一种利用继电保护装置实现高压并联电容器在线监测的方法与流程

本发明涉及一种利用继电保护装置实现高压并联电容器在线监测的方法，用于对高压并联电容器进行在线监测，属于电力系统高压并联电容器运行监测与继电保护领域。

背景技术：

高压并联电容器作为一种重要的无功电源，对于改善电力系统结构，提高电能质量有着重要的作用。高压并联电容器主要由电容芯和外壳组成。电容芯由数十个元件按规定的串、并联方式组成一个完整的整体，外壳由薄钢板弯焊制成，两端装有供吊运安装的支架，壳盖上装有以套管支撑的接线端子。外壳内除芯子外充满性能优良的绝缘液体。

高压并联电容器长期在额定状态运行，谐波、过电压等因素对其健康状况有着明显的损害。同时随着无功电压自动控制系统的使用，高压并联电容器的投切更趋频繁。恶劣的运行环境造成高压并联电容器故障率较高。由于高压并联电容器一般布置在变压器中低压侧母线，其故障时相当于变压器中低压出口短路，对变压器会造成较大冲击影响，不利于变压器的安全运行。因此实时、准确把握高压并联电容器的健康状况，避免事故发生有着非常紧迫的必要性。

高压并联电容器的故障一般是从内部串并联元件中个别元件的异常、故障开始逐步演化的。当高压并联电容器内部单一元件发生异常、故障时，其外部电气量的变化往往不大，只是其内部健康的其它元件承受的电压会有所增高。随着运行时间的增长，其它健康的串并联元件由于不良运行条件的影响可能陆续发生异常和故障，最后引发高压并联电容器的故障。

目前常用的高压并联电容器的检测方法主要有红外诊断及电容量测试。红外测温诊断无法有效发现设备的内部缺陷。电容量检测属于周期性停电测试。其测试环境与设备实际运行条件有差异，无法准确反映潜在的内部缺陷。同时测试间隔周期较长，无法实时掌握高压并联电容器健康状况。

随着技术的发展，出现了高压并联电容器在线监测的方法。通过实时测量分析高压并联电容器电容量，以便掌握高压并联电容器健康状态，以及在并联电容器内部元件发生异常、故障，但并联电容器整体未发生故障时及时发出告警，防止最终演化为并联电容器故障，避免高压并联电容器设备本身损坏，减少对电力系统和其它设备造成冲击。其实现方法一般是在电容器接线套管上安装穿心型电流互感器，用以测量流过电容器的电流。在高压并联电容器两极端子间安装电压互感器或放电线圈，用以测量电容器两极间的电压。电压和电流通过有线或无线的方式传递给计算控制单元。计算控制单元利用测量所得电压和电流来计算电容量，并根据电容量变化情况对高压并联电容器健康状况进行评估。这种方法主要的缺点是在并联电抗器本体增加了其他附件。附件运行在高场强、高温的恶劣环境中容易出现故障，增大了设备整体的维护量，且会造成电场分布变化，对高压并联电容器本身的正常运行带来不利影响。还有一种方法是利用电力调度SCACD系统中测量的高压并联电容器电流、电压数据，计算高压并联电容器电容量，从而判断其健康状态。这种方法的主要缺点是，电力调度SCACD系统中的数据不是实时数据，还存在电流、电压采样不同期等问题。

高压并联电容器继电保护装置，是当高压并联电容器发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。现有的高压并联电容器继电保护装置，都是利用安装的电流互感器实时测量流过高压并联电容器的电流，利用安装在母线上的电压互感器或是并联在高压并联电容器两极间的放电线圈实时测量高压并联电容器两极间的电压。利用高压并联电容器故障时电流、电压量会发生变化的特点，通过比较电流超过整定值或是差压、不平衡电压超过整定值的方法，判断高压并联电容器发生故障，从而向所控制的断路器发出跳闸命令切除故障。目前国内外使用的高压并联电容器继电保护装置均不具备在线监测的功能。

技术实现要素：

本发明的目的是不增加任何外部附属装置，在高压并联电容器继电保护装置中，增加高压并联电容器在线监测相应电路板及软件功能，利用继电保护装置原有的电流电压输入回路，实时测量电流和电压数据，进行电容量实时计算，完成高压并联电容器的状态评估，通过继电保护装置本身的通信功能完成相关信息向变电站监控系统以及调度端调控系统的传送。从而实现简单、高效、完善的高压并联电容器在线监测功能，及时发现高压并联电容器故障趋势，解决背景技术中存在上述问题。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

一种利用继电保护装置实现高压并联电容器在线监测的方法，包含如下步骤：①利用继电保护装置的原有功能，实时测量高压并联电容器的电流和电压；②继电保护装置执行原有继电保护功能；③利用测量到的电流和电压，计算高压并联电容器的电容量；④根据计算得到的电容量数值，通过与预设整定值比较，判定高压并联电容器的健康状况；⑤将相关判断结论，通过继电保护装置的人机交互模块显示，并通过继电保护装置的通信功能，上传至监控系统和调控系统。

所述的利用继电保护装置的原有功能，是指在线监测功能模块的实现是基于原有的继电保护装置软硬件平台，不增加硬件设备，不增加外部回路，不增加附属设备；实时测量高压并联电容器的电流和电压，是指利用继电保护装置本身具有的电压电流变换器、A/D转换元件、采样元件、CPU元件，实现高压并联电容器电流和电压量的实时采集和计算。

所述的根据计算得到的电容量数值，通过与预设整定值比较，判定高压并联电容器的健康状况，是指提前设定高压并联电容器的电容量整定值和偏差允许值，电容量预设整定值采用停电试验时的电容量测量值，偏差允许值与继电保护装置的测量精度相匹配并保留适当的裕度；当计算所得的电容量数值与电容量整定值之间的偏差小于偏差允许值时，判定高压并联电容器健康状况正常；当计算所得的电容量数值与电容量整定值之间的偏差超过偏差允许值时，判定高压并联电容器健康状况发生异常。

本发明的积极效果是：本发明所提出的一种利用继电保护装置实现高压并联电容器在线监测的方法，不增加任何外部附属装置，高压并联电容器在线监测功能与继电保护装置共享软硬件平台，能够实现实时计算高压并联电容器的电容量，实时评价高压并联电容器的健康状况，不论是在成本上，还是在功能上都比现有技术有明显的优势，可以有效地提升高压并联电容器在线监测的技术水平。

附图说明

图1是本发明实施例利用继电保护装置实现高压并联电容器在线监测的功能示意图；

图中：继电保护装置1、电流、电压采集计算模块2、继电保护功能模块3、在线监测功能模块4、人机交互模块5、通信模块6、电压互感器7、放电线圈8、电流互感器9、监控系统和调控系统10；

图2是一种高压并联电容器接线方式示意图，电压取自放电线圈；

图中：放电线圈8、电流互感器9、高压并联电容器11、串联电抗器12；

图3是一种高压并联电容器接线方式示意图，电压取自电压互感器；

图中：电压互感器7、电流互感器9、高压并联电容器11、串联电抗器12。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

第一步，电压互感器7或放电线圈8采集并输出电压模拟量U至继电保护装置1。电流互感器9采集并输出电流模拟量I至继电保护装置1。

第二步，继电保护装置1利用电流、电压采集计算模块2，计算得到高压并联电容器电流、电压测量值。

第三步继电保护装置1，通过继电保护功能模块3执行原有的继电保护功能。

第四步，继电保护装置1，通过在线监测功能模块4，利用第二步得到的高压并联电容器电流、电压测量值计算并联电容器的电容量。

对于附图2所示的接线方式，其电压取自放电线圈8。电容量计算的公式见式（1），式中f为频率，I为电流，U为电压。

对于附图3所示的接线方式，其电压取自电压互感器7。电容量计算公式见式（2），式中f为频率，I为电流，U为电压，L为串联电抗器电感。

第五步，在线监测功能模块4根据计算得到的电容量数值，通过与预设整定值比较，判定高压并联电容器的健康状况。在线监测功能模块4中，提前预设了高压并联电容器电容量整定值和允许偏差值。电容量预设整定值一般采用停电试验时的电容量测量值，偏差允许值需综合考虑继电保护装置的测量精度因素并保留适当裕度。当计算所得的电容量数值与电容量整定值之间的偏差小于偏差允许值时，判定高压并联电容器健康状况正常。当计算所得的电容量数值与电容量整定值之间的偏差大于偏差允许值时，判定高压并联电容器健康状况异常。

第六步，在线监测功能模块4得出的高压并联电容器健康状况，通过继电保护装置的人机交互模块5进行显示，并通过继电保护装置的通信模块6上送至监控系统和调控系统10。然后回到第一步，在没有外部中断的情况下，第一步至第六步循环进行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。