CN114994474B - 一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法及系统，在电容器组的若干电容器并联层间设置若干脉冲电流信号采集装置；利用脉冲电流信号采集装置对脉冲电流信号进行采集，若采集到脉冲电流信号，则发生故障；否则未发生故障；当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点。本发明可以检测电容器组内部是否发生局部放电并定位到发生放电的电容器单元所在的层或具体的电容器单元，可以极大地帮助运行维护人员对故障进行定位以及在发生故障前检测到电容器组内部的绝缘薄弱区域。
Description
技术领域
本发明涉及局部放电领域，特别涉及一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法及系统。
背景技术
广义的局部放电指的是两电极间绝缘材料的不完全击穿；狭义上的局部放电是指固体或液体绝缘材料内部发生的局部击穿现象。固体或液体绝缘材料表面的局部放电一般被称为沿面滑闪、闪络等；气体中大曲率金属电极表面附近发生的放电一般被称为电晕放电。电力设备状态评价中，局部放电一般包括设备内部绝缘材料发生的局域击穿现象以及外绝缘的沿面放电。
产生局部放电的原因较多。金属突出物、悬浮电位、气泡气隙、油隙等缺陷导致将电场分布不均匀，某区域内电场强度过大；绝缘材料耐压水平不达标，也将产生局部击穿现场，受潮、固体颗粒污染、霉变、长期运行下的老化等因素均会影响绝缘性能。
局部放电会以热、光、声等方式损失能量，同时还生成了大量活泼的化学基团与绝缘介质反应，导致绝缘介质的性能不断降低；固体材料中的局部放电会产生树枝状放电通道，主要包括电树枝与水树枝等。
电容补偿装置中的电力电容器存在介质的工作场强较高、试品电流大等特点。实践证明，高电场作用下绝缘寿命缩短主要由局部放电引起，因为局部放电是加速绝缘老化(电、热、化学老化)过程的主要因素，而组合绝缘长时间的耐电强度很大程度上决定于局部放电性能的好坏。现在的电容器故障定位技术可以实现对发生严重故障(开路短路)的H桥型连接电容器定位其故障发生在哪一桥臂，缺少能够对电容器内部局部放电定位的方法和技术，并且还存在着定位精度低的问题。为了准确判定电容器的运行状态，提高产品运行质量，电容器内部局部放电检测技术及定位方法亟待研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法及系统，以克服目前只有针对电容器发生严重故障进行定位的方法，缺少能够对电容器内部局部放电定位的方法和技术，并且已有的电容器故障定位方法定位精度低的问题，本发明可以检测电容器组内部是否发生局部放电并定位到发生放电的电容器单元所在的层或具体的电容器单元，可以极大地帮助运行维护人员对故障进行定位以及在发生故障前检测到电容器组内部的绝缘薄弱区域。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，包括：
在电容器组的若干电容器并联层间设置若干脉冲电流信号采集装置；
利用脉冲电流信号采集装置对脉冲电流信号进行采集，若采集到脉冲电流信号，则发生故障；否则未发生故障；
当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点。
进一步地，所述电容器组由若干电容器单元并联层串联形成，每个电容器单元并联层由若干电容器单元并联形成，所述脉冲电流信号采集装置设置在相邻的电容器单元并联层之间，且所述脉冲电流信号采集装置设置在相邻的四个电容器单元之间的连接线上。
进一步地，所述若采集到脉冲电流信号，则发生故障，具体为：
对于m个电容器并联层相互串联形成的电容器组，设置m-1个脉冲电流信号采集装置定位放电信号所在的电容器并联层，将脉冲电流信号采集装置从上到下进行编号，只有1号脉冲电流信号采集装置测到放电信号时表明放电发生在顶层电容器并联层，只有m-1号脉冲电流信号采集装置测到放电信号时表明放电发生在底层电容器并联层，当x-1号和x号脉冲电流信号采集装置均测到放电信号时表明放电发生在x层电容器并联层，其中，x＝2、3……m-2。
进一步地，所述当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点，具体为：
对于m个电容器并联层相互串联形成的电容器组，每个电容器并联层由n个电容器单元并联形成，当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的2-4个脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点。
进一步地，在定位故障点后，还包括采集故障位置及次数。
进一步地，所述脉冲电流信号采集装置采用HFCT线圈、罗氏线圈或皮尔森线圈。
进一步地，所述脉冲电流信号采集装置的触发阈值设置为100mV。
一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位系统，包括：
局部放电信号检测模块：所述局部放电信号检测模块由设置在电容器组的若干电容器并联层间的若干脉冲电流信号采集装置组成；
故障诊断模块：用于利用脉冲电流信号采集装置对脉冲电流信号进行采集，若采集到脉冲电流信号，则发生故障；否则未发生故障；当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点。
进一步地，还包括上位机：用于接收故障诊断模块检测的故障位置与次数。
进一步地，所述脉冲电流信号采集装置与故障诊断模块通过同轴屏蔽线缆连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明是基于脉冲电流法使用脉冲电流信号采集装置对发生放电时电容器组内部电容器单元连接线上的脉冲电流信号进行检测，通过对脉冲电流信号的幅值进行判断可以实现对电容器组内部局部放电的检测，通过对检测到脉冲电流信号的脉冲电流信号采集装置的位置进行判断可以实现对电容器组内部局部放电的定位；即通过检测电容器组内部是否发生局部放电并定位到发生放电的电容单元所在的层，可以极大地帮助运行维护人员对故障进行定位以及在发生故障前检测到电容器内部的绝缘薄弱区域。
进一步地，本发明可以只对电容器组中间位置电容器单元连接线上的脉冲电流信号进行检测，能够以最少的硬件成本获得必要的脉冲电流信号从而实现局部放电的检测和定位。
进一步地，通过增加脉冲电流信号采集装置的个数，能够测量多组同层电容连接线上的电流信号，更加精确定位故障位置。
附图说明
图1为两种电容器补偿装置结构图，其中(a)为晶闸管控制电容器，(b)为固定电容器。
图2为电容器组内部结构图。
图3为简化电路图。
图4为电容器内放电脉冲回路。
图5为电流传播路径。
图6为实验等效电路图。
图7为33号电容故障时电流波形。
图8为13号电容器故障时电流波形。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
直流输电工程常用晶闸管控制电容器(Thyristor Switched Capacitor,TSC)和固定电容器(Fixed Capacitor,FC)作为电容补偿装置，其结构如图1所示。电容补偿装置中的电容器由多个电容器单元串并联而成，不同的直流输电工程选用的电容器串并联组数不同，在忽略电容器内熔断丝和均压电阻的情况下，可以视其内部为一个S行P列的电容单元矩阵，如图2所示。
本发明所提出的故障定位方法可以定位到故障电容单元所在的层，极大地缩小了运维人员所需要排查的范围。在本发明中将互相并联的电容器单元集合称为电容器单元并联层，将故障电容器单元所在的层称为故障电容器单元并联层，将无故障电容器单元的层成为正常电容器单元并联层。本发明提出的局部放电检测方法使用高频电流线圈(Highfrequency current transformer,HFCT)对电容器单元连接线上的电流进行检测，HFCT线圈中央的载流导体上变化的电流会产生感应电压M为HFCT线圈和置于其中央的载流导体之间的互感，通过对u进行积分可以得到与i成比例的电流信号。在电容器组中心位置的两个电容器单元之间的连接线上安装一个HFCT线圈，为了便于分析，将HFCT线圈两侧的电容器单元分别等效为一个电容，得到简化电路图如图3。
当绝缘薄弱的电容器单元发生局部放电时，其上的电压相较于其他绝缘良好的电容器单元电压要低ΔU。由基尔霍夫电压定律可知任何一个闭合回路中各元件上绝缘良好的电容会向该故障电容放电，如图4。因此故障电容器单元两侧的连接线上可以检测到放电电流信号，通过对检测到放电的HFCT线圈的位置进行判断可以实现对局部放电的定位。
电容器单元间的连接线具有电阻以及电感，电感对信号在回路中传播的阻碍作用随着电流频率的增大而增大，电阻对局部放电信号也有一定的阻尼。随着连接线长度的增加，连接线的电感和电阻也会增大，会对高频信号的传播产生阻碍，高频电流信号在故障电容两侧的连接线上传播更为容易，即图5中Ia远大于Ib。因此，当故障电容器单元发生局部放电时其两侧的HFCT线圈上测得的信号幅值会显著高于其余的HFCT线圈，可以通过判断检测到放电的HFCT线圈的位置进行故障定位。
对于m个电容器并联层相互串联的电容器组，使用m-1个HFCT线圈即可实现定位放电信号位于哪一层电容器并联层中。将HFCT线圈从上到下进行编号，只有1号线圈测到放电信号时表明放电发生在顶层电容器并联层，只有m-1号线圈测到放电信号时表明放电发生在底层电容器并联层，当x-1号和x号(x＝2、3……m-2)线圈均测到放电信号时表明放电发生在x层电容组。
本发明所提出的电容器局部放电检测和定位系统包括局部放电信号检测模块、故障诊断模块和上位机。局部放电信号模块主要由高频电流线圈(HFCT)组成，将其放置在每个电容器组中心位置的电容器单元的连接线上，高频电流线圈的频带范围从100kHz到100MHz，自然地避免了低频干扰，有着良好的抗干扰性能。使用同轴屏蔽线缆将HFCT线圈与故障诊断模块连接，通过检测哪个或哪几个HFCT线圈测到了局部放电信号来对局部放电的位置进行定位，并将故障位置与次数上传给上位机，由上位机进行记录。为了避免外界的电磁环境对HFCT线圈造成干扰，将检测装置的触发阈值设置为100mV。
实施例
使用PSCAD仿真软件搭建一个电容阵列，如图6所示为实验等效电路图。电容阵列中正常电容单元容值设置为1μF，故障电容单元设置为两个1μF的电容串联，故障设置为在0.2秒时将故障电容单元中其中一个电容短路20ms，测量电容连接线上的电流，通过判断测到放电信号的线圈位置对放电信号进行定位。
为了方便描述，以电容所在行和所在列的数字作为电容的编号，例如第三行第一列电容编号为31号。当故障电容位置为第三行第三列(33号电容)时，Ib1、Ib2、Ib3、Ib4四个电流传感器测到的信号如图7。可见故障电容两侧(Ib2、Ib3)的电流信号变化较大，其他电流传感器信号很微弱，数量级在10-14A，通过测量电容连接线上的电流可以实现对故障的定位。
当故障发生在13号电容时，四个电流传感器测到的信号如图8。当顶层电容组中有电容单元发生故障时只有1号传感器测到较高幅值的电流信号，同理底层电容组中有电容单元发生故障时只有m-1号传感器能测到较高幅值的电流信号。综上，可以证明本案提出的故障定位方法切实可行。
以上为基于脉冲电流法使用HFCT线圈对局部放电信号进行检测，其中HFCT线圈也可由其他的检测手段如罗氏线圈、皮尔森线圈也能实现对脉冲电流的检测。
最后应说明的是：以上实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上做出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，其特征在于，包括：
在电容器组的若干电容器并联层间设置若干脉冲电流信号采集装置；
利用脉冲电流信号采集装置对脉冲电流信号进行采集，若采集到脉冲电流信号，则发生故障；否则未发生故障；
当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点；
所述电容器组由若干电容器单元并联层串联形成，每个电容器单元并联层由若干电容器单元并联形成，所述脉冲电流信号采集装置设置在相邻的电容器单元并联层之间，且所述脉冲电流信号采集装置设置在相邻的四个电容器单元之间的连接线上；
所述若采集到脉冲电流信号，则发生故障，具体为：
对于m个电容器并联层相互串联形成的电容器组，设置m-1个脉冲电流信号采集装置定位放电信号所在的电容器并联层，将脉冲电流信号采集装置从上到下进行编号，只有1号脉冲电流信号采集装置测到放电信号时表明放电发生在顶层电容器并联层，只有m-1号脉冲电流信号采集装置测到放电信号时表明放电发生在底层电容器并联层，当x-1号和x号脉冲电流信号采集装置均测到放电信号时表明放电发生在x层电容器并联层，其中，x=2、3……m-2。
2.根据权利要求1所述的一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，其特征在于，所述当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的若干脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点，具体为：
对于m个电容器并联层相互串联形成的电容器组，每个电容器并联层由n个电容器单元并联形成，当发生故障时，比较脉冲电流信号采集装置采集的脉冲电流信号大小，将脉冲电流信号最大的2-4个脉冲电流信号采集装置之间的电容器单元定位为故障点。
3.根据权利要求1所述的一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，其特征在于，在定位故障点后，还包括采集故障位置及次数。
4.根据权利要求1所述的一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，其特征在于，所述脉冲电流信号采集装置采用HFCT线圈、罗氏线圈或皮尔森线圈。
5.根据权利要求1所述的一种电容补偿装置并联层间绝缘故障定位方法，其特征在于，所述脉冲电流信号采集装置的触发阈值设置为100mV。
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