基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法与流程

基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法，属于变电设备状态监测技术领域。

背景技术：

在现有技术中，电力系统变电站内装设了大量高压并联电容器成套装置，高压并联电容器成套设备的使用大大提高了电压质量，以确保电网安全、经济和稳定运行。高压并联电容器成套装置包括开关设备、电力电容器、金属氧化物避雷器、放电线圈、隔离刀闸、接地刀闸等。由于产品质量问题及系统过电压、谐波电流、运行环境温度高、设备壳体锈蚀等原因，再加上疏于运行维护管理，高压并联电容器成套装置损坏事故频发，甚至发生起火事故，事故率高居所有变电设备之首，严重影响电网的安全经济运行。

高压并联电容器成套装置是以电介质作为工作介质的电气设备，其设计一般是在规定在额定使用有条件和运行可靠的基础上力求经济合理，所以在额定电压下介质的电气强度高，且正常运行在满负载状态，因此对高压并联电容器成套装置的运行电压、电流、环境温度等运行条件要求极为严格，同时谐波电流、过负载、回路损耗、温升等对设备使用寿命影响极大，必须加以检测和控制。高压并联电容器成套装置中多个参数均会对其工作状态造成较大影响，具体而言：

（1）高压并联电容器成套装置的运行电压的影响：高压并联电容器成套装置的运行电压偏高，就会造成过负载运行，其发热和温升也会相应增加，容易造成绝缘介质的热击穿。同时，高压并联电容器成套装置中电力电容器本体中介质损失的有功功率也随电压的平方而变化。高压并联电容器运行电压高，内部介质的场强也大，容易发生局部放电，绝缘介质的老化加快。

（2）高压并联电容器成套装置的运行电流的影响：我国相关的标准规定了高压并联电容器应在1.3倍的稳定电流下运行，此过电流是过电压和高次谐波共同作用的结果，有时高压并联电容器的回路电流明显增大，而没有相伴的过电压现象，可判断高压并联电容器回路电流中存在高次谐波，也会导致设备发热而损坏，特别是串联电抗器的电阻损耗与电流的平方成正比，因此需要监测无功补偿装置回路电流值及有功功率损耗值。

（3）高压并联电容器成套装置中电力电容器的影响：高压并联电容器成套装置的电力电容器往往由多只电力电容器或元件串并联构成，个别元件因为受潮、过电压、高温损坏，会改变电力电容器各单元组件的电压分布，造成电容量的变化，致使发出的无功功率增加或减少。或电容器组缺台运行、单台电容器熔丝非正常熔断也会致使电容器组的表观电容量变化，使无功补偿装置输出的无功功率发生变化。以上原因皆使其壳体内的温度升高，加快绝缘热老化，甚至产气量过大造成电力电容器爆炸事故，影响高压并联电容器的安全运行，因此也需要监测无功功率的变化情况。

（4）高压并联电容器成套装置中无功补偿参数的影响：无功补偿装置一旦运行，基本都是处在满负荷状态下，若由于运行环境温度高，本体温度也高，电容器处在高场强、高温度下运行，造成介质损耗增加、绝缘老化加速、介质击穿放电，发生热击穿。控制无功补偿装置的实际运行电压，也能限制电力电容器的运行负载率，从而控制运行中的温升。

（5）高压并联电容器成套装置中串联电抗器的影响：高压并联电容器装置的串联电抗器一旦绝缘受损，容易形成匝间短路环，造成回路消耗的有功功率增加，通过监测高压并联电容器成套装置中串联电抗器的消耗的有功功率，并与其发热状态进行关联性分析，判断电抗器是否存在匝间绝缘缺陷。

综上所述，在高压并联电容器成套装置中，多个运行参数以及元件均会对高压并联电容器成套装置的综合工作状态进行反应和影响。而在现有技术中，在对高压并联电容器成套装置进行状态检测时需要断电检测，并通过不同的测试设备（如电容表等）对不同的数值进行检测，过程较为复杂，由于需要断电测量，则无法对状态量的变化进行运行状态评价，因此大大影响了高压并联电容器成套装置在使用过程中的安全性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过检测运行中高压并联电容器成套设备状态的功率参数，对高压并联电容器成套装置的运行状态进行评价，解决了现有技术中需要对高压并联电容器成套设备进行停电检测以及无法对状态量的变化进行运行状态评价的弊端的基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法，其特征在于：设置有对高压并联电容器成套设备的电流参数和电压参数进行测量和处理的参数测量单元，包括如下步骤：

步骤1001，开始对高压并联电容器成套设备状态进行评价；

步骤1002，通过参数测量单元获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧电压信号U；

步骤1003，通过参数测量单元计算得到高压并联电容器成套设备中串联电抗器的运行电压U1；

步骤1004，通过参数测量单元计算得到高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc；

步骤1005，通过参数测量单元得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I，然后通过参数测量单元对该电流信号进行傅里叶变换得到其中阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic；

步骤1006，通过参数测量单元计算得到高压并联电容器成套设备的功率参数；

步骤1007，参数测量单元根据正常状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于正常状态，如果处于正常状态，执行步骤1008，否则执行步骤1009；

步骤1008，高压并联电容器成套设备继续以当前状态运行；

步骤1009，参数测量单元根据临界状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于临界状态，如果处于临界状态，执行步骤1011，否则执行步骤1010；

步骤1010，参数测量单元根据异常状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于异常状态，如果处于异常状态，执行步骤1011，否则执行步骤1012；

步骤1011，对高压并联电容器成套设备的临界状态或异常状态进行报警；

步骤1012，高压并联电容器成套设备未处于正常状态、临界状态或异常状态，则高压并联电容器成套设备处于严重状态，参数测量单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令。

优选的，步骤1006中所述的功率参数包括：高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值；高压并联电容器成套设备中电抗器消耗的有功功率P1；以及高压并联电容器成套设备中电力电容器发出的无功功率Qc。

优选的，所述的参数测量单元，包括电流采集模块、电压采集模块、信号处理模块、逻辑分析模块以及声光报警模块；

电流采集模块和电压采集模块的输出端同时与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端与逻辑分析模块的输入端相连，逻辑分析模块的输出端连接声光报警模块。

优选的，所述的电压采集模块连接设置在高压并联电容器成套设备变电站母线的电压互感器的二次侧；所述的电流采集模块连接高压并联电容器成套装置出线开关柜的电流互感器的二次侧。

优选的，步骤1007中所述的正常状态判定规则为：高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U、高压并联电容器成套设备中串联电抗器的运行电压U1、高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc、高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I、高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P、高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率Q、电抗器消耗的有功功率P1以及电力电容器发出的无功功率Qc的运行偏差值与其额定值的偏差小于5%。

优选的，步骤1009中所述的临界状态判定规则为：高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间，或电力电容器发出的无功功率Qc的运行值位于与其额定值偏差的5%~15%之间，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的运行值位于与其额定值偏差的5%~20%之间，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间，或电抗器消耗的有功功率P1的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间。

优选的，步骤1010中所述的异常状态判定规则为：当高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的偏差值位于1.1~1.15倍的额定值之间，或电力电容器发出的无功功率Qc的偏差值位于1.2~1.35倍的额定值之间，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的偏差值位于1.2~1.3的额定值之间，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的偏差值位于额定值的1.1~1.2倍的额定值之间，或电抗器消耗的有功功率P1的偏差值位于额定值的1.11~1.2倍的额定值之间。

优选的，步骤1012中所述的严重状态的情况为：当高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的偏差值大于1.15倍的额定值，或电力电容器发出的无功功率Qc的偏差值大于1.35倍的额定值，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的偏差值大于1.3的额定值，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的偏差值大于额定值的1.2倍的额定值或电抗器消耗的有功功率P1的偏差值大于1.2倍的额定值。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法中，通过检测运行中高压并联电容器成套设备状态的功率参数，对高压并联电容器成套装置的运行状态进行评价，解决了现有技术中需要对高压并联电容器成套设备进行停电检测以及无法对状态量的变化进行运行状态评价的弊端。

通过检测运行中高压并联电容器回路中消耗的有功功率，检测高压并联电容器回路输出的无功功率，对高压并联电容器成套装置的运行状态进行评价，可分为正常状态、临界状态、异常状态和严重状态，正常状态保持高压并联电容器继续运行，临界和异常状态发出提示或告警信号，如：在其有功损耗明显变化时和电力电容器过载时，发出告警信号，状态严重时向出线开关柜的断路器发出跳闸指令，退出装置运行，防止发生高压并联电容器成套装置事故。

通过电抗器消耗有功功率是否发生变化和变化量的幅值大小，以及无功功率输出的变化情况，分析高压并联电容器的实际运行状态。能够分析判别高压并联电容器是否存在高温过负载、谐波电流致热、单只电容器打保险、串并联电容元件击穿、局部放电缺陷、串联电抗器是否存在匝间短路、绝缘是否受潮等等缺陷和隐患，异常和严重状态发出警报信号，或向出线开关柜的断路器发出跳闸指令，退出装置运行，防止发生高压并联电容器成套装置发生事故。方便运维人员的根据评价结果，制定检修策略或进行后续的预防性检查或更换。

与现有的测量方法相比，本基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法，在并联电容器成套装置在实际运行工况下测量和分析计算，能够真实反映其运行状态可以实现在线检测，测量结果可信度更高，而且能发现一些低电压、小电流下不能发现的缺陷，并根据缺陷的劣化程度开展状态评价，若超过规程规定限值，或者变化率明显增大，立即发出告警信号，或者向其开关柜内的断路器发出跳闸指令，停止高压并联电容器成套装置运行，防止事故发生。

所需的电流和电压信号从变电站已有的母线电压互感器和出线开关柜内的电流互感器的二次回路上采集，不再增加任何一次设备。

附图说明

图1为基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法流程图。

图2为基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法参数测量单元原理方框图。

具体实施方式

图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。

如图1所示，基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

开始进行基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法；

步骤1002，测量得到变电站母线的电压信号；

在本基于功率检测的高压并联电容器成套设备状态评价方法中，设置有对高压并联电容器成套设备的运行参数进行测量和处理的参数测量单元。如图2所示，参数测量单元包括：电流采集模块、电压采集模块、信号处理模块、逻辑分析模块以及声光报警模块。电流采集模块和电压采集模块的输出端同时与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端与逻辑分析模块的输入端相连，逻辑分析模块的输出端连接声光报警模块。

电压采集模块连接设置在高压并联电容器成套设备变电站母线的电压互感器的二次侧，电流采集模块连接高压并联电容器成套装置出线开关柜的电流互感器的二次侧，分别用于采集变电站母线电压互感器二次侧的电压信号和高压并联电容器成套装置运行回路中的电流信号。信号处理模块用于将电流采集模块和电压采集模块采集到的参数进行处理并送入逻辑分析模块，逻辑分析模块将电压采集模块和电流采集模块送入的电流信号和电压信号进行进一步运算，如果需要进行报警，则逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警。

在本步骤中，通过电压采集模块获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U。

步骤1003，计算得到串联电抗器的运行电压信号；

逻辑分析模块根据公式：Ul=ß·U/（1-ß）计算得到高压并联电容器成套设备中串联电抗器的运行电压U1，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，ß为高压并联电容器成套装置的电抗率。

步骤1004，计算得到电力电容器的运行电压信号；

逻辑分析模块根据公式：Uc=U/（1-ß）计算得到高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，ß为高压并联电容器成套装置的电抗率。

步骤1005，得到并分解高压并联电容器成套设备的电流信号；

通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I，然后逻辑分析模块对该电流信号进行傅里叶变换得到其中阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic。

步骤1006，计算得到高压并联电容器成套设备的功率参数；

逻辑分析单元根据步骤1002~1005得到的各个电流信号以及电压信号，计算得到高压并联电容器成套设备的如下功率参数：

（1）根据公式：P=Ir·U计算得到高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，Ir为步骤1005中通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I中的阻性电流分量。

（2）根据公式Q=Ic·U计算得到高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率Q，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，Ic为步骤1005中通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I中的容性电流分量。

（3）根据公式Pl=Ir·Ul=ß·Ir·U/（1-ß）计算出高压并联电容器成套设备中电抗器消耗的有功功率P1，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，Ir为步骤1005中通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I中的阻性电流分量，ß为高压并联电容器成套装置的电抗率。

（4）根据公式Qc=Ic·Uc=Ic·U/（1-ß）计算出高压并联电容器成套设备中电力电容器发出的无功功率Qc，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，Ic为步骤1005中通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I中的容性电流分量，ß为高压并联电容器成套装置的电抗率。

步骤1007，判断高压并联电容器成套设备是否处于正常状态；

逻辑分析单元根据步骤1002~步骤1006中得到的：高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U、高压并联电容器成套设备中串联电抗器的运行电压U1、高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc、高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I、高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P、高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率Q、电抗器消耗的有功功率P1以及电力电容器发出的无功功率Qc各个参数进行判断，当各个参数的运行偏差值与其额定值的偏差小于5%时，则高压并联电容器成套设备处于正常工作状态，执行步骤1008，否则执行步骤1009。

步骤1008，继续运行；

高压并联电容器成套设备继续以当前状态运行。

步骤1009，判断高压并联电容器成套设备是否处于临界状态；

当高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间，或电力电容器发出的无功功率Qc的运行值位于与其额定值偏差的5%~15%之间，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的运行值位于与其额定值偏差的5%~20%之间，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间，或电抗器消耗的有功功率P1的运行值位于与其额定值偏差的5%~10%之间，则逻辑分析单元判定高压并联电容器成套设备处于临界工作状态，执行步骤1011，否则执行步骤1010。

步骤1010，判断高压并联电容器成套设备是否处于临界状态；

当高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U、高压并联电容器成套设备中串联电抗器的运行电压U1、高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc、高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I、高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P、高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率Q、电抗器消耗的有功功率P1以及电力电容器发出的无功功率Qc各个参数进行判断，当高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的偏差值位于1.1~1.15倍的额定值之间，或电力电容器发出的无功功率Qc的偏差值位于1.2~1.35倍的额定值之间，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的偏差值位于1.2~1.3的额定值之间，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的偏差值位于额定值的1.1~1.2倍的额定值之间，或电抗器消耗的有功功率P1的偏差值位于额定值的1.11~1.2倍的额定值之间，逻辑分析单元判定高压并联电容器的工作状态处于异常状态，执行步骤1011，如果不处于异常状态，执行步骤1012。

步骤1011，进行声光报警；

逻辑分析单元驱动声光报警模块进行声光报警。

逻辑分析单元可以通过声光报警模块执行不同的报警模式以区别高压并联电容器成套设备的临界状态和异常状态。

步骤1012，发出跳闸指令；

当高压并联电容器成套设备的工作状态不属于步骤1007~1010中的正常状态、临界状态、异常状态时，则高压并联电容器成套设备处于严重状态，此时逻辑分析单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令。

高压并联电容器成套设备处于严重状态的判断依据为：当高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压Uc的偏差值大于1.15倍的额定值，或电力电容器发出的无功功率Qc的偏差值大于1.35倍的额定值，或高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I的偏差值大于1.3的额定值，或高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值P的偏差值大于额定值的1.2倍的额定值，或电抗器消耗的有功功率P1的偏差值大于1.2倍的额定值时，高压并联电容器的工作状态处于严重状态。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。