一种电容器组主接线结构和故障判断方法与流程

本发明涉及电力电容器，特别涉及到一种电容器组主接线结构和故障判断方法。

背景技术：

随着超高压、特高压直流输电工程越来越多，电力电容器作为无功补偿及滤除谐波用，是确保电网安全经济运行的重要设备之一，而现在的高压电容器组具有电容器组容量大、串段多、电容器台数多的特点。

目前，如图1所示，常用的电容器组采用桥差保护方式，包括电容C1、C2、C3、C4和电流互感器TA、只能够检测出电容器出现故障且灵敏度不高，但不能确定故障点的位置。如图2所示，还有一些公司提出了双桥差不平衡保护方式，包括多个电容器C和两个电流互感器TA、这种保护方式提高了保护灵敏度，但在电容器发生故障时准确判断故障点的位置。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种电容器组主接线结构和故障判断方法，既能够保证电力电容器安全运行，提高灵敏度，也能够在电容器发生故障时准确判断故障点的位置。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案予以实现：

一种电容器组主接线结构，将电容器组划分为含有相同串联数的两串电容组，并将两串电容组中部分或全部等电位点通过连接线连接，且至少连接两处，每个连接线上连接有电流互感器，通过电流互感器测得的电流变化和电容器组母线电流的变化，判断故障所在范围，确定故障点。

进一步，电流互感器采用干式电流互感器。

进一步，电流互感器采用电磁式电流互感器。

进一步，电流互感器采用光纤电子式电流互感器。

电容器组故障判断方法，设C₁和C′₁、C₂和C′₂、C₃和C′₃……C_n和C′_n为每一对具有相同台数的电容器组，将每一对电容器组用连接线连接起来，形成一系列电桥，通过电流互感器测出各个电桥电流的大小和相位，等电位点1-1′间的电流为2-2′间的电流为3-3′间的电流为间的电流为n≥3；并测出与电容器组连接的母线电流的大小和方向，判断故障所在范围，确定故障点。

进一步，按照下述公式的计算结果来判断故障点的位置：

设向量为的方向为正方向，具体判定依据为：

若C_n-2发生故障，式减小，则大于整定值且为负，其相位滞后相位180°，电流不变；

若C′_n-2发生故障，减小，则大于整定值且为正，其相位较相位不变，电流不变；

若C_n-1发生故障，式减小，则大于整定值且为正，其相位较相位不变，电流大于整定值且为负，其相位滞后相位180°；

若C′_n-1发生故障，式减小，则大于整定值且为负，其相位角滞后相位180°，电流大于整定值且为正，其相位较相位不变；

若C_n发生故障，式减小，则电流不变，大于整定值且为正，其相位较相位不变；

若C′_n发生故障，式减小，则电流不变，大于整定值且为负，其相位滞后相位180°。

本发明提供一种电容器组主接线结构和故障判断方法，具有以下优点：

将电容器组划分为含有相同串联数的两串电容组，并将两串电容组中部分或全部等电位点通过连接线连接，且至少连接两处，每个连接线上连接有电流互感器，计算简单，只需测量母线电流相位、各连接线电流大小以及各连接线电流以母线电流相位为参考的相位，若发生电容器故障，可通过各连接线电流的大小和相位判断故障位置。

此方法可有多种变化，可将电容器组根据需要分为若干串联段以满足不同的定位精度要求，实用性很强；此方法中参量测量简单，容易获得。

【附图说明】

图1为现有电容器组桥式差电流保护原理示意图；

图2为现有电容器组双桥式差电流保护原理示意图；

图3为本发明的结构原理图；

图4为检测流程图

图5为本发明应用于不平衡保护6桥臂示意图

图6为不平衡保护6桥臂仿真结果图；

图6(a)是桥臂C₁发生故障时的仿真结果图；

图6(b)是桥臂C₂发生故障时的仿真结果图；

图6(c)是桥臂C₃发生故障时的仿真结果图；

图6(d)是桥臂C₄发生故障时的仿真结果图；

图6(e)是桥臂C₅发生故障时的仿真结果图；

图6(f)是桥臂C₆发生故障时的仿真结果图；

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图3所示，本发明的一种电容器组中的主接线结构，将电容器组被划分为含有相同串联数的两串，并将两个串中部分或全部等电位点连接，且至少连接两处，每个连接线上连接有电流互感器，通过电流互感器测得的电流变化和电容器组母线电流的变化，判断故障所在范围，确定故障点。其中C₁和C′₁、C₂和C′₂、C₃和C′₃……C_n和C′_n指每一对具有相同台数的电容器组，将每一对电容器组连接起来，形成一系列电桥，测出连接线上电流的大小和相位，如1-1′间的电流为2-2′间的电流为3-3′间的电流为间的电流为并测出与电容器组连接的母线电流的大小和方向。

图3中“→”为电流参考方向；利用公式(1)、(2)计算方法，若出现连接线电流大于整定值，则综合与之相邻的连接线电流大小和相位即可判定发生电容器故障的位置。

本方法按照下述公式的计算结果来判断故障点的位置：

式中n≥3。

结合图4，设向量为的方向为正方向，具体判定依据为：若C_n-2发生故障，式减小，则大于整定值且为负，其相位滞后相位180°，电流不变；若C′_n-2发生故障，减小，则大于整定值且为正，其相位较相位不变，电流不变；若C_n-1发生故障，式减小，则大于整定值且为正，其相位较相位不变，电流大于整定值且为负，其相位滞后相位180°；若C′_n-1发生故障，式减小，则大于整定值且为负，其相位角滞后相位180°，电流大于整定值且为正，其相位较相位不变；若C_n发生故障，式减小，则电流不变，大于整定值且为正，其相位较相位不变；若C′_n发生故障，式减小，则电流不变，大于整定值且为负，其相位滞后相位180°。

举例如图5所示，将此发方法应用于包含若干台电容器的电容器组，整个装置分为相同串联数的两串，并将两个串中两处等电位点连接，形成两个H桥接线。第一个H桥由C₁、C₂、C₃、C₄以及TA₁组成，第二个H桥由C₃、C₄、C₅、C₆以及TA₂组成，两个H桥共用一对桥臂，即C₃、C₄。此结构共6个桥臂，其中母线电流为电流互感器TA₁所测电流为电流互感器TA₂所测电流为

则有：

可知：若C₁～C₆中的某一桥臂发生故障，会导致和的大小和相位发生相应变化，其对应关系如表1所示：

表1查询故障表；

注：阈值：电容器不平衡电流互感器的保护整定范围；

0°：表示连接线上的电流方向与母线电流方向一致；

-180°：表示连接线上的电流方向滞后母线电流方向180°；

X：代表无此种情况。

其仿真结果如附图6所示，图6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别是桥臂C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆任一桥臂发生故障时的仿真结果图，图中ΔI1、ΔI2分别代表TA₁和TA₂所测量的电流，当其超出阈值时输出为1，否则输出为0。ΔI1相位、ΔI2相位分别为TA₁和TA₂所测量的电流与TA₀所测母线电流相比的相位，其数值为0或-180°。通过举例所示证明提供的一种用于检测分别以一相或多相连接至电力系统的电容器组中的内部故障的结构和方法精度高、准确性好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。