专利名称：一种电容器成套设备的智能监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容器成套设备，尤其指电容器成套设备的智能监测装置。
背景技术：
电容器成套设备是电力系统的重要元件，如图I所示，其单相结构包括相线下分成的两条支路，第一支路为一第一电抗器LLl和一第一电容器Cl串联的支路,第二支路为一第二电抗器LL2和两个并联的第二、第三电容器C2、C3串联的支路。该电容器成套设备通常用于电力系统的无功补偿、谐波滤波、改善电能质量等。由于电容器成套设备在运行过程中经常会发生过载、过热、绝缘击穿等故障，甚至造成电力电容器的爆炸，严重威胁人身和设备安全。传统检查电容器成套设备内部的电力电容器和电抗器的损坏或失效的方法，是通过测量外部电气参数的变化程度来判断的。这种检查方法只有在损坏或容量变化程度较大的情况下才能有效，而不能发现内部个别电容器损坏或失效现象，更不能有效分析损坏原因和定位。为了有效防止电容器成套设备中的电力电容器和电抗器因过载、过热、绝缘等因素而失效或损坏，有效分析设备内部各电容器和电抗器的损坏机理及其故障定位，迫切需要在电容器成套设备中配置必要的安全监测与保护告警装置。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种电容器成套设备的智能监测装置，以便实时观察电容器成套设备内部各组电容器和电抗器的工作状况、故障现象和故障位置，达到安全监测与保护告警的目的。实现上述目的技术方案是一种电容器成套设备的智能监测装置，该电容器成套设备的单相结构包括相线下分成的两条支路，第一支路为一第一电抗器和一第一电容器串联的支路，第二支路为一第二电抗器和两个并联的第二、第三电容器串联的支路，其特征在于所述电容器成套设备包括在相线上连接的电压互感器；在第一支路的第一电抗器和第一电容器之间连接的第一电流互感器、在第一电抗器上连接的第一温度传感器、在第一电容器上分别连接的第三温度传感器和第一霍尔电压传感器；在第二支路的第二电抗器上连接的第二温度传感器、串接在第二电抗器和第二电容器之间的第二电流互感器、在第二电容器上连接的第四温度传感器、串接在第二电抗器和第三电容器之间的第三电流互感器、在第三电容器上连接的第五温度传感器以及在第二支路的并联第二、第三电容器上连接的第二霍尔电压传感器，所述的智能监测装置包括DSP数字处理模块和分别与该DSP数字处理模块相连的电压采样模块、电流采样模块、温度采样模块、显示交互模块和通信接口模块，其中所述的电压互感器、第一霍尔电压传感器和第二霍尔电压传感器的输出端分别连接所述电压采样模块的输入端，所述的第一电流互感器、第二电流互感器和第三电流互感器的输出端分别连接所述的电流采样模块的输入端，所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器的输出端分别连接所述的温度采样模块的输入端。采用了上述的技术方案，本发明具有下列功能(1)各电容器组谐波电流监测与谐波过流保护；(2)各电容器组残压监测与安全告警；(3)各电容器组关键运行参数记录； (4)各电抗器电参数监测与记录；(5)各电抗器的运行温度监测与记录；(6)谐波参数对电力元件温升和绝缘性能的影响分析。因此本发明实现了实时观察电容器成套设备内部各组电容器和电抗器的工作状况、故障现象和故障位置，为分析电容器成套设备的性能和容量变化、研究内部各组电容器和电抗器的损坏机理奠定了基础。
图I现有电容器成套设备单相结构原理图；图2本发明电容器成套设备单相的原理图；图3本发明电容器成套设备的智能监测装置系统结构框图。
具体实施例方式为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体实施例并结合附图进行详细地说明一、请参阅图2，该电容器成套设备的单相结构包括相线下分成的两条支路，第一支路为一第一电抗器LLl和一第一电容器Cl串联的支路,第二支路为一第二电抗器LL2和两个并联的第二、第三电容器C2、C3串联的支路，电容器成套设备的单相结构还包括一电压互感器VT、两个第一、第二霍尔电压传感器H1、H2、三个第一、第二和第三电流互感器CTl. CT2和CT3、五个第一、第二。第三、第四和第五温度传感器Tl. T2. T3. T4和T5。电压互感器VT连接在相线上；在第一支路上，第一电流互感器CTl连接在第一电抗器LLl和第一电容器Cl之间，第一温度传感器Tl连接在第一电抗器LLl上,第三温度传感器T3和第一霍尔电压传感器Hl分别连接在第一电容器Cl上；在第二支路上，第二温度传感器T2连接在第二电抗器LL2上，第二电流互感器CT2串接在第二电抗器LL2和第二电容器C2之间，第四温度传感器T4连接在第二电容器C2上，第三电流互感器CT3串接在第二电抗器LL2和第三电容器C3之间，第五温度传感器T5连接在第三电容器C3上，第二霍尔电压传感器H2并联在第二、第三电容器支路上。二、参见图3，智能监测装置包括DSP数字处理模块和分别与该DSP数字处理模块相连的电压采样模块I、电流采样模块2、温度采样模块3、显示交互模块5和通信接口模块6。电压采样模块I的主要功能如下I.将电压互感器VT的输出电压信号调理到满足模块ADC的电压范围；2.将霍尔电压传感器Hl的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；3.将霍尔电压传感器H2的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；4.将上述三路电压信号送模块ADC完成数字化采样；
5.将上述三路电压信号的数字化采样序列送DSP数字处理模块4。电流采样模块2的主要功能如下I.将电流互感器CTl的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；2.将电流互感器CT2的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；3.将电流互感器CT3的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；4.将上述三路电压信号送模块ADC完成数字化采样；5.将上述三路电流信号的数字化采样序列送DSP数字处理模块4。温度采样模块3的主要功能如下
I.将温度传感器Tl的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；2.将温度传感器T2的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；3.将温度传感器T3的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；4.将温度传感器T4的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；5.将温度传感器T5的输出信号调理到满足模块ADC的电压范围；6.将上述五路温度信号送模块ADC完成数字化米样；7.将上述五路温度信号的数字化采样序列送DSP数字处理模块4。DSP数字处理模块4的主要功能如下I.各路电压、电流采样信号的同步化处理；2.各路电压、电流信号的有效值、峰值计算；3.各组电容器和电抗器的瞬时功率、平均功率计算；4.各路电压、电流信号的FFT运算，从而便可获取各路电压、电流信号的各次谐波分量，以及谐波功率参数；5.将上述计算的各项参数与各项参数的限值(判据)进行比较，并将比较结果传送给显示交互模块5显示或告警指示，也可以将比较结果通过通信接口模块6外传或外存。6.根据比较结果判断故障类型、故障定位；7.保存故障前后的电压、电流采样数据；8.控制各个模块的协调工作和可靠运行。显示交互模块5的主要功能如下I.显示三相电路的主接线图及其相关参数；2.显示正常运行状态下的各项电压、电流、功率、谐波、温度等参数；3.显示正常运行状态下的各项电压、电流波形；4.显示故障状态下的各项电压、电流、功率、谐波、温度等参数；5.显示故障状态下的各项电压、电流波形；6.设置各输入通道的调理参数；7.设置各项参数的比较限值(判据)。通信接口模块6的主要功能如下I.与上位计算机的通信功能；2.正常运行状态下的各项电压、电流、功率、各次谐波等电参数数据转存；3.故障状态下的各项电压、电流、功率、各次谐波等电参数数据转存。三、参见图2、图3，电容器成套设备与智能监测装置的连接关系是
1、电压互感器VT、第一霍尔电压传感器Hl、第二霍尔电压传感器H2的输出端分别连接电压采样模块I的输入端。电压互感器VT输出端①接电压采样模块I输入端①，电压互感器VT输出端②接电压米样模块I输入端②；第一霍尔电压传感器Hl输出端③接电压米样模块I输入端③，第一霍尔电压传感器Hl输出端④接电压米样模块I输入端④；第二霍尔电压传感器H2输出端⑤接电压采样模块I输入端⑤，第二霍尔电压传感器H2输出端⑥接电压采样模块I输入端⑥。电压互感器VT、第一霍尔电压传感器Hl和第二霍尔电压传感器H2输出的电压信号经电压采样模块I的数字化采样后，其数字序列通过总线传送给DSP数字处理模块4。2、第一电流互感器CTl、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3的输出端分别连接所述的电流采样模块2的输入端。第一电流互感器CTl输出端⑦接电流采样模块2输入端⑦，第一电流互感器CTl输出端⑧接电流采样模块2输入端⑧；第二电流互感器CT2输出端⑨接电流采样模块2输入端⑨，第二电流互感器CT2输出端⑩接电流采样模块2输入端⑩；第三电流互感器CT3输出端 接电流采样模块2输入端 ,第三电流互感器CT3输出端 接电流采样模块2输入端 。第一、第二和第三电流互感器输出的电流信号首先经电流采样模块2的I/V变换，然后完成数字化采样，最后通过总线将其数字序列传送给DSP数字处理模块4。3、第一温度传感器Tl、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第五温度传感器T5输出端分别连接所述的温度采样模块3输入端。第一温度传感器Tl输出端@接温度米样模块3输入端第一温度传感器Tl输出端@接温度采样模块3输入端@;第二温度传感器T2输出端@接温度采样模块3输入端 ，第二温度传感器T2输出端@接温度采样模块3输入端@;第三温度传感器T3输出端
接温度采样模块3输入端@)，第三温度传感器T3输出端@)接温度采样模块3输入端第四温度传感器T4输出端@接温度采样模块3输入端第四温度传感器T4输出端@接温度米样模块3输入端@>丨第五温度传感器T5输出端@接温度米样模块3输入端@，第五温度传感器T5输出端@接温度采样模块3输入端@。第一、第二、第三、第四和第五温度传感器输出的电压信号经温度米样模块3的放大和数字化采样后，也通过总线将其数字序列传送到DSP数字处理模块4。综上所述，本发明电压互感器和第一、第二霍尔电压传感器输出的电压信号经电压采样模块I的数字化采样后，其数字序列通过总线传送给DSP数字处理模块4。第一、第二和第三电流互感器输出的电流信号首先经电流采样模块2的I/V变换，然后完成数字化采样，最后通过总线将其数字序列传送给DSP数字处理模块4。第一、第二、第三、第四和第五温度传感器输出的电压信号经温度采样模块3的放大和数字化采样后，也通过总线将其数字序列传送到DSP数字处理模块4。由电压互感器VT、三个电流互感器CTI. CT2和CT3检测交流电参数，由两个霍尔电压传感器Hl和H2检测交流与直流电参数，由两个温度传感器Tl和T2检测电抗器LLl和LL2的温升参数，由另三个温度传感器T3. T4和T5检测电容器组C1、C2和C3的温升参数。根据各电容器组的谐波电流监测数据判断谐波过流状况，根据各电容器组的残压监测数据判断其性能和工作状况，根据各电容器组和电抗器的温度监测数据判断它们的温升状况，根据被检测的谐波参数分析它们对各电容器组和电抗器温升和绝缘性能的影响。本发明经过这三个采样模块的数字化采样，并将采样信号的数字化序列传送给DSP数字处理模块，经各种计算方法计算处理后便形成了监测结果，最后即可把监测结果传送给显示交互模块进行显示和告警，也可通过通信接口模块外传。例如本发明通过对电容器成套设备中各个电压、电流和温度参数的运算，发现第二组电力电容器C2的三次谐波功率超出正常运行状态时三次谐波功率的2倍，并检测出C2的温升有所提高，由此便可判断出第二组电力电容器C2已出现故障，可以建议相关部门立即采取有效措施，使该设备退出运行，避免故障的进一步扩大或演变成电力事故危及安全。又如通过该监测装置的数月监测，发现B相电容器容量比几个月之前减小了 3 %，这说明B相电容器中已经有单体电容器的熔丝被烧断，其单体电容器失效从而使电容器容量减小，可以建议相关部门在完成进一步检测后决定该相电容器是否退出运行，由此可以提前发现问题，避免事态的进一步扩大和恶化，影响补偿、滤波等效果。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种电容器成套设备的智能监测装置，该电容器成套设备的单相结构包括相线下分成的两条支路，第一支路为一第一电抗器(LLl)和一第一电容器(Cl)串联的支路,第二支路为一第二电抗器(LL2)和两个并联的第二、第三电容器(C2、C3)串联的支路，其特征在于 所述电容器成套设备包括 在相线上连接的电压互感器(VT)； 在第一支路的第一电抗器(LLl)和第一电容器(Cl)之间连接的第一电流互感器(CTl)、在第一电抗器(LLl)上连接的第一温度传感器(Tl)、在第一电容器(Cl)上分别连接的第三温度传感器(T3)和第一霍尔电压传感器(Hl)； 在第二支路的第二电抗器(LL2)上连接的第二温度传感器(T2)、串接在第二电抗器(LL2)和第二电容器(C2)之间的第二电流互感器(CT2)、在第二电容器(C2)上连接的第四温度传感器(T4)、串接在第二电抗器(LL2)和第三电容器(C3)之间的第三电流互感器(CT3)、在第三电容器(C3)上连接的第五温度传感器(T5)以及在第二支路的并联第二、第三电容器上连接的第二霍尔电压传感器(H2)， 所述的智能监测装置包括DSP数字处理模块(4)和分别与该DSP数字处理模块相连的电压采样模块(I)、电流采样模块(2)、温度采样模块(3)、显示交互模块(5)和通信接口模块(6)，其中: 所述的电压互感器(VT)、第一霍尔电压传感器(Hl)和第二霍尔电压传感器(H2)的输出端分别连接所述电压采样模块(I)的输入端， 所述的第一电流互感器(CTl)、第二电流互感器(CT2)和第三电流互感器(CT3)的输出端分别连接所述的电流采样模块(2)的输入端， 所述的第一温度传感器(Tl)、第二温度传感器(T2)、第三温度传感器(T3)、第四温度传感器(T4)和第五温度传感器(T5)的输出端分别连接所述的温度采样模块(3)的输入端。
全文摘要
一种电容器成套设备的智能监测装置，该电容器成套设备由一个电压互感器、两个霍尔电压传感器、三个电流互感器、五个温度传感器共同构成，该智能监测装置包括DSP数字处理模块、电压采样模块、电流采样模块、温度采样模块、显示交互模块和通信接口模块，电压互感器、第一和第二霍尔电压传感器的输出端分别连接电压采样模块的输入端，第一、第二和第三电流互感器的输出端分别连接电流采样模块的输入端，第一、第二、第三、第四和第五温度传感器的输出端分别连接温度采样模块的输入端。本发明实现了实时观察电容器成套设备内部各组电容器和电抗器的工作状况、故障现象和故障位置，为分析电容器成套设备的性能和容量变化、研究内部各组电容器和电抗器的损坏机理奠定了基础。
文档编号G01R31/00GK102621427SQ201210093519
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者戴军瑛, 缪骥, 薛峰, 陈海昆, 陈聪, 陈道隆 申请人:上海市电力公司, 上海永锦电气集团有限公司