，判断并联电容器组内部是否存在故障或缺陷；若不存在故障或缺陷，则电容器组处于正常状态，若存在故障或缺陷，则执行步骤3；步骤3：对并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置进行判断；步骤4：根据并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置判断并联电容器组是否能够继续运行，若否则对并联电容器组进行检修。本发明能够实现对电容器组内部故障和缺陷的定位和严重程度判断。

Description

一种双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化领域，具体涉及各电压等级变电站中的双Y型并联电容器组的故障在线监测判据构造和处置方法。
背景技术
高压并联电容器组是电力系统中的关键设备，承担着无功补偿和稳定系统电压的重要功能。高压并联电容器组是满载运行设备，额定电流较大，且电网无功动态调整时需要频繁投切电容器。长期的满负荷运行和频繁操作会导致电容设备老化、电容变形和容量变化，甚至会导致电容器组爆炸，严重威胁电力系统安全稳定运行。
目前，并联电容器组的在线监测和保护方法主要有依赖于不平衡电流法和参数测量法。
1)不平衡电流法。该方法通过测量中性点不平衡电流的大小判断电容器组内部是否存在故障或缺陷。然而，对于不平衡电流法而言，该方法可靠性较低，当保护动作时表明并联电容器组内部已发生了较为严重的缺陷或故障，无法实现对轻微故障的预先识别。另外，该方法无法直接反应并联电容器组内部缺陷的位置以及严重程度，故障发生后仍需要大量的试验测量工作来查找故障位置。
2)参数测量法。该方法通过定期预防性试验，测量并联电容器组电容值，进而反应电容器组的整体健康状态。然而，此方法需要将电容器组退出运行后进行离线测量，并且同样存在无法判别故障位置的问题。另外停电测试中所使用的测量电压值远低于实际运行电压，无法真实反应并联电容器组在实际运行工况下的健康状态。
此外，现有方法均未考虑到实际运行中并联电容器组参数与设计值存在偏差的情况。因此，无法实现对电容器组内部故障和缺陷的定位和严重程度判断。
发明内容
针对现有双Y型并联电容器组的缺陷，本发明利用中性点不平衡电流的幅值和相位，提出一种双Y型并联电容器组的在线故障检测及处置方法，旨在解决现有方法无法判断故障及缺陷的位置和严重程度的技术问题。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，所述方法包括：
步骤1：测量并联电容器组三相电压和中性点不平衡电流相量；
步骤2：根据步骤1的测量结果，判断并联电容器组内部是否存在故障或缺陷；若不存在故障或缺陷，则电容器组处于正常状态，若存在故障或缺陷，则执行步骤3；
步骤3：对并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置进行判断；
步骤4：根据并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置判断并联电容器组是否能够继续运行，若否则对并联电容器组进行检修。
优选的，双Y型并联电容器组包括第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂的等效电容由若干电容单元通过串并联构成。
优选的，所述步骤1具体包括：测量获取并联电容器组三相母线电压
Figure BDA0002245018750000021
和中性点不平衡电流
Figure BDA0002245018750000022
优选的，中性点不平衡电流的门槛值为Ithreshold，当中性点不平衡电流幅值
Figure BDA0002245018750000023
大于Ithreshold时，则判定并联电容器组内部存在故障或缺陷。
优选的，并联电容器组的故障或缺陷的程度判断包括：并联电容器组内部发生10％，20％，30％，……程度的故障和缺陷后，所对应的中性点不平衡电流分别为
Figure BDA0002245018750000024
通过比较中性点不平衡电流幅值
Figure BDA0002245018750000025
与
Figure BDA0002245018750000026
则能够确定并联电容器组内部故障或缺陷的严重程度。
优选的，并联电容器组的故障或缺陷的位置判断包括：
获得并联电容器组的简化等效电路；
基于并联电容器组的简化等效电路，建立方程组，求解方程组获得故障或缺陷位置与相角之间的对应关系；根据相角获得故障或缺陷位置。
优选的，所述方程组为：
Figure BDA0002245018750000027
其中，ZLa为电容器组A相等效感抗值，ZLb为电容器组B相等效感抗值，ZLc为电容器组C相等效感抗值，ZCa为电容器组A相等效容抗值，ZCb为电容器组B相等效容抗值，ZCc为电容器组C相等效容抗值，
Figure BDA0002245018750000028
分别为网孔电流，
Figure BDA0002245018750000029
分别为并联电容器组母线三相电压。
优选的，故障或缺陷位置与相角之间的对应关系为：
当相角关系为
Figure BDA00022450187500000210
故障位置位于第二桥臂C相；
当相角关系为
Figure BDA00022450187500000211
故障位置位于第一桥臂B相；
当相角关系为
Figure BDA00022450187500000212
故障位置位于第二桥臂B相；
当相角关系为
Figure BDA00022450187500000213
故障位置位于第一桥臂A相；
当相角关系为
Figure BDA0002245018750000031
故障位置位于第二桥臂A相；
当相角关系为
Figure BDA0002245018750000032
故障位置位于第一桥臂C相；
其中，
Figure BDA0002245018750000033
为相角偏差裕度，
Figure BDA0002245018750000034
的相角分别为
Figure BDA0002245018750000035
分别为并联电容器组母线三相电压，
Figure BDA0002245018750000036
为中性点不平衡电流。
根据上述步骤确定故障或缺陷的位置和严重程度后，可根据实际需求进行处置。对于电容器组内部轻微故障或缺陷，可不立即切除电容器组，当故障或缺陷进一步发展后，再根据运行计划安排电容器组退运检修；对于电容器组内部严重故障或缺陷，则立即安排电容器组停电检修。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明能够实现对电容器组内部故障和缺陷的定位和严重程度判断。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中并联电容器组结构示意图；
图2是本申请中并联电容器组等效电路图；
图3是本申请中不同故障和缺陷下的中性点不平衡电流分布情况示意图；
图4是本申请中电容器组故障在线监测及处置方法流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例提供了一种双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，包括：
(1)并联电容器组三相电压和中性点不平衡电流相量测量：
测量获取并联电容器组三相母线电压
Figure BDA0002245018750000037
和中性点不平衡电流
Figure BDA0002245018750000038
双Y型并联电容器组结构示意图如图1所示。
如图1中所示，双Y型并联电容器组包括1、2两个桥臂，
Figure BDA0002245018750000039
分别为并联电容器组母线三相电压，
Figure BDA0002245018750000041
分别为三相电流，
Figure BDA0002245018750000042
为中性点不平衡电流，
Figure BDA0002245018750000043
Figure BDA0002245018750000044
分别为两桥臂上的各相电流。其中
Figure BDA0002245018750000045
可通过测量得到。Ca1、Cb1、Cc1分别为1桥臂上a/b/c三相的等效电容值，Ca2、Cb2、Cc2分别为2桥臂上a/b/c三相的等效电容值，La、Lb、Lc分别为a/b/c三相的电抗器，每个桥臂的等效电容由若干小电容单元通过串并联构成，如图1中虚线框所示。
(2)判断并联电容器组内部是否存在故障或缺陷：
中性点不平衡电流的门槛值为Ithreshold，当中性点不平衡电流幅值
Figure BDA0002245018750000046
大于Ithreshold时，可判定并联电容器组内部存在故障或缺陷。
(3)故障或缺陷程度判断：
电容器组内部发生10％，20％，30％，……程度的故障和缺陷后，所对应的中性点不平衡电流分别为
Figure BDA0002245018750000047
通过比较中性点不平衡电流幅值
Figure BDA0002245018750000048
与
Figure BDA0002245018750000049
Figure BDA00022450187500000410
可确定电容器组内部故障或缺陷的严重程度。需要说明的是，对故障或缺陷严重程度的判断精度可根据实际需求进行调整，上述内容中以10％精度为例进行说明。
(4)故障或缺陷位置判断：
Figure BDA00022450187500000411
的相角分别为
Figure BDA00022450187500000412
故障或缺陷位置与相角之间的关系表1所示。
表1
Figure BDA00022450187500000413
其中
Figure BDA00022450187500000414
为相角偏差裕度，其取值范围为：
Figure BDA00022450187500000415
相角偏差裕度的大小与系统参数、电能质量和电容器组参数精度有关。理想情况下，系统参数对称，系统三相电压对称，电容器组三相参数对称时，
Figure BDA0002245018750000051
为0。实际运行时，
Figure BDA0002245018750000052
的数值可根据现场需求设置。
图1中所示的并联电容器组的简化等效电路图如图2所示。
图2中，La、Lb、Lc分别为a/b/c三相的电抗器，Ca、Cb、Cc分别为并联电容器组的各相等效电容，
Figure BDA0002245018750000053
分别为网孔电流，可列写如下方程组：
Figure BDA0002245018750000054
求解该方程组可得到如表1中所示的故障位置与中性点不平衡电流相角关系。
(5)故障或缺陷处置：
根据上述步骤确定故障或缺陷的位置和严重程度后，可根据实际需求进行处置。对于电容器组内部轻微故障或缺陷，可不立即切除电容器组，当故障或缺陷进一步发展后，再根据运行计划安排电容器组退运检修；对于电容器组内部严重故障或缺陷，则立即安排电容器组停电检修。
以系统及设备参数如表2中所示的电容器组参数为例，考虑到系统和设备参数偏差下的不同电容器组内部故障或缺陷各进行1000次仿真计算的中性点不平衡电流分布结果如图3所示。
表2并联电容器组基本参数表
Figure BDA0002245018750000055
表2中n为桥臂序号，
Figure BDA0002245018750000056
代表abc三相，
Figure BDA0002245018750000057
为母线相电压的最大偏差，
Figure BDA0002245018750000058
为实际桥臂电容器等效电容值与设计值的最大偏差，Ca1、Cb1、Cc1、Ca2、Cb2、Cc2分别为两桥臂三相设计等效电容值，Uan、Ubn、Ucn分别为母线额定运行电压，La、Lb、Lc分别为a/b/c三相的电抗器，以a相为例，其母线电压变化范围为Uan+ΔUa，a相各桥臂电容器组等效电容变化范围为Ca1+ΔCa1、Ca2+ΔCa2。
图3中，虚线同心圆圆1～圆3与相量a1～c2交点分别为参数对称的理想情况下的1～3个小电容击穿短路严重缺陷后的中性点不平衡电流相量。与理想情况相比，考虑参数不对称后的中性点不平衡电流分布区域面积明显增大，且被击穿电容数量越多，中性点不平衡电流分布越分散。
电容器组在线监测及处置方法流程图如图4所示。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：测量并联电容器组三相电压和中性点不平衡电流相量；
步骤2：根据步骤1的测量结果，判断并联电容器组内部是否存在故障或缺陷；若不存在故障或缺陷，则电容器组处于正常状态，若存在故障或缺陷，则执行步骤3；
步骤3：对并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置进行判断；
步骤4：根据并联电容器组的故障或缺陷的程度和位置判断并联电容器组是否能够继续运行，若否则对并联电容器组进行检修；
所述并联电容器组的故障或缺陷的位置判断包括：
获得并联电容器组的简化等效电路；
基于并联电容器组的简化等效电路，建立方程组，求解方程组获得故障或缺陷位置与相角之间的对应关系；根据相角获得故障或缺陷位置；
所述方程组为：
Figure FDA0003247752240000011
其中，ZLa为电容器组A相等效感抗值，ZLb为电容器组B相等效感抗值，ZLc为电容器组C相等效感抗值，ZCa为电容器组A相等效容抗值，ZCb为电容器组B相等效容抗值，ZCc为电容器组C相等效容抗值，
Figure FDA0003247752240000012
分别为网孔电流，
Figure FDA0003247752240000013
分别为并联电容器组母线三相电压；
所述故障或缺陷位置与相角之间的对应关系为：
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000014
故障位置位于第二桥臂C相；
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000015
故障位置位于第一桥臂B相；
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000016
故障位置位于第二桥臂B相；
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000017
故障位置位于第一桥臂A相；
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000018
故障位置位于第二桥臂A相；
当相角关系为
Figure FDA0003247752240000019
故障位置位于第一桥臂C相；
其中，
Figure FDA00032477522400000110
为相角偏差裕度，
Figure FDA00032477522400000111
的相角分别为
Figure FDA00032477522400000112
Figure FDA00032477522400000113
分别为并联电容器组母线三相电压，
Figure FDA00032477522400000114
为中性点不平衡电流。
2.根据权利要求1所述的双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，其特征在于，双Y型并联电容器组包括第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂的等效电容由若干电容单元通过串并联构成。
3.根据权利要求1所述的双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：测量获取并联电容器组三相母线电压
Figure FDA0003247752240000021
和中性点不平衡电流
Figure FDA0003247752240000022
4.根据权利要求1所述的双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，其特征在于，中性点不平衡电流的门槛值为Ithreshold，当中性点不平衡电流幅值
Figure FDA0003247752240000023
大于Ithreshold时，则判定并联电容器组内部存在故障或缺陷。
5.根据权利要求1所述的双Y型并联电容器组的在线故障监测及处置方法，其特征在于，并联电容器组的故障或缺陷的程度判断包括：并联电容器组内部发生10％，20％，30％，……程度的故障和缺陷后，所对应的中性点不平衡电流分别为
Figure FDA0003247752240000024
通过比较中性点不平衡电流幅值
Figure FDA0003247752240000025
与
Figure FDA0003247752240000026
则能够确定并联电容器组内部故障或缺陷的严重程度。
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