CN112198390A - 一种电容器组健康状态实时评价方法和系统 - Google Patents

一种电容器组健康状态实时评价方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电容器组健康状态实时评价方法和系统，方法包括以下步骤：S1：获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；S2：计算电流比作为评价指标；S3：判断电流比是否超出报警阈值；S4：若超出报警阈值，则发出报警，若不超出报警阈值，则不发出报警。本发明检测电容器组由内部故障的发展的渐变过程，发现其潜在缺陷。根据电路基本原理，电容量的变化会导致电流的变化，因此，如果利用调度自动化系统中电容器组电流遥测数据进行在线监测和预警，就可以做到实时监视，一旦发生内部轻微故障便能够及时发现并报警，提醒运行维护人员在发展期内处理，将大大提高电容器的可靠性。

Description

一种电容器组健康状态实时评价方法和系统
技术领域
本发明涉及电网安全领域，更具体地，涉及一种电容器组健康状态实时评价方法和系统。
背景技术
变电站内电容器组普遍采用油浸式电容器，运行中鼓肚、渗漏油、电容量不合格缺陷屡见不鲜，作为电容器油的苄基甲苯是一种易燃物，加之电容器组多采用框架式布置结构，个别电容器发生爆炸导致的群伤群爆更是时有发生，是困扰生产的一大难题。
公开日为2018年10月08号，公开号为CN111007327A的中国专利公开了一种变流器中电容器的状态监测方法，包括：获取电容器的充电状态数据；在预设充电数据库中查找与充电状态数据匹配的电容值；获取电容器的工作状态数据；根据工作状态数据计算电容器的等效串联阻抗值；根据电容值和等效串联阻抗值加权计算电容器的健康状态指标。该方法利用在线获取的电容器的电容值和等效串联阻抗值，加权计算得到综合衡量电容器健康状态的指标，直观地反映电容器的健康状态。
对于电容器组的健康评价，长期以来，业内普遍采用每6年开展一次停电预防性试验的方法，检查每只电容的电容量有无发生变化，经统计，近5年电容器年增长率维持在3.0%~5%，10~35kV电容器紧急、重大缺陷中本体缺陷占到89.3%，年缺陷率维持在6起/（百组年）左右，也就是说现有手段并不能完全有效阻止群伤群爆发生。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种电容器组健康状态实时评价方法，实现对电同器组实时监视
本发明的进一步目的是提供一种电容器组健康状态实时评价系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种电容器组健康状态实时评价方法，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
S2：计算电流比作为评价指标；
S3：判断电流比是否超出报警阈值；
S4：若超出报警阈值，则发出报警，若不超出报警阈值，则不发出报警。
优选地，步骤S2计算电流比作为评价指标，具体包括以下步骤：
S2.1：构建三相电容组的等效电路图；
S2.2：计算等效电路图中三相回路的等效电容；
S2.3：计算等效电路图的三相电流；
S2.4：计算三相电流比值。
优选地，步骤S2.1中构建三相电容组的等效电路图，所述等效电路图具体为：
A相等效电容的一端、B相等效电容的一端、C相等效电容的一端电连接，所述A相等效电容的另一端与A相电抗器等效电抗电连接，所述B相等效电容的另一端与B相电抗器等效电抗电连接，所述C相等效电容的另一端与C相电抗器等效电抗电连接，A相电抗器的另一端、B相电抗器的另一端、C相电抗器的另一端与系统电源电连接。
优选地，步骤S2.2中计算等效电路图中三相回路的等效电容，具体为：
令A相电抗器、B相电抗器、C相电抗器的电抗均为k，则电抗器电抗为
Figure 157136DEST_PATH_IMAGE001
，性质为电感 性质，于是有电容与串联电抗的串联阻抗为：
Figure 284492DEST_PATH_IMAGE002
式中，k为串联电抗的电抗率，ω为系统电源频率，C为电容器组的等效电容量，
Figure 184315DEST_PATH_IMAGE003
为电 抗、电容串联后的回路等效电容量；
所以A、B、C三相回路等效电容为：
Figure 750426DEST_PATH_IMAGE004
Figure 239045DEST_PATH_IMAGE005
Figure 599619DEST_PATH_IMAGE006
其中：k为串联电抗的电抗率，Ca、Cb、Cc分别为A、B、C三相电容器组的等效电容量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量。
优选地，步骤S2.3计算等效电路图的三相电流，具体为：
根据
Figure 924421DEST_PATH_IMAGE007
得到A、B、C三相电流为：
Figure 294223DEST_PATH_IMAGE008
Figure 184818DEST_PATH_IMAGE009
Figure 419358DEST_PATH_IMAGE010
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量，Ua∑、Ub∑、Uc∑为分别为A、B、C三相回路电压。
优选地，步骤S2.4中计算三相电流比值，具体为：
Figure 762614DEST_PATH_IMAGE011
Figure 670527DEST_PATH_IMAGE012
Figure 681209DEST_PATH_IMAGE013
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Kiab、Kibc、Kica分别为三相电流比，Kuab、Kubc、Kuca分别为三相回路电压比。
优选地，步骤S3中判断电流比是否超出报警阈值，所述电流比为A、B、C三相电流最大值与最小值的比值δ：
Figure 649165DEST_PATH_IMAGE014
。
优选地，步骤S3中所述报警阈值为：
Figure 948559DEST_PATH_IMAGE015
其中，n表示每相电容器组有n只电容。
一种电容器组健康状态实时评价系统，包括
获取模块，所述获取模块获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
计算模块，所述计算模块计算电流比作为评价指标；
判断模块，所述判断模块判断电流比是否超出报警阈值；
报警模块，所述报警模块在判断模块判断为超出报警阈值，则发出报警，若判断模块判断为不超出报警阈值，则不发出报警。
优选地，所述计算模块计算电流比作为评价指标，具体为：
构建三相电容组的等效电路图；
计算等效电路图中三相回路的等效电容；
计算等效电路图的三相电流；
计算三相电流比值。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明检测侧电容器组由内部故障的发展的渐变过程，发现其潜在缺陷。根据电路基本原理，电容量的变化会导致电流的变化，因此，如果利用调度自动化系统中电容器组电流遥测数据进行在线监测和预警，就可以做到实时监视，一旦发生内部轻微故障便能够及时发现并报警，提醒运行维护人员在发展期内处理，将大大提高电容器的可靠性。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为三相电容器组等效电路图。
图3为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种电容器组健康状态实时评价方法，如图1，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
S2：计算电流比作为评价指标；
S3：判断电流比是否超出报警阈值；
S4：若超出报警阈值，则发出报警，若不超出报警阈值，则不发出报警。
步骤S2计算电流比作为评价指标，具体包括以下步骤：
S2.1：构建三相电容组的等效电路图；
S2.2：计算等效电路图中三相回路的等效电容；
S2.3：计算等效电路图的三相电流；
S2.4：计算三相电流比值。
步骤S2.1中构建三相电容组的等效电路图，如图2，所述等效电路图具体为：
为防止合闸涌流，电容器组一般串联电抗器，其中A相等效电容的一端、B相等效电容的一端、C相等效电容的一端电连接，所述A相等效电容的另一端与A相电抗器等效电抗电连接，所述B相等效电容的另一端与B相电抗器等效电抗电连接，所述C相等效电容的另一端与C相电抗器等效电抗电连接，A相电抗器的另一端、B相电抗器的另一端、C相电抗器的另一端与系统电源电连接。
步骤S2.2中计算等效电路图中三相回路的等效电容，具体为：
令A相电抗器、B相电抗器、C相电抗器的电抗均为k，则电抗器电抗为
Figure 660163DEST_PATH_IMAGE016
，性质为电感 性质，于是有电容与串联电抗的串联阻抗为：
Figure 525351DEST_PATH_IMAGE017
式中，k为串联电抗的电抗率，ω为系统电源频率，C为电容器组的等效电容量，
Figure 585580DEST_PATH_IMAGE018
为 电抗、电容串联后的回路等效电容量；
所以A、B、C三相回路等效电容为：
Figure 169008DEST_PATH_IMAGE004
Figure 418724DEST_PATH_IMAGE019
Figure 92413DEST_PATH_IMAGE006
其中：k为串联电抗的电抗率，Ca、Cb、Cc分别为A、B、C三相电容器组的等效电容量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量。
步骤S2.3计算等效电路图的三相电流，具体为：
根据
Figure 402171DEST_PATH_IMAGE020
得到A、B、C三相电流为：
Figure 676158DEST_PATH_IMAGE008
Figure 729564DEST_PATH_IMAGE021
Figure 569344DEST_PATH_IMAGE010
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量，Ua∑、Ub∑、Uc∑为分别为A、B、C三相回路电压。
步骤S2.4中计算三相电流比值，具体为：
Figure 971376DEST_PATH_IMAGE022
Figure 263817DEST_PATH_IMAGE012
Figure 120914DEST_PATH_IMAGE013
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Kiab、Kibc、Kica分别为三相电流比，Kuab、Kubc、Kuca分别为三相回路电压比。
以A、B相电流比为例进行电流比判断阈值设定推算，当A、B相电容均未发生击穿时，两相电容几乎相等，于是：
Figure 18463DEST_PATH_IMAGE023
由于A、B、C三相电容器组均由n只电容并联而成，假设每只电容的电容量为C0，则A、B、C三相均未发生击穿的情况下有：
Figure 670025DEST_PATH_IMAGE024
假设A相电容器组有电容发生了击穿，无论有几只电容发生击穿，均可以将其等效为1只电容发生击穿进行计算，击穿后电容量变为原来的k倍，则有：
Figure 715341DEST_PATH_IMAGE025
于是有A相电容器组有电容发生击穿后，A、B相电流比为：
Figure 48233DEST_PATH_IMAGE026
于是有：
Figure 597026DEST_PATH_IMAGE027
根据国家标准中关于电能质量的相关规定，10kV电压等级电压偏差不得超过-7%~7%，即：
Figure 104975DEST_PATH_IMAGE028
由于规程规定电容量的合格范围为95%~105%，但实际情况下电容击穿后电容量是增大的，也就是说电容量不超过105%的初始值即为合格，如果让电流最灵敏的反映电容量的变化，则有：
Figure 372008DEST_PATH_IMAGE029
因此设定诊断判据及其报警阈值为：
Figure 570908DEST_PATH_IMAGE030
步骤S3中判断电流比是否超出报警阈值，所述电流比为A、B、C三相电流最大值与最小值的比值δ：
Figure 177470DEST_PATH_IMAGE031
。
步骤S3中所述报警阈值为：
Figure 436413DEST_PATH_IMAGE032
其中，n表示每相电容器组有n只电容。
实施例2
一种电容器组健康状态实时评价系统，该电容器组健康状态实时评价系统可实现实施例1中的电容器组健康状态实时评价方法，如图3，包括
获取模块，所述获取模块获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
计算模块，所述计算模块计算电流比作为评价指标；
判断模块，所述判断模块判断电流比是否超出报警阈值；
报警模块，所述报警模块在判断模块判断为超出报警阈值，则发出报警，若判断模块判断为不超出报警阈值，则不发出报警。
所述计算模块计算电流比作为评价指标，具体为：
构建三相电容组的等效电路图；
计算等效电路图中三相回路的等效电容；
计算等效电路图的三相电流；
计算三相电流比值。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
S2：计算电流比作为评价指标；
S3：判断电流比是否超出报警阈值；
S4：若超出报警阈值，则发出报警，若不超出报警阈值，则不发出报警。
2.根据权利要求1所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2计算电流比作为评价指标，具体包括以下步骤：
S2.1：构建三相电容组的等效电路图；
S2.2：计算等效电路图中三相回路的等效电容；
S2.3：计算等效电路图的三相电流；
S2.4：计算三相电流比值。
3.根据权利要求2所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2.1中构建三相电容组的等效电路图，所述等效电路图具体为：
A相等效电容的一端、B相等效电容的一端、C相等效电容的一端电连接，所述A相等效电容的另一端与A相电抗器等效电抗电连接，所述B相等效电容的另一端与B相电抗器等效电抗电连接，所述C相等效电容的另一端与C相电抗器等效电抗电连接，A相电抗器的另一端、B相电抗器的另一端、C相电抗器的另一端与系统电源电连接。
4.根据权利要求3所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2.2中计算等效电路图中三相回路的等效电容，具体为：
令A相电抗器、B相电抗器、C相电抗器的电抗均为k，则电抗器电抗为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，性质为电感 性质，于是有电容与串联电抗的串联阻抗为：
Figure 230648DEST_PATH_IMAGE002
式中，k为串联电抗的电抗率，ω为系统电源频率，C为电容器组的等效电容量，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为电 抗、电容串联后的回路等效电容量；
所以A、B、C三相回路等效电容为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中：k为串联电抗的电抗率，Ca、Cb、Cc分别为A、B、C三相电容器组的等效电容量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量。
5.根据权利要求4所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2.3计算等效电路图的三相电流，具体为：
根据
Figure 616630DEST_PATH_IMAGE006
得到A、B、C三相电流为：
Figure 537313DEST_PATH_IMAGE008
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Ca∑、Cb∑、Cc∑为分别为A、B、C三相回路等效电容量，Ua∑、Ub∑、Uc∑为分别为A、B、C三相回路电压。
6.根据权利要求5所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S2.4中计算三相电流比值，具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
式中，k为串联电抗的电抗率，Ia、Ib、Ic分别为A、B、C三相电流，Ua、Ub、Uc分别为A、B、C三相系统电压，U0为中性点电压偏移量，Kiab、Kibc、Kica分别为三相电流比，Kuab、Kubc、Kuca分别为三相回路电压比。
7.根据权利要求6所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S3中判断电流比是否超出报警阈值，所述电流比为A、B、C三相电流最大值与最小值的比值δ：
Figure 401364DEST_PATH_IMAGE010
。
8.根据权利要求7所述的电容器组健康状态实时评价方法，其特征在于，步骤S3中所述报警阈值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，n表示每相电容器组有n只电容。
9.一种电容器组健康状态实时评价系统，其特征在于，包括
获取模块，所述获取模块获取待评价电容组A、B、C三相电流电流遥测值；
计算模块，所述计算模块计算电流比作为评价指标；
判断模块，所述判断模块判断电流比是否超出报警阈值；
报警模块，所述报警模块在判断模块判断为超出报警阈值，则发出报警，若判断模块判断为不超出报警阈值，则不发出报警。
10.根据权利要求9所述的电容器组健康状态实时评价系统，其特征在于，所述计算模块计算电流比作为评价指标，具体为：
构建三相电容组的等效电路图；
计算等效电路图中三相回路的等效电容；
计算等效电路图的三相电流；
计算三相电流比值。
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