基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法与流程

基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法，属于变电站设备在线监测技术领域。

背景技术：

高压电力电容器成套装置是电力系统应用最传统、最广泛和数量最多的无功补偿设备，我国的无功补偿设备容量近10亿千乏，绝大部分是并联电容器成套装置，在有利于电力系统安全稳定运行，能够改善电能质量，降低电能损耗、增加输配线路及电力变压器的传输容量等方面发挥了很好作用。电容无功补偿设备的可用率成为电力生产管理的一项重要的技术指标。

无功补偿装置在变电站单独布置安装，一般通过专用开关装置并联在变电站低压母线上，根据电力变压器的功率因数或母线电压高低确定是否投入，由于其投入与否不直接造成用户停电，而影响供电可可靠性，普遍存在对电力电容器安全可靠运行重视程度不够的问题，从安装、运行、检测、消缺、维护等存在诸多管理漏洞，运行实际表明：电容器事故率居变电站所有设备之首，许多电力电容器成套装置，形同虚设，由于各种原因甚至常年不能投入运行，其作用未能得到发挥，影响了系统经济运行和电压质量。

电容量是标志电力电容器介质基本性能和状态的一项重要指标，能够反映制造工艺和原材料的优劣以及安全运行的状态和水平，其中具体表现为：（1）电容器存在渗漏油，空气中的水分潮气进入电容器内部，电容元件绝缘降低，油位下降，甚至使电容器引线或元件上端漏出油面，造成极对外壳放电或元件击穿，损坏电容器。（2）电容器的有功损耗与运行电压成正比，运行电压升高致使发热量显著增加，绝缘老化加快，甚至引起热击穿损坏电容器。在过电压或谐波的作用下电容器过电流运行，同样造成元件发热而损坏电容器。（3）电力电容器因高场强、高温度的运行条件，电力电容器绝缘老化加速、介质击穿放电，造成热击穿。（4）存在绝缘缺陷、内部有局部放电现象，损坏元件造成电容量变化，可能造成电容量变大，说明内部串联段的电容元件减少，造成其他内部元件过电压运行。（5）电容器组中缺台运行、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。

由上述可知，通过监测电力电容器电容量的变化对其运行状态的判断至关重要，在现有技术中，还没有能够在线对电力电容器的电容量有效监测的方法，因此很难通过电容量对电力电容器的工作状态进行评价，所以很难获得电力电容器在实际工作时的工作状态，因此形成了较大的安全隐患。

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，提供一种通过对电力电容器的电容量的实时监测实现了对电力电容器的工作状态的监测，保证了电力电容器以及高压电力电容器成套装置安全工作的基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法，其特征在于：设置有对高压电力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，还包括如下步骤：

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电力电容器的运行电压uc；

步骤1004，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；

步骤1005，分解高压并联电容器成套设备的电流信号i；

参数测量单元对高压并联电容器成套设备的电流信号i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1006，参数测量单元计算得到电力电容器的功率参数；

步骤1007，参数测量单元计算得到电力电容器的介质损耗因数；

步骤1008，参数测量单元计算得到电力电容器的电容量；

步骤1009，参数测量单元根据电力电容器的严重状态判断规则判断电力电容器是否处于严重状态，如果处于严重状态，执行步骤1010，如果未处于严重状态，执行步骤1011；

步骤1010，电力电容器处于严重状态，参数测量单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令；

步骤1011，参数测量单元根据电力电容器的异常状态判断规则判断电力电容器是否处于异常状态，如果处于异常状态，执行步骤1012，如果未处于异常状态，执行步骤1013；

步骤1012，参数测量单元对电抗器的状态进行报警；

步骤1013，电力电容器处于正常工作状态，高压电力电容器成套装置继续运行。

优选的，步骤1009中所述的严重状态判断规则为：参数测量单元将步骤1008中计算得到的电容量与电力电容器电容量的额定值进行比较并得到其偏差率，如果偏差率大于10%则处于严重状态。

优选的，步骤1011中所述的异常状态判断规则为：参数测量单元将步骤1008中计算得到的电容量与电力电容器电容量的额定值进行比较并得到其偏差率，如果偏差率为5%~10%，则处于异常状态。

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回路输出的无功功率和高压并联电容器成套设备中电力电容器消耗的有功功率。

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。

优选的，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。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

在本基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法中，通过对电力电容器电容量的实时计算实现了对电力电容器以及高压电力电容器成套装置工作状态的监测，保证了电力电容器以及高压电力电容器成套装置的安全工作。

本基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法是在电力电容器实际运行工况下测量，在不增加任何一次设备的情况下，实现对电力电容器的电容量实时检测，能够真实反映其绝缘状态，可在线同时监测三相高压电容器的介质损耗因数tgδ，测量结果可信度和可比较性更高，而且能有发现一些低电压下不能发现的绝缘缺陷。在高压电力电容器出现绝缘故障时立即发出警报，提醒运维人员的对电容器进行后续的检查或更换。

电容量偏差过大时立即发出告警信号，或者向其开关柜的进线断路器发出跳闸指令，退出装置运行，防止发生电力电容器的绝缘损坏事故。并通过标准的通讯接口与变电站综合自动化系统相联络，方便了变电站无功补偿装置的安全运行控制，提高了电力电容器组的智能化水平。

附图说明

图1为基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法流程图。

图2为基于电容量的电力电容器运行状态在线监测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，基于电容量的电力电容器运行状态在线监测方法，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

开始进行高压电力电容器成套装置中电力电容器运行状态监测方法；

步骤1002，测量得到变电站母线的电压信号；

在本高压电力电容器成套装置中电力电容器运行状态监测方法中，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获取电压信号u。

步骤1003，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﹣β）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，β为高压并联电容器成套装置的电抗率。

步骤1004，得到高压并联电容器成套设备的电流信号i；

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。

步骤1005，分解高压并联电容器成套设备的电流信号i；

逻辑分析模块对高压并联电容器成套设备的电流信号i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，计算得到电力电容器的功率参数；

逻辑分析单元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pc=ir·uc计算出高压并联电容器成套设备中电力电容器消耗的有功功率pc，其中uc为高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压，ir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。

步骤1007，计算得到电力电容器的介质损耗因数；

逻辑分析模块根据公式：tgδ=p/q，计算电力电容器的介质损耗因数tgδ，其中p为高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值；q为高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率。

步骤1008，计算得到电力电容器的电容量；

逻辑分析模块根据公式：p=ω·c·uc²·tgδ得到电力电容器的电容量：c=p/(ω·uc²·tgδ)，其中：p为高压并联电容器成套设备回路中消耗的有功功率值；其中uc为高压并联电容器成套设备中电力电容器的运行电压；tgδ为电力电容器的介质损耗因数；ω为角频率。

步骤1009，逻辑分析模块判断电力电容器是否属于严重状态；

逻辑分析模块根据步骤1008中的计算得到的电力电容器的电容量与其电容量的额定值进行比较并得出其变化率，如果变化率是否大于10%，则电力电容器处于严重状态，执行步骤1010，如果偏差值小于等于10%，执行步骤1011。

步骤1010，发出跳闸指令：

逻辑分析单元判断电力电容器处于异常状态，逻辑分析单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令。

步骤1011，逻辑分析模块判断电力电容器的介质损耗因数是否处于异常状态；

逻辑分析模块根据步骤1008中的计算得到的电力电容器的电容量与其电容量的额定值进行比较并得出其变化率，如果变化率为5%~10%，电力电容器处于异常状态，执行步骤1012，如果未超过规定值，执行步骤1013。

步骤1012，步骤声光报警；

电力电容器的介质损耗因数超过规定值，逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警。

步骤1013，继续运行：

电力电容器处于正常工作状态，逻辑分析单元不执行其他操作，高压电力电容器成套装置继续运行。

具体工作过程及工作原理如下：

在利用高压电力电容器成套装置中电力电容器运行状态监测方法对电力电容器的工作状态进行监测时，首先通过参数采集单元中的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，同时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，参数采集单元中的信号处理模块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，由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。

逻辑分析模块对电流信号i进行傅里叶变换得到其中的阻性电流分量ir和容性电流分量ic，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、高压并联电容器成套设备回路输出的无功功率q以及电力电容器消耗的有功功率pc，然后进一步计算得到电力电容器的介质损耗因数以及电力电容器的电容量。

逻辑分析模块将计算得到的电容量与电力电容器电容量的额定值进行比较并求出偏差率，如果偏差率大于10%，则逻辑分析单元判断电力电容器处于严重状态，逻辑分析单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令；如果偏差率为5%~10%，则电力电容器处于异常状态，逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警，如果电力电容器的电容量的偏差值小于5%，则电力电容器工作状态正常，高压并联电容器成套设备继续以当前状态运行。

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。