CN112345865A - 一种电力电容器运行状态在线评估预警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力电容器运行状态在线评估预警装置及方法，属于电力中低压配电网变电技术领域。本发明包括电容器组、在线采集终端、便携测试终端、应用服务器和上位机平台；其中电容器组与在线采集终端和便携测试终端连接，在线采集终端通过LTE无线方式与应用服务器连接，便携测试终端通过LTE无线方式与应用服务器连接，应用服务器通过无线方式与上位机平台连接。本发明通过便携测试终端和在线采集终端两套测试设备，同时实现现场电容器组和单只电容器的在线故障诊断和预警。本发明尤其适用于对电能质量要求高的配电台区，监测变电站内电力电容器的实际运行状态，对于电容器在配电网中的安全生产具有重要的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器故障预警装置，特别涉及一种电力电容器运行状态在线评估预警装置及方法，属于电力中低压配电网变电技术领域。
背景技术
目前中低压配电网变电站中为了提高供电电能质量，大量地配备电力电容器组。实际运行当中由于存在过电压及谐波影响，电容器组的绝缘会受到破坏从而导致电容器绝缘裂化，表现出运行期间的三相电压不平衡现象。变电站电容器组通常还存在电容器外壳膨胀、套管破裂等故障，检修人员在常规检修过程中，如果不及时有效地检出故障并判定故障种类，将为变电站的正常供电带来极大的安全隐患。
传统的电容器故障检测手段需要拆卸每一项的电容器组。检测工作量巨大，并且由于是对电容进行高压实验，所需的实验变压器容量值较大，这为现场施工带来了极大隐患。由于离线的绝缘检测电压值远未达到运行电压，绝缘裂化的电容器组很难在绝缘预防性实验中表现出问题，从而导致传统检测手段无法有效地排除全部的故障电容器。因此，研发小型的电容器运行状态在线监测设备，对于电力电容器组的安全稳定运行具有非常重要的实用价值。
发明内容
本发明研发目的是为了解决上述技术问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种电力电容器运行状态在线评估预警方法，包括以下步骤：
S1.在线采集终端收集电容器组的电流、电压和温度参数；
S2.边缘计算部件将在线采集终端采集的参数无线上传至应用服务器，应用服务器接收到上传的数据后，对数据进行解析和特征提取，得到检测参数的特征变量以及电压不平衡度和电压、电流谐波指数；
S3.应用服务器根据电容器组运行状态系统数据与提取的特征数据进行比对，并对电容器组运行状态进行在线评估，如果评估结果显示，电容器组运行正常，则结束状态评估过程；如果评估结果显示，电容器组有故障状态，则判断故障相对应的电容器组号，并向上位机平台发送故障预警信息，等待便携测试终端的进一步诊断工作；
S4.对步骤S3中预警信号组别的电容器加装便携测试终端，采集每一单只电容器的在线分布式电流和分布式温度信号；
S5.边缘计算部件将便携测试终端采集的参数信息无线上传至应用服务器，应用服务器进行信号处理和特征提取后，得到关于电流的特征信息和系列温度信息，以备单只电容器的故障分析；
S6.将得到的电流特征信息和系列温度信息与系统数据库中正常状态的数据进行比对，对单只电容器通过运行状态比对，进行正常与否的二分类预判，将状态正常的电容器序号上传上位机平台显示，鉴别具体的单只故障电容器，上传故障电容器序号，单只电容器故障评估完成。
一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，包括电容器组、在线采集终端、便携测试终端、应用服务器和上位机平台；其中电容器组与在线采集终端和便携测试终端连接，在线采集终端通过LTE无线方式与应用服务器连接，便携测试终端通过LTE无线方式与应用服务器连接，应用服务器通过无线方式与上位机平台连接。
优选的，所述在线采集终端包括配电网、电压传感器、电流传感器Ⅰ、温度传感器Ⅰ和边缘计算部件，配电网分别通过A、B、C三相电与电容器组连接，所述电容器组与电压传感器、电流传感器Ⅰ和温度传感器连接，电压传感器、电流传感器Ⅰ和温度传感器分别与边缘计算部件连接。
优选的，所述便携测试终端包括电流传感器Ⅱ、温度传感器Ⅱ和边缘计算部件；电流传感器Ⅱ和温度传感器Ⅱ与电容器组的单只电容器连接，电流传感器Ⅱ和温度传感器Ⅱ分别与边缘计算部件连接。
优选的，所述边缘计算部件为DSP-ARM组合单片机实现秒级现场数据采集和信号上传。
优选的，所述电压传感器为变电站现场母线PT，电流传感器Ⅰ为变电站现场电容器保护CT，温度传感器Ⅰ为安装于电容器组左侧、前侧和右侧三个侧面的三个贴片式测温传感器。
优选的，所述电流传感器Ⅱ为分布式电流传感网络，通过边缘计算部件高速采集各单只电容器的出口电流；所述温度传感器Ⅱ为分布式温度传感网络，通过边缘计算部件高速采集各单只电容器表面的温度。
本发明具有以下有益效果：本发明针对电力电容器组无法通过预防性试验判断内部裂化、局部放电等故障的问题，设计了电容器运行状态在线评估预警装置，该装置能够通过在线采集终端和便携测试终端，监测到故障电容器组，并将故障问题准确定位到单只电容器。该装置可靠性高，尤其对于电能质量要求较高的配电台区，可以有效监测变电站内电力电容器的实际运行状态。本发明为电力电容器运行状态评估预警提供了一种新的方法，对于电容器在配电网中的安全生产具有重要的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是一种电力电容器运行状态在线评估预警装置的结构示意图；
图2是在线采集终端结构组成示意图；
图3是具体实施方式四中在线测试终端贴片式温度传感器安装方式示意图；
图4是便携测试终端结构组成示意图；
图5是具体实施方式二中便携测试终端电流传感器结构组成示意图；
图6是具体实施方式一中便携测试终端贴片式温度传感器安装方式示意图；
图7是应用计算机层电容器运行状态评估流程图；
图8是在线设备状态评估预警流程图；
图中1-电容器组，2-在线采集终端，3-便携测试终端，4-应用服务器，5-上位机平台，6-电压传感器，7-电流传感器，8-温度传感器，9-边缘计算部件，11-电流传感器，12-温度传感器，13-配电网。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：参照图1-7说明本实施方式，本实施方式的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，参照图1所述装置包括电容器组1、在线采集终端2、便携测试终3端、应用服务器4和上位机平台5；在本实施例中，电容器组1包括电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63组成的三组电容器组，其中每组电容器组(电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63)内部均由多个单只电容器组成，本实施方式的目的是为了对电容器运行状态进行在线评估预警，并监测到故障电容器组，将故障问题准确定位到单只电容器，例如定位到电容器组Ⅰ内部的具体某个单只电容器；
所述电容器组1与在线采集终端2和便携测试终端3连接，在线采集终端2通过LTE无线方式与应用服务器连接，便携测试终端3通过LTE无线方式与应用服务器4连接，应用服务器4通过无线方式与上位机平台5连接。所述电容器组采用的是分立式电容器组串并联组成，但不仅仅适用于分立式电容器组，还适用于星型，三角型等型式的电容器组。
参照图2，在线采集终端2包括电压传感器6、电流传感器Ⅰ7、温度传感器Ⅰ8和边缘计算部件9；所述在线采集终端2连接电容器组1，所述电容器组1连接配电网13，所述的电容器组1包括三组电容器组，分别是电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63，所述的配电网13分别通过A、B、C三相电与电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63连接。所述的电容器组1与电压传感器6、电流传感器Ⅰ7和温度传感器8连接，所述的电压传感器6、电流传感器Ⅰ7和温度传感器8分别与边缘计算部件9连接。
参照图4，便携测试终端3包括电流传感器Ⅱ11、温度传感器Ⅱ12和边缘计算部件9；电容器组1包括电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63，电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63均由多个单只电容器组成，在本实施方式中，所采用的单只电容器的数量为四个，且每个单只电容器上均连接有电流传感器Ⅱ11和温度传感器Ⅱ12，所述的电流传感器Ⅱ11、温度传感器Ⅱ12分别与单只电容器连接，用于对单只电容器的电流和温度进行监测，电流传感器Ⅱ和温度传感器Ⅱ分别与边缘计算部件9连接。
所述的边缘计算部件9由DSP-ARM组合单片机实现秒级现场数据采集和信号上传功能；
所述的电流传感器Ⅱ11为分布式电流传感网络，通过边缘计算部件9高速采集各单只电容器的出口电流；
参照图6，单电容器的外表面的中心处温度具有代表性(例如单电容器1.1)，可以代表单只电容器的温度，在中心处贴一只贴片式温度传感器84；
所述单电容器外表面中心处的贴片式温度传感器安装示意图，对于其他的单电容器，安装方式相同；
所述温度传感器Ⅱ12为分布式温度传感网络，通过边缘计算部件9高速采集各单只电容器表面的温度。
一种电力电容器运行状态在线评估预警方法，具体实现步骤包括如下：
第一步，在线采集终端2在不改变现有电容器组接线的方式下，收集三组电容器组(电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62和电容器组Ⅲ63分布对应于配电网的A相、B相和C相)的电流、电压和温度参数；
第二步，在线采集终端2中的边缘计算部件9将采集的参数进行无线上传，应用服务器4接收到上传的数据后，对数据进行解析和特征提取，得到检测参数的特征变量以及电压不平衡度和电压、电流谐波指数；
第三步，应用服务器4根据电容器组运行状态系统数据，与提取的特征数据进行比对，并对电容器组运行状态进行在线评估，如果评估结果显示，三组电容器组均正常，则结束状态评估过程；如果评估结果显示，电容器组有故障状态，则判断故障相对应的电容器组号，并向上位机平台发送故障预警信息，等待便携测试终端3的进一步诊断工作；
第四步，对于预警信号组别的电容器加装便携测试终端设备，采集每一单只电容器的在线分布式电流和分布式温度信号；
第五步，便携测试终端3采集的参数信息通过边缘计算部件9无线上传至应用服务器4，应用服务器4进行信号处理和特征提取后，得到关于电流的特征信息和系列温度信息，以备单只电容器的故障分析；
第六步，与系统数据库中正常状态的数据进行比对，对单只电容器通过运行状态比对，进行正常与否的二分类预判，将状态正常的电容器序号上传上位机平台显示，同时挖掘故障电容器潜在特征，通过无监督的聚类算法，对特征数据进行二分类，鉴别具体的故障电容器单体，上传故障电容器序号。单只电容器故障评估完成。
电容器运行状态在线评估预警方法，所述第三步为在线设备状态评估预警流程，首先采集电压、电流和温度信息，并在应用服务器中提取原始信息的特征信号；依次判断温度、电压特征信号和电流特征信号等是否在正常范围内，如果正常，则不进行状态预警；如果不在正常范围内，如特征参数偏离正常值的20％以上，则判定该相电容器组为故障组，向应用服务器上传故障信息并预警，通知检修人员到现场进行后续的故障诊断。
具体实施方式二：本实施方式的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，每个电容器组Ⅰ61、电容器组Ⅱ62或电容器组Ⅲ63均由12个单只电容器1.1，1.2,1.3……1.12分立式串并联而成，每四个电容器并联后，与下一个小组的四个并联电容器串在一起，这是变电站中电容器组的典型连接结构；
在每一只电容器的出口侧，连接无源RFID电流传感器7.1，7.2,7.3……7.12，检测电容器出口侧电流信号，并通过无线技术将信号传输给边缘计算部件；
所述电容器组连线图，对于B相和C相电容器组，连线方式相同；
在本实施例中，主要介绍便携测试终端3如何实现对单只电容器故障评估，找出具体哪一个单只电容器故障，具体方式是：
步骤A：在具体实施例一中，利用线采集终端2采集的参数无线上传至引用服务4，应用服务器4接收到上传的数据后，对数据进行解析和特征提取，得到检测参数的特征变量以及电压不平衡度和电压、电流谐波指数；应用服务器4根据电容器组1运行状态系统数据与提取的特征数据进行比对，并对电容器组1运行状态进行在线评估，评估结果显示电容器组1有故障状态，则判断故障相对应的电容器组号为：电容器组Ⅰ61，那么需要进行判断电容器组Ⅰ61内的具体某个单只电容器进行故障评估；
步骤B：对步骤A中获得的电容器组Ⅰ61加装便携测试终端3，便携测试终端3的电流传感器Ⅱ11和温度传感器Ⅱ12采集每一单只电容器的在线分布式电流和分布式温度信号；边缘计算部件9将便携测试终端3采集的参数信息无线上传至应用服务器4，应用服务器4进行信号处理和特征提取后，得到关于电流的特征信息和系列温度信息，并将得到的电流的特征信息和系列温度信息与系统数据库中正常状态的数据进行比对，对单只电容器通过运行状态比对，进行正常与否的二分类预判，将状态正常的电容器序号上传上位机平台5显示，鉴别具体的单只故障电容器(例如单只电容器1.1故障)，上传故障电容器序号，单只电容器故障评估完成。
具体实施方式三：参照图7，图7所示为应用计算机层电容器运行状态评估流程，首先启动在线采集终端2，进行电容器组运行状态监测，根据电容器组1的电压、电流特征信息和温度信号进行状态比对，判断电容器组的运行状态是否正常；当运行状态正常，则结束本次评估，不进行预警；当运行状态不正常，则判断故障相所对应的电容器组，并预警，同时通知工作人员加装便携测试终端3，收集故障电容器组的每一单只电容器出口电流和分布温度信息，通过无线技术将采集信息上传至边缘计算部件9，再经由LTE无线技术将信息传输至应用服务器4，进行电流特征提取和温度信号处理，在应用服务器4中，首先对特征信息进行单只电容器有无故障的二分类处理，上传正常电容器的序号至上位机显示平台；将故障电容器的序号上传至上位机平台，完成单只电容器的运行状态诊断。
图8所示为在线设备状态评估预警流程，首先采集电压、电流和温度信息，并在应用服务器4中提取原始信息的特征信号；依次判断温度、电压特征信号和电流特征信号等是否在正常范围内，如果正常，则不进行状态预警；如果不在正常范围内，如特征参数偏离正常值的20％以上，则判定该相电容器组为故障组，向应用服务器上传故障信息并预警，通知检修人员到现场进行后续的故障诊断。
具体实施方式四：参照图1-8说明本实施方式，本实施方式的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，为不改变原先变电站的相关结构，从安全性和易用性角度出发，所述的电压传感器6为变电站现场母线PT，电流传感器Ⅰ7为变电站现场电容器保护CT。
参照图3，温度传感器Ⅰ8为安装于电容器组外壳体左侧、前侧和右侧三个侧面中心处的三个贴片式测温传感器，如图3所示81处为右侧、82处为左侧、83处为前侧，电容器组内部一旦有局部放电，该组电容器整体温升，安装在电容器组壳体外侧的测温传感器监测到温度异常，将异常温度值传输给边缘计算部件9，以供电容器组的故障判断。
所述电容器组贴片式温度传感器安装示意图，对于B相和C相电容器组，安装方式相同；
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电力电容器运行状态在线评估预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在线采集终端(2)收集电容器组(1)的电流、电压和温度参数；
S2.边缘计算部件(9)将在线采集终端(2)采集的参数无线上传至应用服务器(4)，应用服务器(4)接收到上传的数据后，对数据进行解析和特征提取，得到检测参数的特征变量以及电压不平衡度和电压、电流谐波指数；
S3.应用服务器(4)根据电容器组(1)运行状态系统数据与提取的特征数据进行比对，并对电容器组(1)运行状态进行在线评估，如果评估结果显示，电容器组(1)运行正常，则结束状态评估过程；如果评估结果显示，电容器组(1)有故障状态，则判断故障相对应的电容器组号，并向上位机平台(5)发送故障预警信息，等待便携测试终端(3)的进一步诊断工作；
S4.对步骤S3中预警信号组别的电容器加装便携测试终端(3)，采集每一单只电容器的在线分布式电流和分布式温度信号；
S5.边缘计算部件(9)将便携测试终端(3)采集的参数信息无线上传至应用服务器(4)，应用服务器(4)进行信号处理和特征提取后，得到关于电流的特征信息和系列温度信息，以备单只电容器的故障分析；
S6.将得到的电流特征信息和系列温度信息与系统数据库中正常状态的数据进行比对，对单只电容器通过运行状态比对，进行正常与否的二分类预判，将状态正常的电容器序号上传上位机平台(5)显示，鉴别具体的单只故障电容器，上传故障电容器序号，单只电容器故障评估完成。
2.一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：包括电容器组(1)、在线采集终端(2)、便携测试终端(3)、应用服务器(4)和上位机平台(5)；其中电容器组(1)与在线采集终端(2)和便携测试终端(3)连接，在线采集终端(2)通过LTE无线方式与应用服务器(4)连接，便携测试终端(3)通过LTE无线方式与应用服务器(4)连接，应用服务器(4)通过无线方式与上位机平台(5)连接。
3.根据权利要求2所述的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：所述在线采集终端(2)包括配电网(13)、电压传感器(6)、电流传感器Ⅰ(7)、温度传感器Ⅰ(8)和边缘计算部件(9)，配电网(13)分别通过A、B、C三相电与电容器组(1)连接，所述电容器组(1)与电压传感器(6)、电流传感器Ⅰ(7)和温度传感器(8)连接，电压传感器(6)、电流传感器Ⅰ(7)和温度传感器(8)分别与边缘计算部件(9)连接。
4.根据权利要求2所述的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：所述便携测试终端(3)包括电流传感器Ⅱ(11)、温度传感器Ⅱ(12)和边缘计算部件(9)；电流传感器Ⅱ(11)和温度传感器Ⅱ(12)分别与电容器组(1)的单只电容器连接，电流传感器Ⅱ(11)和温度传感器Ⅱ(12)分别与边缘计算部件(9)连接。
5.根据权利要求3所述的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：所述边缘计算部件(9)为DSP-ARM组合单片机实现秒级现场数据采集和信号上传。
6.根据权利要求3所述的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：所述电压传感器(6)为变电站现场母线PT，电流传感器Ⅰ(7)为变电站现场电容器保护CT，温度传感器Ⅰ(8)为安装于电容器组左侧、前侧和右侧三个侧面的三个贴片式测温传感器。
7.根据权利要求3所述的一种电力电容器运行状态在线评估预警装置，其特征在于：所述电流传感器Ⅱ(11)为分布式电流传感网络，通过边缘计算部件(9)高速采集各单只电容器的出口电流；所述温度传感器Ⅱ(12)为分布式温度传感网络，通过边缘计算部件(9)高速采集各单只电容器表面的温度。
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