本發(fā)明涉及配電自動化技術(shù),具體涉及一種電容器組在線監(jiān)測裝置及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù):
在電網(wǎng)運(yùn)行中電容器組是重要的環(huán)節(jié),尤其是高壓側(cè)電容器組,如果電容器組工作異?;蛘哒`動作則會影響我們的用電,目前大部分都是在停電檢修時(shí)由人工觀察或者儀器去進(jìn)行檢查,沒有做到實(shí)時(shí)的在線監(jiān)控,這樣不僅浪費(fèi)時(shí)間而且也不能及時(shí)掌握故障的信息,工作人員不能及時(shí)的維修,這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題,提供一種能夠?qū)﹄娏﹄娙萜鹘M設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測,可以遠(yuǎn)程監(jiān)測和操控電容器組運(yùn)行狀態(tài)以及電容器組動作的電容器組在線監(jiān)測裝置及其應(yīng)用方法。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提供一種電容器組在線監(jiān)測裝置,包括傳感器組和在線監(jiān)測單元,所述傳感器組包括進(jìn)線端電壓電流檢測單元、出線端電壓電流檢測單元和溫濕度檢測單元,所述進(jìn)線端電壓電流檢測單元、出線端電壓電流檢測單元均包括電子電壓互感器和電子電流互感器,所述進(jìn)線端電壓電流檢測單元的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的進(jìn)線端,所述出線端電壓電流檢測單元的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的出線端,所述溫濕度檢測單元包括裝設(shè)于電容器組節(jié)點(diǎn)以及電容器內(nèi)部的溫濕度傳感器,所述電子電壓互感器、電子電流互感器、溫濕度傳感器的輸出端分別與在線監(jiān)測單元相連。
優(yōu)選地,所述在線監(jiān)測單元包括單片機(jī)、通訊模塊、故障指示燈和電源模塊,所述電子電壓互感器、電子電流互感器、溫濕度傳感器的輸出端分別與單片機(jī)相連,所述單片機(jī)分別與通訊模塊、故障指示燈相連,所述電源模塊的輸出端分別與單片機(jī)、通訊模塊、故障指示燈相連。
優(yōu)選地,所述在線監(jiān)測單元上還連接有電容器散熱單元,所述電容器散熱單元包括電磁繼電器和排風(fēng)扇,所述電磁繼電器的控制端和單片機(jī)相連,所述電磁繼電器的輸出端和排風(fēng)扇相連,所述排風(fēng)扇裝設(shè)于電容器組的外殼上。
本發(fā)明還提供前述的電容器組在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用方法,實(shí)施步驟包括:所述在線監(jiān)測單元通過溫濕度傳感器的輸出的數(shù)據(jù),通過灰色預(yù)測算法對所述電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值進(jìn)行預(yù)測。
優(yōu)選地,所述通過灰色預(yù)測算法對所述電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值進(jìn)行預(yù)測的步驟包括:
1)記錄溫濕度傳感器輸出的電容器組的節(jié)點(diǎn)及電容器組內(nèi)部溫度值并記錄為式(1)所示表達(dá)式形式的序列X(0):
X(0)={x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),...,x(0)(k),...,x(0)(n)} (1)
式(1)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,x(0)(k)≥0且k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;
2)根據(jù)序列X(0)通過式(2)所示表達(dá)式生成數(shù)據(jù)序列X(1);
式(2)中,x(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k個(gè)元素,其中k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;x(0)(i)表示序列X(0)中第i個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值;
3)根據(jù)數(shù)據(jù)序列X(1)通過式(3)所示表達(dá)式生成數(shù)據(jù)序列Z(1);
式(3)中,z(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第k個(gè)元素,x(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k個(gè)元素,x(1)(k-1)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k-1個(gè)元素,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;
4)建立如式(4)所示函數(shù)方程式,并構(gòu)造如式(5)所示數(shù)據(jù)矩陣B和數(shù)據(jù)向量Y;
x(0)(k)+az(1)(k)=b (4)
式(4)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,z(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第k個(gè)元素,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量,a和b為待求解參數(shù);
式(5)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;z(1)(2)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第2個(gè)元素,z(1)(3)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第3個(gè)元素,z(1)(4)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第4個(gè)元素,z(1)(5)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第5個(gè)元素;
5)求解式(4)所示函數(shù)方程式的最小二乘估計(jì)系數(shù)列使其滿足式(6),得到參數(shù)a和b的求解結(jié)果;
式(6)中,表示計(jì)算的最小二乘估計(jì)系數(shù),B表示數(shù)據(jù)矩陣,Y表示數(shù)據(jù)向量;
6)根據(jù)式(7)所示預(yù)測模型預(yù)測電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值的預(yù)測值;
式(7)中,表示預(yù)測的下一時(shí)刻的溫度值,x(1)(0)表示初始時(shí)刻記錄的溫度值,a和b為求解得到的參數(shù)。
優(yōu)選地,步驟6)得到電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值的預(yù)測值后,還包括下屬步驟:如果預(yù)測值在50℃以上,則單片機(jī)通過電磁繼電器開啟排風(fēng)扇對電容器組進(jìn)行降溫處理;如果預(yù)測值超過設(shè)定的溫度值則單片機(jī)輸出預(yù)警信息,如果檢測值在15分鐘內(nèi)連續(xù)上升或預(yù)測值超過設(shè)定的溫度值則發(fā)送溫升預(yù)警信息,在溫度值超過設(shè)定值時(shí)則斷開斷路器同時(shí)發(fā)送故障信息到所述后臺管理服務(wù)器并通過故障指示燈就地顯示故障信息。
優(yōu)選地,本發(fā)明還包括所述在線監(jiān)測單元通過電子電壓互感器、電子電流互感器的輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行電容器組故障診斷的步驟,詳細(xì)步驟包括:
S1)判斷電容器組是否發(fā)生金屬接地故障,如果某一相電壓為零、其余兩相電壓為57.7V,開口三角電壓Uo為100V且與線電壓Uxgq的相位差為180°,則判定該相發(fā)生金屬接地故障;
S2)判斷電容器組是否發(fā)生弧光接地故障,所述弧光接地故障以正相序?yàn)榛鶞?zhǔn),對地電壓最高相的滯后相為接地相,如果開口三角電壓Uo相對某一相電壓Ux朝前90°,且該相電壓Ux的絕對值的平方、開口三角電壓Uo的絕對值的平方兩者之和等于線電壓Uxgq的絕對值的平方,對地電壓均小于1.9倍非故障時(shí)的電壓,則判定該相發(fā)生金屬接地故障;
S3)判斷電容器組是否發(fā)生短路故障,如果電容器組所連變壓器為中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)時(shí),如果某一相電壓為0、電流超過預(yù)設(shè)閾值,其余相的電壓升高根號3倍、相電流升高3倍,則判定該相發(fā)生短路故障;如果電容器組所連變壓器為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)時(shí),如果某一相電壓為0、電流為0,其余相的電壓電流均不變,則判定該相發(fā)生短路故障;
S4)如果電容器組發(fā)生接地故障或者短路故障,且溫濕度檢測單元測得的溫度值高于設(shè)定的溫度值、濕度值高于設(shè)定的濕度值,則判定電容器組損壞;否則如果電容器組沒有發(fā)生接地故障或者短路故障,且溫濕度檢測單元測得的溫度值低于設(shè)定的溫度值、濕度值低于設(shè)定的濕度值,則判定電容器組沒有損壞。
本發(fā)明電容器組在線監(jiān)測裝置具有下述優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明電容器組在線監(jiān)測裝置包括傳感器組和在線監(jiān)測單元,傳感器組包括進(jìn)線端電壓電流檢測單元、出線端電壓電流檢測單元和溫濕度檢測單元,進(jìn)線端電壓電流檢測單元、出線端電壓電流檢測單元均包括電子電壓互感器和電子電流互感器,進(jìn)線端電壓電流檢測單元的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的進(jìn)線端,出線端電壓電流檢測單元的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的出線端,溫濕度檢測單元包括裝設(shè)于電容器組節(jié)點(diǎn)以及電容器內(nèi)部的溫濕度傳感器,通過上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)﹄娏﹄娙萜鹘M設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測,可以遠(yuǎn)程監(jiān)測和操控電容器組運(yùn)行狀態(tài)以及電容器組動作。
本發(fā)明電容器組在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用方法為本發(fā)明前述電容器組在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用方法,在線監(jiān)測單元通過溫濕度傳感器的輸出的數(shù)據(jù),通過灰色預(yù)測算法對所述電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值進(jìn)行預(yù)測,能夠基于當(dāng)前的溫度檢測對未來的溫度值進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)測,為對電容器組進(jìn)行散熱、預(yù)警和報(bào)警等功能提供了信息基礎(chǔ)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖例說明:1、傳感器組;11、進(jìn)線端電壓電流檢測單元;12、出線端電壓電流檢測單元;13、溫濕度檢測單元;2、在線監(jiān)測單元;21、單片機(jī);22、通訊模塊;23、故障指示燈;24、電源模塊;3、電容器散熱單元;31、電磁繼電器;32、排風(fēng)扇。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示,本實(shí)施例的電容器組在線監(jiān)測裝置包括傳感器組1和在線監(jiān)測單元2,傳感器組1包括進(jìn)線端電壓電流檢測單元11、出線端電壓電流檢測單元12和溫濕度檢測單元13,進(jìn)線端電壓電流檢測單元11、出線端電壓電流檢測單元12均包括電子電壓互感器和電子電流互感器,進(jìn)線端電壓電流檢測單元11的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的進(jìn)線端,出線端電壓電流檢測單元12的電子電壓互感器和電子電流互感器設(shè)于電容器組的出線端,溫濕度檢測單元13包括裝設(shè)于電容器組節(jié)點(diǎn)以及電容器內(nèi)部的溫濕度傳感器,電子電壓互感器、電子電流互感器、溫濕度傳感器的輸出端分別與在線監(jiān)測單元2相連。參見圖2,本實(shí)施例中進(jìn)線端電壓電流檢測單元11包括電子電壓互感器11#1和電子電流互感器11#2,出線端電壓電流檢測單元12包括電子電壓互感器12#1和電子電流互感器12#2,溫濕度檢測單元13包括裝設(shè)于電容器組節(jié)點(diǎn)的溫濕度傳感器13#1、13#6,以及電容器內(nèi)部的溫濕度傳感器13#2~13#4,電子電壓互感器11#1、電子電流互感器11#2、電子電壓互感器12#1、電子電流互感器12#2、溫濕度傳感器13#1~13#6的輸出端分別與在線監(jiān)測單元2相連。此外,在線監(jiān)測單元2還與電容器組的斷路器相連,用于控制電容器組的投入狀態(tài),但是上述內(nèi)容涉及電容器組的控制,故不在本實(shí)施例在線監(jiān)測裝置討論之內(nèi)。
如圖1所示,在線監(jiān)測單元2包括單片機(jī)21、通訊模塊22、故障指示燈23和電源模塊24,電子電壓互感器、電子電流互感器、溫濕度傳感器的輸出端分別與單片機(jī)21相連,單片機(jī)21分別與通訊模塊22、故障指示燈23相連,電源模塊24的輸出端分別與單片機(jī)21、通訊模塊22、故障指示燈23相連。本實(shí)施例中,通訊模塊22具體采用GPRS模塊,用于將所述單片機(jī)21檢測到信息和分析的數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺管理服務(wù)器并能夠與所述后臺管理服務(wù)器進(jìn)行雙向通信;故障指示燈23用于電容器組故障時(shí)指示故障信息;電源模塊24用于為所述監(jiān)控裝置提供電能。
如圖1和圖2所示,在線監(jiān)測單元2上還連接有電容器散熱單元3,電容器散熱單元3包括電磁繼電器31和排風(fēng)扇32,電磁繼電器31的控制端和單片機(jī)21相連,電磁繼電器31的輸出端和排風(fēng)扇32相連,排風(fēng)扇32裝設(shè)于電容器組的外殼上,當(dāng)電容器組內(nèi)溫濕度過高時(shí)可通過開通電磁繼電器31啟動排風(fēng)扇32對電容器組進(jìn)行降溫排濕。
本實(shí)施例中,單片機(jī)21通過采集對所述電子電壓互感器、電子電流互感器檢測到電容器組的進(jìn)線端和出線端的電壓和電流進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,單片機(jī)21能夠分別存儲1000個(gè)電子電壓互感器、電子電流互感器、溫濕度傳感器檢測到的電壓值、電流值、溫濕度數(shù)據(jù)。同時(shí),單片機(jī)21通過采集對多個(gè)溫濕度傳感器檢測到的電容器組節(jié)點(diǎn)以及內(nèi)部溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本實(shí)施例的電容器組在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用方法的實(shí)施步驟包括:在線監(jiān)測單元2通過溫濕度傳感器的輸出的數(shù)據(jù),通過灰色預(yù)測算法對所述電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值進(jìn)行預(yù)測。本實(shí)施例中,通過灰色預(yù)測算法對所述電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值進(jìn)行預(yù)測的步驟包括:
1)記錄溫濕度傳感器輸出的電容器組的節(jié)點(diǎn)及電容器組內(nèi)部溫度值并記錄為式(1)所示表達(dá)式形式的序列X(0):
X(0)={x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),...,x(0)(k),...,x(0)(n)} (1)
式(1)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,x(0)(k)≥0且k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;
2)根據(jù)序列X(0)通過式(2)所示表達(dá)式生成數(shù)據(jù)序列X(1);
式(2)中,x(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k個(gè)元素,其中k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;x(0)(i)表示序列X(0)中第i個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值;
3)根據(jù)數(shù)據(jù)序列X(1)通過式(3)所示表達(dá)式生成數(shù)據(jù)序列Z(1);
式(3)中,z(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第k個(gè)元素,x(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k個(gè)元素,x(1)(k-1)表示數(shù)據(jù)序列X(1)中的第k-1個(gè)元素,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;
4)建立如式(4)所示函數(shù)方程式,并構(gòu)造如式(5)所示數(shù)據(jù)矩陣B和數(shù)據(jù)向量Y;
x(0)(k)+az(1)(k)=b (4)
式(4)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,z(1)(k)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第k個(gè)元素,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量,a和b為待求解參數(shù);
式(5)中,x(0)(k)表示第k個(gè)溫濕度傳感器輸出的溫度值,k=1,2,…,n,n表示溫濕度傳感器的數(shù)量;z(1)(2)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第2個(gè)元素,z(1)(3)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第3個(gè)元素,z(1)(4)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第4個(gè)元素,z(1)(5)表示數(shù)據(jù)序列Z(1)中的第5個(gè)元素;
5)求解式(4)所示函數(shù)方程式的最小二乘估計(jì)系數(shù)列使其滿足式(6),得到參數(shù)a和b的求解結(jié)果;
式(6)中,表示計(jì)算的最小二乘估計(jì)系數(shù),B表示數(shù)據(jù)矩陣,Y表示數(shù)據(jù)向量;
6)根據(jù)式(7)所示預(yù)測模型預(yù)測電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值的預(yù)測值;
式(7)中,表示預(yù)測的下一時(shí)刻的溫度值,x(1)(0)表示初始時(shí)刻記錄的溫度值,a和b為求解得到的參數(shù)。
本實(shí)施例中,步驟6)得到電容器組的節(jié)點(diǎn)以及電容器組內(nèi)部溫度值的預(yù)測值后,還包括下屬步驟:如果預(yù)測值在50℃以上,則單片機(jī)21通過電磁繼電器31開啟排風(fēng)扇32對電容器組進(jìn)行降溫處理;如果預(yù)測值超過設(shè)定的溫度值(本實(shí)施例中具體為50℃)則單片機(jī)21輸出預(yù)警信息,如果檢測值在15分鐘內(nèi)連續(xù)上升或預(yù)測值超過設(shè)定的溫度值則發(fā)送溫升預(yù)警信息,在溫度值超過設(shè)定值時(shí)則斷開斷路器同時(shí)發(fā)送故障信息到所述后臺管理服務(wù)器并通過故障指示燈23就地顯示故障信息。
通過數(shù)據(jù)分析可以判斷電容器組在故障時(shí)的故障類型后,結(jié)合安裝在電容器組上的溫濕度傳感器的溫度值和濕度值分析出在電容器組的工作狀態(tài)是否正常。本實(shí)施例包括所述在線監(jiān)測單元2通過電子電壓互感器、電子電流互感器的輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行電容器組故障診斷的步驟,故障類型包括接地故障和短路故障,詳細(xì)步驟包括:
S1)判斷電容器組是否發(fā)生金屬接地故障,如果某一相電壓為零、其余兩相電壓為57.7V,開口三角電壓Uo為100V且與線電壓Uxgq的相位差為180°,則判定該相發(fā)生金屬接地故障;以A相接地為例,故障相電壓Ua=0,健全相電壓Ub、Uc=57.7V,開口三角Uo=100V,Uo與線電壓Uagq相位差為180°,則判定A相發(fā)生金屬接地故障;
S2)判斷電容器組是否發(fā)生弧光接地故障,所述弧光接地故障以正相序?yàn)榛鶞?zhǔn),對地電壓最高相的滯后相為接地相,如果開口三角電壓Uo相對某一相電壓Ux朝前90°,且該相電壓Ux的絕對值的平方、開口三角電壓Uo的絕對值的平方兩者之和等于線電壓Uxgq的絕對值的平方,對地電壓均小于1.9倍非故障時(shí)的電壓,則判定該相發(fā)生金屬接地故障;以A相接地為例,弧光接地以正相序?yàn)榛鶞?zhǔn),對地電壓最高相的滯后相為接地相,如果開口三角電壓Uo相比相電壓Ua超前90°,且滿足|Ua|2+|Uo|2=|Uagq|2,對地電壓均小于1.9倍,則判定A相發(fā)生金屬接地故障;
S3)判斷電容器組是否發(fā)生短路故障,如果電容器組所連變壓器為中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)時(shí),如果某一相電壓為0、電流超過預(yù)設(shè)閾值,其余相的電壓升高根號3倍、相電流升高3倍,則判定該相發(fā)生短路故障;如果電容器組所連變壓器為中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)時(shí),如果某一相電壓為0、電流為0,其余相的電壓電流均不變,則判定該相發(fā)生短路故障;以A相短路為例,如果是中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng),故障相的電壓為0,故障相的電流很大,非故障相的電壓升高根號3倍,非故障相電流升高3倍;如果是中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng),故障相電壓為0,故障相電流為0,非故障相電壓基本不變,非故障相電流基本不變;
S4)如果電容器組發(fā)生接地故障或者短路故障,且溫濕度檢測單元13測得的溫度值高于設(shè)定的溫度值、濕度值高于設(shè)定的濕度值,則判定電容器組損壞;否則如果電容器組沒有發(fā)生接地故障或者短路故障,且溫濕度檢測單元13測得的溫度值低于設(shè)定的溫度值、濕度值低于設(shè)定的濕度值,則判定電容器組沒有損壞。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例,凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。