一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置，用于对高压并联电容器进行继电保护和在线监测，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：

本实用新型的目的是提供一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置，完成高压并联电容器的状态评估，使高压并联电容器继电保护装置具备简单、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。

本实用新型目的是通过下面的技术方案实现的：

一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置，包含：电流电压采集模块、继电保护功能模块、在线监测功能模块、人机交互模块、通信模块；电流电压采集模块的输出端分别连接继电保护功能模块和在线监测功能模块，继电保护功能模块的输出端分别连接人机交互模块和通信模块，在线监测功能模块的输出端分别连接人机交互模块和通信模块。

所述的在线监测功能模块与继电保护功能模块共用电流电压采集模块、人机交互模块和通信模块。

所述电流电压采集模块，其输入端分别连接电流互感器和电压采集设备，输入电流、电压的模拟信号；输出端分别连接继电保护功能模块和在线监测功能模块；实现高压并联电容器电流和电压量的实时采集和计算。

所述电压采集设备，为放电线圈或电压互感器。

所述的继电保护功能模块，接受来自电流电压采集模块的信号，进行电流电压值计算，并完成继电保护功能。

所述的在线监测功能模块，接受来自电流电压采集模块的信号，进行电流电压值计算，进而计算并联电容器的电容量，通过与预设电容量整定值比较，判定高压并联电容器的健康状况。

本实用新型的积极效果是：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，同时可以有效地拓展高压并联电容器继电保护装置的功能。

附图说明

图1是本实用新型实施例结构示意图。

图中：继电保护装置1、电流电压采集模块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10；

图2是本实用新型实施例一接线方式示意图；

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是本实用新型实施例二接线方式示意图；

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，通过实施例对本实用新型作进一步说明。

一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置，包含：电流电压采集模块、继电保护功能模块、在线监测功能模块、人机交互模块、通信模块；电流电压采集模块的输出端分别连接继电保护功能模块和在线监测功能模块，继电保护功能模块的输出端分别连接人机交互模块和通信模块，在线监测功能模块的输出端分别连接人机交互模块和通信模块。

所述的在线监测功能模块4与继电保护功能模块3共用电流电压采集模块2、人机交互模块5和通信模块6。

所述电流电压采集模块2，其输入端分别连接电流互感器和电压采集设备，输入电流、电压的模拟信号；输出端分别连接继电保护功能模块3和在线监测功能模块4；实现高压并联电容器电流和电压量的实时采集和计算。

所述电压采集设备，为放电线圈或电压互感器。

所述的继电保护功能模块，接受来自电流电压采集模块的信号，进行电流电压值计算，并完成继电保护功能。

所述的在线监测功能模块，接受来自电流电压采集模块的信号，进行电流电压值计算，进而计算并联电容器的电容量，通过与预设电容量整定值比较，判定高压并联电容器的健康状况。

实施例一，参照附图1、2。

一种具备在线监测功能的高压并联电容器继电保护装置，包含：电流电压采集模块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；电流电压采集模块2的输出端分别连接继电保护功能模块3和在线监测功能模块4，继电保护功能模块3的输出端分别连接人机交互模块5和通信模块6，在线监测功能模块4的输出端分别连接人机交互模块5和通信模块6。通信模块6的输出端连接监控系统10。

放电线圈8并联在高压并联电容器11的两端，放电线圈8的输出端连接电流电压采集模块2的电压输入端，作为电压输入信号；电流互感器9的输出端连接电流电压采集模块2的电流输入端，作为电流输入信号。电流电压采集模块2将电流电压信号分别传输给继电保护功能模块3和在线监测功能模块4。继电保护功能模块3计算相应的电流电压，并完成继电保护功能。在线监测功能模块4计算相应的高压并联电容器的电流、电压值，并进而计算高压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。

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11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。

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10。

实施例二，参照附图1、3。

电压互感器7设置在高压并联电容器所连接的母线上，电压互感器7的输出端连接电流电压采集模块2的电压输入端，作为电压输入信号；电流互感器9的输出端连接电流电压采集模块2的电流输入端，作为电流输入信号。电流电压采集模块2将电流电压信号分别传输给继电保护功能模块3和在线监测功能模块4。继电保护功能模块3根据电流电压采集模块2的输入计算相应的电流电压，并完成继电保护功能。在线监测功能模块4根据电流电压采集模块2的输入，计算相应的高压并联电容器的电流、电压值，并进而计算高压并联电容器的电容量。

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。

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。

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10。