基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，屬于變電站設備在線監(jiān)測技術領域。

背景技術：

高壓電力電容器成套裝置是電力系統(tǒng)應用最傳統(tǒng)、最廣泛和數(shù)量最多的無功補償設備，我國的無功補償設備容量近10億千乏，絕大部分是并聯(lián)電容器成套裝置，在有利于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，能夠改善電能質量，降低電能損耗、增加輸配線路及電力變壓器的傳輸容量等方面發(fā)揮了很好作用。電容無功補償設備的可用率成為電力生產管理的一項重要的技術指標。

無功補償裝置在變電站單獨布置安裝，一般通過專用開關裝置并聯(lián)在變電站低壓母線上，根據電力變壓器的功率因數(shù)或母線電壓高低確定是否投入，由于其投入與否不直接造成用戶停電，而影響供電可可靠性，普遍存在對電力電容器安全可靠運行重視程度不夠的問題，從安裝、運行、檢測、消缺、維護等存在諸多管理漏洞，運行實際表明：電容器事故率居變電站所有設備之首，許多電力電容器成套裝置，形同虛設，由于各種原因甚至常年不能投入運行，其作用未能得到發(fā)揮，影響了系統(tǒng)經濟運行和電壓質量。

電容量是標志電力電容器介質基本性能和狀態(tài)的一項重要指標，能夠反映制造工藝和原材料的優(yōu)劣以及安全運行的狀態(tài)和水平，其中具體表現(xiàn)為：（1）電容器存在滲漏油，空氣中的水分潮氣進入電容器內部，電容元件絕緣降低，油位下降，甚至使電容器引線或元件上端漏出油面，造成極對外殼放電或元件擊穿，損壞電容器。（2）電容器的有功損耗與運行電壓成正比，運行電壓升高致使發(fā)熱量顯著增加，絕緣老化加快，甚至引起熱擊穿損壞電容器。在過電壓或諧波的作用下電容器過電流運行，同樣造成元件發(fā)熱而損壞電容器。（3）電力電容器因高場強、高溫度的運行條件，電力電容器絕緣老化加速、介質擊穿放電，造成熱擊穿。（4）存在絕緣缺陷、內部有局部放電現(xiàn)象，損壞元件造成電容量變化，可能造成電容量變大，說明內部串聯(lián)段的電容元件減少，造成其他內部元件過電壓運行。（5）電容器組中缺臺運行、單臺電容器熔絲非正常熔斷也會致使電容器組的表觀電容量變化。

由上述可知，通過監(jiān)測電力電容器電容量的變化對其運行狀態(tài)的判斷至關重要，在現(xiàn)有技術中，還沒有能夠在線對電力電容器的電容量有效監(jiān)測的方法，因此很難通過電容量對電力電容器的工作狀態(tài)進行評價，所以很難獲得電力電容器在實際工作時的工作狀態(tài)，因此形成了較大的安全隱患。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種通過對電力電容器的電容量的實時監(jiān)測實現(xiàn)了對電力電容器的工作狀態(tài)的監(jiān)測，保證了電力電容器以及高壓電力電容器成套裝置安全工作的基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：該基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，其特征在于：設置有對高壓電力電容器成套設備的電流參數(shù)和電壓參數(shù)進行測量和處理的參數(shù)測量單元，還包括如下步驟：

步驟1001，開始對高壓并聯(lián)電容器成套設備狀態(tài)進行評價；

步驟1002，通過參數(shù)測量單元獲得高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器的二次側電壓信號u；

步驟1003，通過參數(shù)測量單元計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器的運行電壓uc；

步驟1004，通過參數(shù)測量單元得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i；

步驟1005，分解高壓并聯(lián)電容器成套設備的電流信號i；

參數(shù)測量單元對高壓并聯(lián)電容器成套設備的電流信號i進行傅里葉變換得到其中阻性電流分量ir和容性電流分量ic；

步驟1006，參數(shù)測量單元計算得到電力電容器的功率參數(shù)；

步驟1007，參數(shù)測量單元計算得到電力電容器的介質損耗因數(shù)；

步驟1008，參數(shù)測量單元計算得到電力電容器的電容量；

步驟1009，參數(shù)測量單元根據電力電容器的嚴重狀態(tài)判斷規(guī)則判斷電力電容器是否處于嚴重狀態(tài)，如果處于嚴重狀態(tài)，執(zhí)行步驟1010，如果未處于嚴重狀態(tài)，執(zhí)行步驟1011；

步驟1010，電力電容器處于嚴重狀態(tài)，參數(shù)測量單元向出線開關柜的斷路器發(fā)出跳閘指令；

步驟1011，參數(shù)測量單元根據電力電容器的異常狀態(tài)判斷規(guī)則判斷電力電容器是否處于異常狀態(tài)，如果處于異常狀態(tài)，執(zhí)行步驟1012，如果未處于異常狀態(tài)，執(zhí)行步驟1013；

步驟1012，參數(shù)測量單元對電抗器的狀態(tài)進行報警；

步驟1013，電力電容器處于正常工作狀態(tài)，高壓電力電容器成套裝置繼續(xù)運行。

優(yōu)選的，步驟1009中所述的嚴重狀態(tài)判斷規(guī)則為：參數(shù)測量單元將步驟1008中計算得到的電容量與電力電容器電容量的額定值進行比較并得到其偏差率，如果偏差率大于10%則處于嚴重狀態(tài)。

優(yōu)選的，步驟1011中所述的異常狀態(tài)判斷規(guī)則為：參數(shù)測量單元將步驟1008中計算得到的電容量與電力電容器電容量的額定值進行比較并得到其偏差率，如果偏差率為5%~10%，則處于異常狀態(tài)。

優(yōu)選的，步驟1006中所述的功率參數(shù)包括：高壓并聯(lián)電容器成套設備回路中消耗的有功功率值，高壓并聯(lián)電容器成套設備回路輸出的無功功率和高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器消耗的有功功率。

優(yōu)選的，所述的參數(shù)測量單元，包括電流采集模塊、電壓采集模塊、信號處理模塊、邏輯分析模塊以及聲光報警模塊，電流采集模塊和電壓采集模塊的輸出端同時與信號處理模塊的輸入端相連，信號處理模塊的輸出端與邏輯分析模塊的輸入端相連，邏輯分析模塊的輸出端連接聲光報警模塊。

優(yōu)選的，所述的電壓采集模塊連接設置在高壓并聯(lián)電容器成套設備變電站母線的電壓互感器的二次側。

優(yōu)選的，所述的電流采集模塊連接高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜的電流互感器的二次側。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果是：

在本基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法中，通過對電力電容器電容量的實時計算實現(xiàn)了對電力電容器以及高壓電力電容器成套裝置工作狀態(tài)的監(jiān)測，保證了電力電容器以及高壓電力電容器成套裝置的安全工作。

本基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法是在電力電容器實際運行工況下測量，在不增加任何一次設備的情況下，實現(xiàn)對電力電容器的電容量實時檢測，能夠真實反映其絕緣狀態(tài)，可在線同時監(jiān)測三相高壓電容器的介質損耗因數(shù)tgδ，測量結果可信度和可比較性更高，而且能有發(fā)現(xiàn)一些低電壓下不能發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷。在高壓電力電容器出現(xiàn)絕緣故障時立即發(fā)出警報，提醒運維人員的對電容器進行后續(xù)的檢查或更換。

電容量偏差過大時立即發(fā)出告警信號，或者向其開關柜的進線斷路器發(fā)出跳閘指令，退出裝置運行，防止發(fā)生電力電容器的絕緣損壞事故。并通過標準的通訊接口與變電站綜合自動化系統(tǒng)相聯(lián)絡，方便了變電站無功補償裝置的安全運行控制，提高了電力電容器組的智能化水平。

附圖說明

圖1為基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法流程圖。

圖2為基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法參數(shù)測量單元原理方框圖。

具體實施方式

圖1~2是本發(fā)明的最佳實施例，下面結合附圖1~2對本發(fā)明做進一步說明。

如圖1所示，基于電容量的電力電容器運行狀態(tài)在線監(jiān)測方法，包括如下步驟：

步驟1001，開始；

開始進行高壓電力電容器成套裝置中電力電容器運行狀態(tài)監(jiān)測方法；

步驟1002，測量得到變電站母線的電壓信號；

在本高壓電力電容器成套裝置中電力電容器運行狀態(tài)監(jiān)測方法中，設置有對高壓并聯(lián)電容器成套設備的運行參數(shù)進行測量和處理的參數(shù)測量單元。如圖2所示，參數(shù)測量單元包括：電流采集模塊、電壓采集模塊、信號處理模塊、邏輯分析模塊以及聲光報警模塊。電流采集模塊和電壓采集模塊的輸出端同時與信號處理模塊的輸入端相連，信號處理模塊的輸出端與邏輯分析模塊的輸入端相連，邏輯分析模塊的輸出端連接聲光報警模塊。

電壓采集模塊連接設置在高壓并聯(lián)電容器成套設備變電站母線的電壓互感器的二次側，電流采集模塊連接高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜的電流互感器的二次側，分別用于采集變電站母線電壓互感器二次側的電壓信號和高壓并聯(lián)電容器成套裝置運行回路中的電流信號。信號處理模塊用于將電流采集模塊和電壓采集模塊采集到的參數(shù)進行處理并送入邏輯分析模塊，邏輯分析模塊將電壓采集模塊和電流采集模塊送入的電流信號和電壓信號進行進一步運算，如果需要進行報警，則邏輯分析模塊驅動聲光報警模塊進行聲光報警。

在本步驟中，通過電壓采集單元獲得高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器的二次側獲取電壓信號u。

步驟1003，計算得到電力電容器的運行電壓信號；

邏輯分析模塊根據公式：uc=u/（1﹣β）計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器的運行電壓uc，其中u為步驟1002中得到的高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器二次側的電壓信號，β為高壓并聯(lián)電容器成套裝置的電抗率。

步驟1004，得到高壓并聯(lián)電容器成套設備的電流信號i；

通過電流采集模塊得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i。

步驟1005，分解高壓并聯(lián)電容器成套設備的電流信號i；

邏輯分析模塊對高壓并聯(lián)電容器成套設備的電流信號i進行傅里葉變換得到其中阻性電流分量ir和容性電流分量ic。

步驟1006，計算得到電力電容器的功率參數(shù)；

邏輯分析單元計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備的如下功率參數(shù)：

（1）根據公式：p=ir·u計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備回路中消耗的有功功率值，其中u為高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器二次側的電壓信號，ir為電流采集模塊得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i中的阻性電流分量。

（2）根據公式q=ic·u計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備回路輸出的無功功率q，其中u為高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器二次側的電壓信號，ic電流采集模塊得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i中的容性電流分量。

（3）根據公式pc=ir·uc計算出高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器消耗的有功功率pc，其中uc為高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器的運行電壓，ir電流采集模塊得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i中的阻性電流分量。

步驟1007，計算得到電力電容器的介質損耗因數(shù)；

邏輯分析模塊根據公式：tgδ=p/q，計算電力電容器的介質損耗因數(shù)tgδ，其中p為高壓并聯(lián)電容器成套設備回路中消耗的有功功率值；q為高壓并聯(lián)電容器成套設備回路輸出的無功功率。

步驟1008，計算得到電力電容器的電容量；

邏輯分析模塊根據公式：p=ω·c·uc²·tgδ得到電力電容器的電容量：c=p/(ω·uc²·tgδ)，其中：p為高壓并聯(lián)電容器成套設備回路中消耗的有功功率值；其中uc為高壓并聯(lián)電容器成套設備中電力電容器的運行電壓；tgδ為電力電容器的介質損耗因數(shù)；ω為角頻率。

步驟1009，邏輯分析模塊判斷電力電容器是否屬于嚴重狀態(tài)；

邏輯分析模塊根據步驟1008中的計算得到的電力電容器的電容量與其電容量的額定值進行比較并得出其變化率，如果變化率是否大于10%，則電力電容器處于嚴重狀態(tài)，執(zhí)行步驟1010，如果偏差值小于等于10%，執(zhí)行步驟1011。

步驟1010，發(fā)出跳閘指令：

邏輯分析單元判斷電力電容器處于異常狀態(tài)，邏輯分析單元向出線開關柜的斷路器發(fā)出跳閘指令。

步驟1011，邏輯分析模塊判斷電力電容器的介質損耗因數(shù)是否處于異常狀態(tài)；

邏輯分析模塊根據步驟1008中的計算得到的電力電容器的電容量與其電容量的額定值進行比較并得出其變化率，如果變化率為5%~10%，電力電容器處于異常狀態(tài)，執(zhí)行步驟1012，如果未超過規(guī)定值，執(zhí)行步驟1013。

步驟1012，步驟聲光報警；

電力電容器的介質損耗因數(shù)超過規(guī)定值，邏輯分析模塊驅動聲光報警模塊進行聲光報警。

步驟1013，繼續(xù)運行：

電力電容器處于正常工作狀態(tài)，邏輯分析單元不執(zhí)行其他操作，高壓電力電容器成套裝置繼續(xù)運行。

具體工作過程及工作原理如下：

在利用高壓電力電容器成套裝置中電力電容器運行狀態(tài)監(jiān)測方法對電力電容器的工作狀態(tài)進行監(jiān)測時，首先通過參數(shù)采集單元中的電壓采集模塊獲得高壓并聯(lián)電容器成套設備所在變電站母線電壓互感器的二次側獲取電壓信號u，同時通過電流采集模塊得到高壓并聯(lián)電容器成套裝置出線開關柜電流互感器二次側的電流信號i，參數(shù)采集單元中的信號處理模塊將電流采集模塊和電壓采集模塊采集到的參數(shù)進行處理并送入邏輯分析模塊，由邏輯分析模塊將電壓采集模塊和電流采集模塊送入的電流信號和電壓信號進行進一步運算。

邏輯分析模塊對電流信號i進行傅里葉變換得到其中的阻性電流分量ir和容性電流分量ic，計算得到高壓并聯(lián)電容器成套設備回路中消耗的有功功率值、高壓并聯(lián)電容器成套設備回路輸出的無功功率q以及電力電容器消耗的有功功率pc，然后進一步計算得到電力電容器的介質損耗因數(shù)以及電力電容器的電容量。

邏輯分析模塊將計算得到的電容量與電力電容器電容量的額定值進行比較并求出偏差率，如果偏差率大于10%，則邏輯分析單元判斷電力電容器處于嚴重狀態(tài)，邏輯分析單元向出線開關柜的斷路器發(fā)出跳閘指令；如果偏差率為5%~10%，則電力電容器處于異常狀態(tài)，邏輯分析模塊驅動聲光報警模塊進行聲光報警，如果電力電容器的電容量的偏差值小于5%，則電力電容器工作狀態(tài)正常，高壓并聯(lián)電容器成套設備繼續(xù)以當前狀態(tài)運行。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。