CN114325121B - 电容容量检测方法以及无功补偿控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统电容器组技术领域，公开了电容容量检测方法以及无功补偿控制系统。所述电容容量检测方法，包括以下步骤：S1：检测输出电路的初始电流和初始电压；S2：闭合投切开关，使待测电容器并联在输出电路上；S3：检测待测电容器的补偿电流；S4：获取初始电压、初始电流、补偿电流，计算待测电容器的实际容量。所述无功补偿控制系统，在执行时使用了上述的电容容量检测方法。解决了现有技术检测电容容量需要拆接引线、检测过程费时费力、无功补偿控制系统实际投切的电容量比预计的电容量小的问题。

Description

电容容量检测方法以及无功补偿控制系统

技术领域

本发明属于电力系统电容器组技术领域，具体涉及电容容量检测方法以及无功补偿控制系统。

背景技术

电容是变电所内重要的无功补偿设备，在高压供电系统中的作用包括无功补偿、滤除谐波及改善电源品质；在供电系统的运行过程中，电容的损坏会影响整个供电系统的正常运行，因此需要时常对电容容量进行检测，以判断电容是否损坏。传统的检测方法是使用数字电容表测量电容容量，由于数字电容表的输出电压较低，导致对电容容量的检测结果不准确；并且若需要使用数字电容表对电容器进行检测，需要拆除电容器引线后进行检测，检测完毕后再恢复引线，不仅需要大量的检测人力和时间，在拆接引线时还容易损坏电容器。因此亟需一种电容容量检测方式，能够使电容器在不停运、不拆除的条件下对电容熔炼进行检测。

按照现有的各行业对功率因数的范围规定：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上；其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为0.85以上；农业用电，功率因数为0.80以上，功率因数不达标的客户，以电费额的百分比追缴惩罚性的调整电费；现有技术还公开了一种无功补偿控制系统，根据线路中的负荷变化计算待补偿的电容容量，控制投切系统对电容器组进行投切，避免线路出现过补或者欠补的情况，使线路中的功率因数始终保持在规定范围内。

但是由于电容器运行过程中受到自愈作用、极板腐蚀、温度等运行条件的影响，电容容量下降，导致投切系统对电容器进行投切时，实际投切的电容量比预计的电容量小，因此在投切过程中需要对电容器的容量进行实时检测，使接入电路中的电容器组容量能够达到预计的电容器量。

发明内容

本发明意在提供电容容量检测方法以及无功补偿控制系统,解决了现有技术检测电容容量需要拆接引线、检测过程费时费力、无功补偿控制系统实际投切的电容量比预计的电容量小的问题。

本发明提供的基础方案：电容容量检测方法，包括以下步骤：

S1：检测输出电路的初始电流和初始电压；

S2：闭合投切开关，使待测电容器并联在输出电路上；

S3：检测待测电容器的补偿电流；

S4：获取初始电压、初始电流、补偿电流，计算待测电容器的实际容量。

基础方案的技术原理在于：由于待测电容器并联在输出电路上，当闭合投切开关后，电容器两边的补偿电压与初始电压相同；通过补偿电容器的计算原理可知，检测电容器介入电路前的初始电压和初始电流，检测电容器接入电路后，电容器两端的补偿电压和经过电容器的补偿电流，通过初始电压、初始电流、补偿电流和补偿电压能够计算出电容器的实际容量；基础方案的有益效果在于：跟现有技术的数字电容表相比，本方案使用输出电路的电压，电压值更高，检测到的电流值更加明显，使得出的电容容量值更加准确；本方案通过实时检测电容投切前与投切后的电压、电流按照补偿电容器的计算原理计算出的电容容量数值准确；本方案在检测过程中不需要对电容器进行断电和拆接，在电容器的运作过程中即可对电容容量进行检测，降低检测人力和检测时间，提高检测速率，同时避免了电容器在拆接过程中造成的电容器损坏。

进一步，所述步骤S4还包括以下步骤：

S4-1：控制器通过获取的初始电压、初始电流、补偿电流计算补偿前的功率因数和补偿后的功率因数；

S4-2：控制器根据补偿前的功率因数和补偿后的功率因数计算待测电容器的实际容量。

有益效果：根据电容容量的计算原理得知，通过初始电压、初始电流能够计算出补偿前的功率因数；使用补偿电压与补偿电流能够计算出补偿后的功率因数；由于电容器与输出电路并联，因此补偿电压与初始电压相同；使用补偿前和补偿后的功率因数和输出电路的有功功率能够计算出电容器的实际容量。

进一步，所述步骤S3还包括以下步骤：

S3-1：使用第一电流互感器检测待测电容器两端的电流信号；

S3-2：电流互感器将检测的电流信号传输至控制器。

进一步，所述步骤S1还包括以下步骤：

S1-1：获取投切开关的状态，若投切开关闭合，则执行步骤S1-2；若投切开关断开，则执行步骤S1-3；

S1-2：控制投切开关断开，并执行步骤S1-3；

S1-3：使用电压/电流互感器检测输出电路的初始电压/初始电流。

进一步，还包括步骤S5：控制器控制显示器显示电容器的实际容量。

有益效果：检测人员通过显示器实时查看电容器的实际容量，便于观察各电容器是否正常运作。

本发明还提供无功补偿控制系统：在执行时使用了权利要求1-5所述的任一电容容量检测方法。

进一步，包括输出电路、电源模块、控制器、电容器、投切开关、第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和显示器；

所述电源模块与输出电路串联；所述输出电路上还设有第一电流互感器和电压互感器，用于检测输出电路的电流信号与电路信号；

所述电容器与输出电路并联，所述并联电路上还设有投切开关和第二电流互感器，所述投切开关用于控制电容器与输出电路断开或连通；所述第二电流互感器用于检测电容器的电流信号；

所述控制器分别与电源模块、投切开关、第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器电连接；所述控制器存储有无功补偿控制程序，所述无功补偿控制程序包括获取模块，计算模块和投切模块；

所述获取模块用于获取第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号；

所述计算模块用于根据第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号计算、补偿前的功率因数、电容器的实际容量，并根据补偿前的功率因数和设定功率因数计算待补偿的电容器容量；

所述投切模块用于根据待补偿的电容器容量控制投切开关闭合或者断开。

有益效果：所述电源模块用于向输出电路供电，所述控制器用于控制第一电流互感器、电压互感器采集输出电路的电流、电压；完成采集后，所述控制器控制投切开关闭合，控制第二电流传感器采集电容器的电流信号，以此计算电容器容量；控制器还用于根据已知的电容器容量和待补偿的电容器容量控制投切开关断开或者闭合，以达到无功补偿的效果。通过对电容器容量的实时检测，避免因为运作条件导致电容器容量减少，接入电路中的电容器容量小于待补偿的电容容量，导致电路中的功率因数不达标。

进一步，所述电容器包括多个，组成电容器组，每个电容器分别与输出电路并联，每个并联电路上皆设有投切开关；所述第二电流器用于检测电容器组的电流信号；

所述控制器还用于设置每个并联电路上的电容器和投切开关编号相对应。

有益效果：所述无功补偿控制系统中包括多个电容器，用于满足电路中的实际功率因数达到供电营业规则中的规定功率因数范围，扩大本方案的使用范围。设置每个并联电路上的电容器和投切开关编号相对应，便于控制器通过投切开关控制对应的电容器接入电路，提高本方案的准确性。

进一步，所述计算模块包括实际容量计算模块、存储模块、功率计算模块和待补偿容量计算模块：

实际容量计算模块用于定时启动投切模块依次闭合投切开关，根据第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号计算对应的电容器的实际容量；

所述存储模块用于存储并更新每个电容器的实际容量和编号；

所述功率计算模块用于根据第一电流互感器、电压互感器的检测信号计算补偿前的功率因数；

所述待补偿容量计算模块用于根据补偿前的功率因数和设定功率因数计算待补偿的电容器容量；

所述投切模块还用于根据各电容器的实际容量和待补偿的电容器容量控制对应的投切开关闭合或者断开，使电容器组的实际容量满足待补偿的电容器容量。

进一步，所述无功补偿控制程序还包括记录模块，所述记录模块用于记录每个投切开关闭合次数和编号；所述投切模块还用于根据各电容器的实际容量、对应的投切开关闭合次数和待补偿的电容器容量控制投切开关闭合或者断开。

有益效果：电容器频繁多次的接入电路中，容易导致电容器的损坏速率加快，因此控制器合理安排各电容器接入电路中，避免因为过度使用缩短电容器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明电容容量检测方法实施例的逻辑示意图。

图2为本发明电容容量检测方法实施例的电路示意图。

图3为本发明电容容量检测方法实施例的电路向量图。

图4为本发明无功补偿控制系统实施例的电路示意图。

图5为本发明无功补偿控制系统实施例的控制示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：电压互感器U、第一电流互感器A₁、第二电流互感器A₂、输出电路M、投切开关S、电容器C。

实施例一

本实施例基本如附图1所示：电容容量检测方法，包括以下步骤：

S1-1：获取投切开关S的状态，若投切开关S闭合，则执行步骤S1-2；若投切开关S断开，则执行步骤S1-3；

S1-2：控制投切开关S断开，并执行步骤S1-3；

S1-3：使用电压/电流互感器检测输出电路M的初始电压/初始电流；

S2：闭合投切开关S，使待测电容器C并联在输出电路M上；

S3-1：使用第一电流互感器A₁检测待测电容器C两端的电流信号；

S3-2：电流互感器将检测的电流信号传输至控制器；

S4-1：控制器通过获取的初始电压、初始电流、补偿电流计算补偿前的功率因数和补偿后的功率因数；附图2为电容接入输出电路M的电路原理图，附图3为电路向量图，以输出电流的初始电压为参考相量，并联补偿电容前，输出电路M的电流为初始电流/>并入补偿电容后，输出电路M的电流变为/>同时产生补偿电流/>此时/>与/>之和等于输出电路M的电流/>与输出电路M的电压/>之间的相位差为/>与输出电路M的/>电压之间的相位差为/>补偿前的功率因数为/>补偿后的功率因数为/>

S4-2：控制器根据补偿前的功率因数和补偿后的功率因数计算待测电容器C的实际容量；计算公式具体为

其中Q_C为待测电容的电容容量，P为输出电路M的有功功率。

S5：控制器控制显示器显示电容器C的实际容量。

本实施例还提供无功补偿控制系统，所述无功补偿控制系统在运行时使用了上述电容容量检测方法。

如附图4所示，所述无功补偿控制系统包括输出电路M、电源模块、控制器、电容器C、投切开关S、第一电流互感器A₁、电压互感器U、第二电流互感器A₂和显示器；

所述电源模块与输出电路M串联；所述输出电路M上还设有第一电流互感器A₁和电压互感器U，用于检测输出电路M的电流信号与电路信号；

所述电容器C包括多个，组成电容器C组，每个电容器C分别与输出电路M并联，每个并联电路上皆设有投切开关S；所述投切开关S用于控制电容器C与输出电路M断开或连通；所述第二电流器用于检测电容器C组的电流信号，所述第二电流互感器A₂用于检测电容器C的电流信号；所述控制器设置每个并联电路上的电容器C和投切开关S编号相对应。

如附图5所示，所述控制器分别与电源模块、投切开关S、第一电流互感器A₁、第二电流互感器A₂、电压互感器U电连接；所述控制器存储有无功补偿控制程序，所述无功补偿控制程序包括获取模块，计算模块、投切模块和记录模块；

所述获取模块用于获取第一电流互感器A₁、第二电流互感器A₂、电压互感器U的检测信号；

所述计算模块包括实际容量计算模块、存储模块、功率计算模块和待补偿容量计算模块：

实际容量计算模块用于定时启动投切模块依次闭合投切开关S，根据第一电流互感器A₁、第二电流互感器A₂、电压互感器U的检测信号计算对应的电容器C的实际容量；

所述存储模块用于存储并更新每个电容器C的实际容量和编号；

所述功率计算模块用于根据第一电流互感器A₁、电压互感器U的检测信号计算补偿前的功率因数；

所述待补偿容量计算模块用于根据补偿前的功率因数和设定功率因数计算待补偿的电容器C容量；

所述投切模块用于根据各电容器C的实际容量和待补偿的电容器C容量控制对应的投切开关S闭合或者断开，使电容器C组的实际容量满足待补偿的电容器C容量。

所述记录模块用于记录每个投切开关S闭合次数和编号；所述投切模块还用于根据各电容器C的实际容量、对应的投切开关S闭合次数和待补偿的电容器C容量控制投切开关S闭合或者断开。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：所述无功补偿控制程序还包括生成模块、预测模块和预紧模块；

所述生成模块用于根据各电容器实际电容容量、对应的投切开关的闭合次数、电容器使用时间生成电容容量的变化曲线；

所述存储模块还用于存储各电容器的临界电容容量值，所述临界电容容量值为电容器损坏时的电容容量值；

所述预测模块还用于根据各电容容量的变化曲线预测电容的损坏时间；所述投切模块还用于根据各电容的预测损坏时间控制投切开关闭合或者断开；

所述预警模块用于当电容的预测损坏时间小于N小时时，向相关人员发送预警通知，所述预警通知包括电容器的预测损坏时间和电容器的编号。

有益效果：通过电容器历史数据对电容的实际状态进行及时监测，同时对电容器的损坏时间进行估计，及时对电容器的损坏进行预警，工作人员能够提前对老化或者即将故障的电容器进行更换和维修，而不是待电容器已经损坏后才开始维修，影响各供电系统的正常运行，甚至发生严重的电路事故；同时投切模块根据各电容器的预测损坏时间控制电容器进行接入或者断开，避免各电容器同时损坏，从而影响供电系统的正常运行。由此可见，本方案保证供电系统能够正常运行，提高了供电系统的安全性和稳定性。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.电容容量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：检测输出电路的初始电流和初始电压；

S2：闭合投切开关，使待测电容并联在输出电路上；

S3：检测待测电容的补偿电流；

S4：获取初始电压、初始电流、补偿电流，计算待测电容的实际容量。

2.根据权利要求1所述的电容容量检测方法，其特征在于：所述步骤S4还包括以下步骤：

S4-1：控制器通过获取的初始电压、初始电流、补偿电流计算补偿前的功率因数和补偿后的功率因数；

S4-2：控制器根据补偿前的功率因数和补偿后的功率因数计算待测电容的实际容量。

3.根据权利要求2所述的电容容量检测方法，其特征在于：所述步骤S3还包括以下步骤：

S3-1：使用第一电流互感器检测待测电容两端的电流信号；

S3-2：电流互感器将检测的电流信号传输至控制器。

4.根据权利要求2所述的电容容量检测方法，其特征在于：所述步骤S1还包括以下步骤：

S1-1：获取投切开关的状态，若投切开关闭合，则执行步骤S1-2；若投切开关断开，则执行步骤S1-3；

S1-2：控制投切开关断开，并执行步骤S1-3；

S1-3：使用电压/电流互感器检测输出电路的初始电压/初始电流。

5.根据权利要求2所述的电容容量检测方法，其特征在于：还包括步骤 S5：控制器控制显示器显示电容的实际容量。

6.无功补偿控制系统，其特征在于：在执行时使用了权利要求1-5所述的任一电容容量检测方法。

7.根据权利要求6所述的无功补偿控制系统，其特征在于：包括输出电路、电源模块、控制器、电容、投切开关、第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和显示器；所述电源模块与输出电路串联；所述输出电路上还设有第一电流互感器和电压互感器，用于检测输出电路的电流信号与电路信号；所述电容与输出电路并联，所述并联电路上还设有投切开关和第二电流互感器，所述投切开关用于控制电容与输出电路断开或连通；所述第二电流互感器用于检测电容的电流信号；所述控制器分别与电源模块、投切开关、第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器电连接；所述控制器存储有无功补偿控制程序，所述无功补偿控制程序包括获取模块，计算模块和投切模块；所述获取模块用于获取第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号；所述计算模块用于根据第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号计算、补偿前的功率因数、电容的实际容量，并根据补偿前的功率因数和设定功率因数计算待补偿的电容容量；所述投切模块用于根据待补偿的电容容量控制投切开关闭合或者断开。

8.根据权利要求7所述的无功补偿控制系统，其特征在于：所述电容包括多个，组成电容组，每个电容分别与输出电路并联，每个并联电路上皆设有投切开关；所述第二电流互感器用于检测电容组的电流信号；所述控制器还用于设置每个并联电路上的电容和投切开关编号相对应。

9.根据权利要求8所述的无功补偿控制系统，其特征在于：所述计算模块包括实际容量计算模块、存储模块、功率计算模块和待补偿容量计算模块：实际容量计算模块用于定时启动投切模块依次闭合投切开关，根据第一电流互感器、第二电流互感器、电压互感器的检测信号计算对应的电容的实际容量；所述存储模块用于存储并更新每个电容的实际容量和编号；所述功率计算模块用于根据第一电流互感器、电压互感器的检测信号计算补偿前的功率因数；所述待补偿容量计算模块用于根据补偿前的功率因数和设定功率因数计算待补偿的电容容量；所述投切模块还用于根据各电容的实际容量和待补偿的电容容量控制对应的投切开关闭合或者断开，使电容组的实际容量满足待补偿的电容容量。

10.根据权利要求9所述的无功补偿控制系统，其特征在于：所述无功补偿控制程序还包括记录模块，所述记录模块用于记录每个投切开关闭合次数和编号；所述投切模块还用于根据各电容的实际容量、对应的投切开关闭合次数和待补偿的电容容量控制投切开关闭合或者断开。