CN111638401A - 一种电容器在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容器在线监测系统及方法，系统包括采集部、云采集服务器和后台服务器，采集部设置在所述电容器的电路结构上，用于获取电容器运行参数；云采集服务器与所述采集部通讯连接，并用于接收所述采集部获取的电容器运行参数；后台服务器与所述云采集服务器通讯连接，用于接收所述云采集服务器的数据并进行存储和处理；其中，所述后台服务器依据获取的数据来分析电容器运行规律，综合评估电容器的运行状态。本发明将电力电容器运行生态进行评估，更为有效地评判电容器运行状态，应用电容器电容量变化率来进行电容器在线监测，兼顾系统准确性与经济性，同时监测电容器谐波电流及断电残压。

Description

一种电容器在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电容器监测技术领域，具体涉及一种电容器在线监测系统及方法。

背景技术

目前电力电容器广泛应用到电网系统中，涉及66kV、35kV、10kV等多个电压等级，电容器在高负荷时期实施电压调整起到重要的作用。电容值变化是影响电容器稳定运行的重要因素，目前是通过设备停电由工作人员手持电容表、电流表对电容器进行检测。

现有的技术中现场对电容器组进行测试，因每组电容器的单元数量多，测试时间较长，测试时需要电容器停电，周期性测量工作带来大量的停送电及安全措施的布置等工作量。电容器长时间通电运行后，电容器单元容值出现偏差的情况经常发生，容值超标后则触发电容器保护装置造成电容器跳闸。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种电容器在线监测系统及方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种电容器在线监测系统，包括：

采集部，设置在所述电容器的电路结构上，用于获取电容器运行参数；

云采集服务器，与所述采集部通讯连接，用于接收所述采集部获取的电容器运行参数；

后台服务器，与所述云采集服务器通讯连接，用于接收所述云采集服务器的数据并进行存储和处理，并依据获取的数据来分析电容器运行规律，综合评估电容器的运行状态。

作为本发明一种优选地方案，所述采集部包括用于监测电容器中断路器状态的断路检测元件，设置在电容器两端用于监测电压的电压传感器，以及设置在电容器引出线上用于监测电流的电流传感器。

作为本发明一种优选地方案，所述采集部还包括用于测量电容器中断路器温度和电抗器温度的测温传感器。

作为本发明一种优选地方案，所述测温传感器采用基于声表面波技术的无线无源测温传感器。

作为本发明一种优选地方案，所述采集部通过modbus协议采集数据。

作为本发明一种优选地方案，所述采集部通过Internet网络采用私有协议加密输送数据。

作为本发明一种优选地方案，所述云采集服务器对所述采集部输送的数据依次进行解析、处理和运算，传输至后台服务器。

作为本发明一种优选地方案，所述后台服务器对所述云采集服务器传输的数据分别进行数据库存储服务和数据清洗。

在本发明第二个方面，提供了一种电容器在线监测方法，包括如下步骤：

步骤100、在电容器中断路器上安装断路监测元件和测温传感器，且在电抗器上安装测温传感器；

步骤200、在电容器的两端并联电压传感器，在电容器出线端的引出线上连接电流传感器；

步骤300、设定工频下，电压相量为1∠0°，电抗器的感抗X_L＝5％Xc，根据电路定律对电容器所在支路进行向量分析，推导出如下方程：

其中S为电容容量，单位kVA；I为支路电流向量，单位A，U为支路电压，单位V；U_C为电容器端电压，单位V；

步骤400，依据电容器所在支路进行向量参数，获得电容容量变化率，进一步判断电容器的运行状态。

作为本发明一种优选地方案，所述步骤400包括：

步骤401、假设电容器所配套安装的差动保护装置在损坏m个(m不超过4)电容元件时即可动作，对电容元件损坏个数为1、2、3、4进行分析；

步骤402、若损坏1个电容元件，对应一种情况，即故障电容元件在某个并联串上；

若损坏2个电容元件：对应两种情况，2个电容元件同时坏在同一并联串上，或两个并联串上分别坏了1个电容元件；

若损坏3个电容元件:对应三种情况，3个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏2个电容元件，或3个并联串上各坏一个电容元件；

若损坏4个电容元件，则对应四种情况，4个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏3个电容元件，或2个并联串上各坏2个电容元件，或1个并联串上坏2个电容元件，另外2个并联串上各坏1个电容元件。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明将电力电容器运行生态进行评估，更为有效地评判电容器运行状态，应用电容器电容量变化率来进行电容器在线监测，兼顾系统准确性与经济性，同时监测电容器谐波电流及断电残压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的监测系统组成示意图；

图2为本发明实施方式中电容器的结构组成示意图；

图3为本发明实施方式中单个电容器内部结构示意图；

图4为本发明实施方式中电容器的原理图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

如图1至图4所示，本发明提供了一种电容器在线监测系统，包括：

采集部，设置在所述电容器的电路结构上，用于获取电容器运行参数；

云采集服务器，与所述采集部通讯连接，并用于接收所述采集部获取的电容器运行参数；

后台服务器，与所述云采集服务器通讯连接，用于接收所述云采集服务器的数据并进行存储和处理；

其中，所述后台服务器依据获取的数据来分析电容器运行规律，综合评估电容器的运行状态。

采集部包括用于监测电容器中断路器状态的断路检测元件，设置在电容器两端用于监测电压的电压传感器，以及设置在电容器引出线上用于监测电流的电流传感器。还包括用于测量电容器中断路器温度和电抗器温度的测温传感器。测温传感器采用基于声表面波技术的无线无源测温传感器。

通过这种分布方式，便于采集电容器谐波电流，做到电容器谐波电流监测，便于测量电容器断电后残压，做到电容器断电后残压监测，以及可方便稳定地采集电容器温度信号，进行有效分析评估。

采集部通过modbus协议采集数据；采集部通过Internet网络采用私有协议加密输送数据；云采集服务器对所述采集部输送的数据依次进行解析、处理和运算，传输至后台服务器；后台服务器对所述云采集服务器传输的数据分别进行数据库存储服务和数据清洗。

整个系统拓扑结构为通过各类探头收集数据，由综合主机(内置电容器监测分析判据)汇集、整理相关数据，通过网络上传数据至云采集服务器，通过云计算再进行数据综合分析，得出电容器运行状态评估，并将数据在计算机或移动终端上展示出来。

系统软件基于SOA架构设计，架构中的服务划分为不同组件或应用服务，支持分布式的部署及扩展，通过Nginx组件实现负载均衡。根据逻辑关联划分为：表现层、应用层和数据层。表现层负责系统与用户或者外部系统交互(APP、BS端、配置工具)；应用层是服务于表现层，主要实现业务逻辑处理满足表现层的需求(实时监控、运维作业管控、综合分析等)；数据层是负责系统数据的存储和处理。

整个系统将电容器的在线数据与离线数据进行综合分析，将历史数据与实时数据统一管理，服务于电容器全生命周期运维。

本发明还提供了一种电容器在线监测方法，以单个电容器为例，其内部结构如图3所示，其内部各电容单元以先并后串的形式构成，并在每个串段部分并联电阻，简化原理图如图4所示，包括如下步骤：

步骤100、在电容器中断路器上安装断路监测元件和测温传感器，且在电抗器上安装测温传感器；

步骤200、在电容器的两端并联电压传感器，在电容器出线端的引出线上连接电流传感器；

步骤300、设定工频下，电压相量为1∠0°，电抗器的感抗X_L＝5％Xc，根据电路定律对电容器所在支路进行向量分析，推导出如下方程：

其中S为电容容量，单位kVA；I为支路电流向量，单位A，U为支路电压，单位V；U_C为电容器端电压，单位V；

步骤400，依据电容器所在支路进行向量参数，获得电容容量变化率，进一步判断电容器的运行状态。

作为本发明一种优选地方案，所述步骤400包括：

步骤401、假设电容器所配套安装的差动保护装置在损坏m个(m不超过4)电容元件时即可动作，对电容元件损坏个数为1、2、3、4进行分析；

步骤402、若损坏1个电容元件，对应一种情况，即故障电容元件在某个并联串上；

若损坏2个电容元件：对应两种情况，2个电容元件同时坏在同一并联串上，或两个并联串上分别坏了1个电容元件；

若损坏3个电容元件:对应三种情况，3个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏2个电容元件，或3个并联串上各坏一个电容元件；

若损坏4个电容元件，则对应四种情况，4个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏3个电容元件，或2个并联串上各坏2个电容元件，或1个并联串上坏2个电容元件，另外2个并联串上各坏1个电容元件。

根据上述分类，进行计算并统计各种情况对应结果，可知：电容元件的损坏个数为1、2、3、4。

时，对应的电容容量变化率分别为33％、85％～98％、165％～230％、330％～450％，区间分隔显著，可作为有效判据。

综上，监测电容量变化率范围，可有效评估电容运行状态，且不用监测各电容器内部各电容单元，可有效节省资金，达到经济性和准确性有效平衡。

本发明将无线无源方式采集与电容器相连的电抗器及电容器本身的温度纳入监测范围，不再单独评估电力电容器，而是将电力电容器运行生态进行评估，更为有效地评判电容器运行状态。应用电容器电容量变化率来进行电容器在线监测，兼顾系统准确性与经济性。同时监测电容器谐波电流及断电残压。

本发明通过分析电容器运行规律，提出有效判据，结合电容器上加装探头，监测电容器电压、电流、温度等参量，根据所提出的判据，综合评估电力电容器运行状态，并将相应数据传输上云，可在计算机及移动终端上显示。工作人员无需进电容器室内。实现即时掌握电容器单元容值的变化，以及整组电容器容值变化趋势，提前开展干预性检修工作。即可提高工作效率，同时保证工作人员的安全，同时也降低设备的跳闸几率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电容器在线监测系统，其特征在于，包括：

采集部，设置在所述电容器的电路结构上，用于获取电容器运行参数；

云采集服务器，与所述采集部通讯连接，用于接收所述采集部获取的电容器运行参数；

后台服务器，与所述云采集服务器通讯连接，用于接收所述云采集服务器的数据并进行存储和处理，并依据获取的数据来分析电容器运行规律，综合评估电容器的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述采集部包括：用于监测电容器中断路器状态的断路检测元件，设置在电容器两端用于监测电压的电压传感器，以及设置在电容器引出线上用于监测电流的电流传感器。

3.根据权利要求2所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述采集部还包括用于测量电容器中断路器温度和电抗器温度的测温传感器。

4.根据权利要求3所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述测温传感器采用基于声表面波技术的无线无源测温传感器。

5.根据权利要求1所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述采集部通过modbus协议采集数据。

6.根据权利要求1所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述采集部通过Internet网络采用私有协议加密输送数据。

7.根据权利要求1所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述云采集服务器对所述采集部输送的数据依次进行解析、处理和运算，传输至后台服务器。

8.根据权利要求1所述的一种电容器在线监测系统，其特征在于，所述后台服务器对所述云采集服务器传输的数据分别进行数据库存储服务和数据清洗。

9.一种电容器在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、在电容器中断路器上安装断路监测元件和测温传感器，且在电抗器上安装测温传感器；

步骤200、在电容器的两端并联电压传感器，在电容器出线端的引出线上连接电流传感器；

步骤300、设定工频下，电压相量为1∠0°，电抗器的感抗X_L＝5％Xc，根据电路定律对电容器所在支路进行向量分析，推导出如下方程：

其中，S为电容容量，单位kVA；I为支路电流向量，单位A；U为支路电压，单位V；U_C为电容器端电压，单位V；

步骤400，依据电容器所在支路的向量参数，获得电容容量变化率，进一步判断电容器的运行状态。

10.根据权利要求9所述的一种电容器在线监测方法，其特征在于，所述步骤400包括：

步骤401、假设电容器所配套安装的差动保护装置在损坏m个(m不超过4)电容元件时即可动作，对电容元件损坏个数为1、2、3、4进行分析；

步骤402、若损坏1个电容元件，对应一种情况，即故障电容元件在一个并联串上；

若损坏2个电容元件：对应两种情况，2个电容元件同时坏在同一并联串上，或两个并联串上分别坏了1个电容元件；

若损坏3个电容元件:对应三种情况，3个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏2个电容元件，或3个并联串上各坏一个电容元件；

若损坏4个电容元件，则对应四种情况，4个电容元件同时坏在同一并联串上，或1个并联串上坏1个电容元件，另一并联串上坏3个电容元件，或2个并联串上各坏2个电容元件，或1个并联串上坏2个电容元件，另外2个并联串上各坏1个电容元件。

Images