CN201637791U - 高压并联电容器在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高压并联电容器在线监测系统，属于电力技术领域。用来监测变电站高压并联电容器成套装置，包括串联电抗器、若干个串、并联电容器、避雷器、熔断器及放电线圈，在三相电路中分别设有电流互感器；电流互感器通过信号电缆与信号采集终端连接，电流互感器和放电线圈将采集的实时信号传输给信号采集终端，信号采集终端设有处理单元、微处理器和发送单元，信号采集终端处理后发送给远程监控计算机。本实用新型可以连续记录高压并联电容器的运行工况，诊断早期异常，及时向用户和制造厂发出报警信号，准确定位故障的原因，为制造厂提高产品质量提供信息；也为用户改善运行条件、实现状态管理提供实时数据。

Description

高压并联电容器在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统在线监测技术领域，特别是一种用于在线监测变电站6-35kV电容器的在线监测系统。

背景技术

状态检修是电力设备现代化管理的主要手段，输变电设备线的在线监测就是状态检修的主要依据。输电线路、变压器、断路器、开关柜、互感器及避雷器正在逐步或局部实现在线监测。变电站中高压并联电容器装机容量为变压器的15-30％，是高压变电站的主设备之一，至今没有实用的在线监测产品。高压并联电容器(以下简称装置)由多个单元组合而成，其最初故障往往是单个元件，从绝缘降低发展到内部击穿、自身熔断器熔断退出运行，装置的整体运行工况无明显变化，既没有报警信号，也不会启动电容器的继电保护跳闸以脱离电源。定期巡视时可能发现熔断器熔断弹出，然后再安排停电检修。串联电抗器的存在及电容器的运行电压大于变电站的母线电压，母线电压互感器监视不到电容器的运行电压，电抗器铁芯间隙变化、VQC投切控制异常都会导致电容器长期过压，积累效应加速介质老化。电容器的并、串台数较多时，允许熔断器熔断的台数也增多，只有出现多台熔断和发展到弧光短路时，继电保护器才会跳闸，但这时的火势往往已经蔓延，后果极其严重。变电站实行无人值守之后，巡视间隔从4个小时延长到7天，隐患不能及时发现，更加剧了这种不安全局面。

装置由多台电容器并、串组合、且非单一品种(有电抗器、电容器、熔断器、放电线圈)，现有在线监测样机的基本方法是采集单台电容器的电流信息。补偿容量越大、额定电压越高、元件越多、连接电缆也就越多，这种一对一的传递方式，使得装置接线十分复杂，而且功能有限，不能满足简单、实用、可靠的要求，所以至今没有成熟的高压并联电容器在线监测系统进入电力系统。《电气时代》03年3月署名党晓强等，题目为“并联电容器在线监测技术”，提出一种用罗可夫线圈采集电容器故障信息的设想；河北正弦波电气有限公司04年8月在互联网上推出“电力电容器在线监测仪”的广告，没有用户及应用情况报道；08年6月《电力电容器与无功补偿》发表了金向朝等的一篇文章，题目为“并联电容器在线监测新技术”，介绍了原理及应用实例。基本结构与河北正弦波电气有限公司的广告一样，每个单台电容器加装一个电流互感器，用电缆引到装置内，记录突变信号，但不能连续记录以及检测绝缘介质早期的微小变异，也没有考虑即时向用户发出报警信号及利用数字通信技术实现远程传送。

诱发电容器事故的原因很多，有产品质量问题、有运行环境及投切不当问题。事故发生后，由于没有装置运行的数据作为证据，制造厂与用户之间的争执经常发生，真正的事故原因并不能查清楚，所以分析文章使用“可能”的描述很多。每年一次的离线预试，与运行工况不能等价，且劳动强度大，事实证明，预试并不能杜绝事故，不能适应当前电力生产需要。在线监测是状态管理的最好方式。目前，该产品仍属探索阶段，尚未进入电力市场。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于在线监测变电站6-35kV电容器运行工况的高压并联电容器在线监测系统。

本实用新型的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

高压并联电容器在线监测系统，用来监测变电站高压并联电容器成套装置，该装置包括串联电抗器、若干个串、并联电容器、避雷器、熔断器及放电线圈，其特征是：在三相电路中分别设有电流互感器；

所述电流互感器通过信号电缆与信号采集终端连接，电流互感器和放电线圈将采集的实时模拟电信号传输给信号采集终端，信号采集终端设有信号处理单元、微处理器和信号发送单元；

所述电信号经过信号采集终端处理后发送给远程监控计算机。

作为本实用新型的优选技术方案，所述电容组中的电容与放电线圈相连接，放电线圈通过信号电缆与信号采集终端连接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述变电站电路包括A相、B相和C相电路，每相电路中设有若干单台电容，所述电容并联后与电流互感器连接；所述电容的两端连接放电线圈。

作为本实用新型的优选技术方案，所述信号采集终端的信号发送单元包括无线信号发送电路和SIM卡；

所述远程监控计算机设有无线信号接收电路和SIM卡；

所述信号发送单元将电信号通过移动通信网络发送给远程监控计算机。

作为本实用新型的优选技术方案，所述信号采集终端与温湿度传感器连接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述信号电缆均是屏蔽电缆。

作为本实用新型的优选技术方案，所述信号采集终端还设有存储器和报警装置。

作为本实用新型的优选技术方案，所述报警装置包括显示屏或声光显示器。

作为本实用新型的优选技术方案，所述信号采集终端的微处理器中设有专用信号处理软件；所述远程监控计算机设有专用在线监测数据分析软件。

本实用新型的有益效果是：相对于现有技术，本实用新型可以连续记录高压并联电容器的运行工况，诊断早期异常，及时向用户和制造厂发出报警信号，准确定位故障的原因，为制造厂提高产品质量提供信息；也为用户改善运行条件、实现状态管理提供实时数据。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：采集终端1、电流互感器2(A相LHa、B相LHb、C相LHc)、放电线圈3(A相FDa、B相FDb、C相FDc)、信号电缆4、温湿度传感器5、发射天线6、接受天线7、远方监控计算机8。

具体实施方式

如图1所示，高压并联电容器在线监测系统，包括变电站电路中相互并联的补偿电容组Ca、Cb、Cc，以及分别与Ca、Cb、Cc串联连接的电抗器La、Lb、Lc和熔断器Ra、Rb、Rc，所述电容Ca、Cb、Cc所在电路的尾段分别设有电流互感器2，包括LHa、LHb、LHc；电容Ca、Cb、Cc分别与放电线圈3连接，包括FDa、FDb、FDc；电流互感器2、放电线圈3以及温湿度传感器5传分别通过信号电缆4与信号采集终端1连接，信号采集终端1设有信号处理单元、微处理器和信号发送单元。电流互感器2和放电线圈3将采集的电信号传输给信号采集终端1，经过信号采集终端1处理后发送给远程监控计算机8。

采集终端1接收电流互感器2传送来的A相、B相、C相的电流信号，采集终端1接收放电线圈3传送来的A相、B相、C相电压信号以及温湿度传感器5传送来的温湿度信号；采集终端1通过屏蔽电缆4接收电流、电压、温湿度信号，计算出被测电容的电容量、介质损失角、有功损耗、不平衡电压、负序电压、负序电流，记录环境温度、相对湿度，自动绘制成日曲线，自动记录出现突变量的时刻、波形，画面显示出实时数据；所有历史记录全部存储在采集终端1的存储器内。

采集终端1通过发射天线6和GPRS通信网络将信号发送到接受天线7，用户在远方使用高压并联电容器专用在线监测数据分析软件可以获得全部数据。采集终端1能够发出报警信号，该信号可就地显示，同时可通过GPRS发送到远方监控站。每套系统采集终端1、发射天线6、接受天线7以及远方监控计算机8的数量可以是一个或多个。

本实用新型可以24小时在线监测和连续记录运行电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic、电容量Ca、Cb、Cc、介质损失tgδ、不平衡电压3Uo、负序电压U2、负序电流I2、无功发送量、有功损耗、谐波量、电容量、介质损耗及温湿度，并全部储存在采集终端1内，可就地显示及录波。所有运行数据可以通过GPRS传送到用户和制造厂，实现数据共享。本实用新型具体运行如下：

(1)所述监测电容器的运行电压U_A、U_B、U_C是通过放电线圈(并联电容器原有设备，是一种电压互感器)转换到二次侧的电压实现。

(2)所述监测电容器的运行电流I_A、I_B、I_C是通过接在电路中的三相电流互感器2(LHa、LHb、LHc)测量得到。

(3)所述监测电容器的介质损失tgδ_A，tgδ_B，tgδ_C通过以下方式求得：

(a)专用电路测量出电流与电压的相位角θ_A，θ_B，θ_C；

(b)由式①计算出介质损失角，然后计算出介质损失：tgδ_A，tgδ_B，tgδ_C：

δ＝90°-θ------①，

(4)所述监测电容器的不平衡电压，由式②计算出，

$3{\stackrel{\·}{U}}_0={\stackrel{\·}{U}}_A+{\stackrel{\·}{U}}_B+{\stackrel{\·}{U}}_C$ ------②；

(5)所述监测到电容器的负序电压，由式③计算出，

${\stackrel{\·}{U}}_2={\stackrel{\·}{U}}_A+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{U}}_B+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{U}}_C$ ------③，式中α＝e^j120°；

(6)所述监测到电容器的负序电流，由式④计算出；

${\stackrel{\·}{I}}_2={\stackrel{\·}{I}}_A+{\mathrm{\α}}^2{\stackrel{\·}{I}}_B+\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{I}}_C$ ------④。

(7)所述监测到电容器的电容量，由式⑤、⑥、⑦计算出：

$C_A=\frac{I_A\sin \mathrm{\θ}}{U_A\mathrm{\ω}}$ ------⑤， $C_B=\frac{I_B\sin \mathrm{\θ}}{U_B\mathrm{\ω}}$ -----⑥， $C_C=\frac{I_C\sin \mathrm{\θ}}{U_C\mathrm{\ω}}$ -----⑦；

(8)所述检测到电容器的无功发送量，由式⑧计算出：

Q＝U_A ²ωC_A+U_B ²ωC_B+U_C ²ωC_C------⑧，这是电容器实际发出的无功，它与名牌及控制屏面显示的无功含义是不一样的。

(9)所述检测到电容器的有功损耗，由式⑨计算出：

P＝U_AI_Acosθ_A+U_BI_Bcosθ_B+U_CI_Ccosθ_C

(10)所述记录突变量的实时波形，可显示在本装置的屏幕上。

(11)所述检测到环境温湿度，由温湿度传感器提供；

(12)所述数字通信传输单元由市售手机的主板电路、SIM卡通信芯片以及发射接收天线组成。

举例说明

(1)电容器介质老化

此时运行电流、母线电压均显示正常，宏观看不到异常痕迹，常规监控系统检测不到。本系统测量出介质损耗从tgδ₁上升到tgδ₂，有功损耗从P₁上升到P₂，发出报警信号。

(2)单个电容器熔断器熔断

此时故障相运行电流变化只有百分之零点几到百分之一左右，母线电压不变，宏观看不到异常痕迹，常规监控系统检测不到。本系统测量出电容量改变，发出报警信号。

(3)电容器电压过高

由于串联电抗器的存在，通常电容器的运行电压比母线电压高6-13％，变电站监控系统不显示电容器电压。VQC失控及运行中频繁投切冲击、机械震动及制造工艺欠缺，电抗器的铁芯间隙可能变小，都会使电容器运行电压升高超过允许值，常规监控系统检测不到。本系统检测到Q越限、U越限，发出报警信号。

(4)室内温度越限

10kV并联电容器大都装在室内，《运行规程》规定，室内最高温度不允许超过40℃，长期高温会缩短电容器的运行寿命，特别是南方夏季无人值守变电站，这种情况更普遍。常规监控系统不包括此项内容，本系统发出报警信号。

(5)记录谐波越限

装置实际上是一种LC串联电路，谐振电流的频率 $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}},$ 谐波长期超标，会损坏电容器，常规监控系统不包括此项内容，本系统发出报警信号。

(7)记录合闸涌流，分析电抗器、电容器及断路器有无异常。

(8)记录合闸过压，分析电抗器、电容器及断路器有无异常。

本实用新型连续记录运行工况，诊断早期异常，及时向用户和制造厂发出报警信号，准确定位故障的原因，为制造厂提高产品质量提供信息；也为用户改善运行条件、实现状态管理提供实时数据。

Claims (8)

1.一种高压并联电容器在线监测系统，用来监测变电站高压并联电容器成套装置，该装置包括串联电抗器、若干个串、并联电容器、避雷器、熔断器及放电线圈，其特征是：在三相电路中分别设有电流互感器；

所述电流互感器通过信号电缆与信号采集终端连接，电流互感器和放电线圈将采集的实时模拟电信号传输给信号采集终端，信号采集终端设有信号处理单元、微处理器和信号发送单元；

所述电信号经过信号采集终端处理后发送给远程监控计算机。

2.根据权利要求1所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述电容组中的电容与放电线圈相连接，放电线圈通过信号电缆与信号采集终端连接。

3.根据权利要求1或2所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述信号采集终端的信号发送单元包括无线信号发送电路和SIM卡；

所述远程监控计算机设有无线信号接收电路和SIM卡；

所述信号发送单元将电信号通过移动通信网络发送给远程监控计算机。

4.根据权利要求1或2所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述信号采集终端与温湿度传感器连接。

5.根据权利要求1或2所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述信号电缆均是屏蔽电缆。

6.根据权利要求1或2所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述信号采集终端还设有存储器和报警装置。

7.根据权利要求6所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述报警装置包括显示屏或声光显示器。

8.根据权利要求1或2所述的高压并联电容器在线监测系统，其特征是：所述信号采集终端的微处理器中设有专用信号处理软件；所述远程监控计算机设有专用在线监测数据分析软件。

Images