一种电容器组在线监测装置及其应用方法与流程

技术特征：

1.一种电容器组在线监测装置，其特征在于：包括传感器组(1)和在线监测单元(2)，所述传感器组(1)包括进线端电压电流检测单元(11)、出线端电压电流检测单元(12)和温湿度检测单元(13)，所述进线端电压电流检测单元(11)、出线端电压电流检测单元(12)均包括电子电压互感器和电子电流互感器，所述进线端电压电流检测单元(11)的电子电压互感器和电子电流互感器设于电容器组的进线端，所述出线端电压电流检测单元(12)的电子电压互感器和电子电流互感器设于电容器组的出线端，所述温湿度检测单元(13)包括装设于电容器组节点以及电容器内部的温湿度传感器，所述电子电压互感器、电子电流互感器、温湿度传感器的输出端分别与在线监测单元(2)相连。

2.根据权利要求1所述的电容器组在线监测装置，其特征在于：所述在线监测单元(2)包括单片机(21)、通讯模块(22)、故障指示灯(23)和电源模块(24)，所述电子电压互感器、电子电流互感器、温湿度传感器的输出端分别与单片机(21)相连，所述单片机(21)分别与通讯模块(22)、故障指示灯(23)相连，所述电源模块(24)的输出端分别与单片机(21)、通讯模块(22)、故障指示灯(23)相连。

3.根据权利要求2所述的电容器组在线监测装置，其特征在于：所述在线监测单元(2)上还连接有电容器散热单元(3)，所述电容器散热单元(3)包括电磁继电器(31)和排风扇(32)，所述电磁继电器(31)的控制端和单片机(21)相连，所述电磁继电器(31)的输出端和排风扇(32)相连，所述排风扇(32)装设于电容器组的外壳上。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述的电容器组在线监测装置的应用方法，其特征在于实施步骤包括：所述在线监测单元(2)通过温湿度传感器的输出的数据，通过灰色预测算法对所述电容器组的节点以及电容器组内部温度值进行预测。

5.根据权利要求4所述的电容器组在线监测装置的应用方法，其特征在于所述通过灰色预测算法对所述电容器组的节点以及电容器组内部温度值进行预测的步骤包括：

1)记录温湿度传感器输出的电容器组的节点及电容器组内部温度值并记录为式(1)所示表达式形式的序列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个温湿度传感器输出的温度值，x⁽⁰⁾(k)≥0且k＝1,2,,n，n表示温湿度传感器的数量；

2)根据序列X⁽⁰⁾通过式(2)所示表达式生成数据序列X⁽¹⁾；

$\left\{\begin{array}{c}{X}^{\left(1\right)}=\{x^{\left(1\right)}\left(1\right),x^{\left(1\right)}\left(2\right),x^{\left(1\right)}\left(3\right),\mathrm{...},x^{\left(1\right)}\left(k\right),\mathrm{...},x^{\left(1\right)}\left(n\right)\}\\ x^{\left(1\right)}\left(k\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{x}^{\left(0\right)}\left(i\right),k=1,2,\mathrm{...},n\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)中，x⁽¹⁾(k)表示数据序列X⁽¹⁾中的第k个元素，其中k＝1,2,…,n，n表示温湿度传感器的数量；x⁽⁰⁾(i)表示序列X⁽⁰⁾中第i个温湿度传感器输出的温度值；

3)根据数据序列X⁽¹⁾通过式(3)所示表达式生成数据序列Z⁽¹⁾；

$\left\{\begin{array}{c}{Z}^{\left(1\right)}=\{z^{\left(1\right)}\left(1\right),z^{\left(1\right)}\left(2\right),...,z^{\left(1\right)}\left(k\right),...,z^{\left(1\right)}\left(n\right)\}\\ Z^{\left(1\right)}\left(k\right)=0.5x^{\left(1\right)}\left(k\right)+0.5x^{\left(1\right)}(k-1),k=1,2,...n\end{array}\right.---\left(3\right)$

式(3)中，z⁽¹⁾(k)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第k个元素，x⁽¹⁾(k)表示数据序列X⁽¹⁾中的第k个元素，x⁽¹⁾(k-1)表示数据序列X⁽¹⁾中的第k-1个元素，k＝1,2,…,n，n表示温湿度传感器的数量；

4)建立如式(4)所示函数方程式，并构造如式(5)所示数据矩阵B和数据向量Y；

x⁽⁰⁾(k)+az⁽¹⁾(k)＝b (4)

式(4)中，x⁽⁰⁾(k)表示第k个温湿度传感器输出的温度值，z⁽¹⁾(k)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第k个元素，k＝1,2,…,n，n表示温湿度传感器的数量，a和b为待求解参数；

$\left\{\begin{array}{c}Y=\left[\begin{array}{c}{x}^{\left(0\right)}\left(2\right)\\ x^{\left(0\right)}\left(3\right)\\ .\\ .\\ .\\ x^{\left(0\right)}\left(n\right)\end{array}\right]\\ B=\left[\begin{array}{cc}-z^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ -z^{\left(1\right)}\left(3\right)& 1\\ -z^{\left(1\right)}\left(4\right)& 1\\ -z^{\left(1\right)}\left(5\right)& 1\end{array}\right]\end{array}\right.---\left(5\right)$

式(5)中，x⁽⁰⁾(k)表示第k个温湿度传感器输出的温度值，k＝1,2,…,n，n表示温湿度传感器的数量；z⁽¹⁾(2)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第2个元素，z⁽¹⁾(3)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第3个元素，z⁽¹⁾(4)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第4个元素，z⁽¹⁾(5)表示数据序列Z⁽¹⁾中的第5个元素；

5)求解式(4)所示函数方程式的最小二乘估计系数列使其满足式(6)，得到参数a和b的求解结果；

$\hat{a}={\left(B^{T}B\right)}^{-1}{B}^{T}Y---\left(6\right)$

式(6)中，表示计算的最小二乘估计系数，B表示数据矩阵，Y表示数据向量；

6)根据式(7)所示预测模型预测电容器组的节点以及电容器组内部温度值的预测值；

${\hat{x}}^{\left(1\right)}\left(t\right)=\left(x^{\left(1\right)}\right(0)-\frac{b}{a})e^{-at}+\frac{b}{a}---\left(7\right)$

式(7)中，表示预测的下一时刻的温度值，x⁽¹⁾(0)表示初始时刻记录的温度值，a和b为求解得到的参数。

6.根据权利要求5所述的电容器组在线监测装置的应用方法，其特征在于，步骤6)得到电容器组的节点以及电容器组内部温度值的预测值后，还包括下属步骤：如果预测值在50℃以上，则单片机(21)通过电磁继电器(31)开启排风扇(32)对电容器组进行降温处理；如果预测值超过设定的温度值则单片机(21)输出预警信息，如果检测值在15分钟内连续上升或预测值超过设定的温度值则发送温升预警信息，在温度值超过设定值时则断开断路器同时发送故障信息到所述后台管理服务器并通过故障指示灯(23)就地显示故障信息。

7.根据权利要求4所述的电容器组在线监测装置的应用方法，其特征在于，还包括所述在线监测单元(2)通过电子电压互感器、电子电流互感器的输出的数据进行电容器组故障诊断的步骤，详细步骤包括：

S1)判断电容器组是否发生金属接地故障，如果某一相电压为零、其余两相电压为57.7V，开口三角电压Uo为100V且与线电压Uxgq的相位差为180°，则判定该相发生金属接地故障；

S2)判断电容器组是否发生弧光接地故障，所述弧光接地故障以正相序为基准，对地电压最高相的滞后相为接地相，如果开口三角电压Uo相对某一相电压Ux朝前90°，且该相电压Ux的绝对值的平方、开口三角电压Uo的绝对值的平方两者之和等于线电压Uxgq的绝对值的平方，对地电压均小于1.9倍非故障时的电压，则判定该相发生金属接地故障；

S3)判断电容器组是否发生短路故障，如果电容器组所连变压器为中性点非有效接地系统时，如果某一相电压为0、电流超过预设阈值，其余相的电压升高根号3倍、相电流升高3倍，则判定该相发生短路故障；如果电容器组所连变压器为中性点有效接地系统时，如果某一相电压为0、电流为0，其余相的电压电流均不变，则判定该相发生短路故障；

S4)如果电容器组发生接地故障或者短路故障，且温湿度检测单元(13)测得的温度值高于设定的温度值、湿度值高于设定的湿度值，则判定电容器组损坏；否则如果电容器组没有发生接地故障或者短路故障，且温湿度检测单元(13)测得的温度值低于设定的温度值、湿度值低于设定的湿度值，则判定电容器组没有损坏。