无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法与流程

无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法，属于变电设备状态监测技术领域。

背景技术：

为确保电力系统安全经济运行，保证电压质量，满足阻感性负荷的无功功率需求，变电站的负载母线上需要安装大量的成套无功补偿装置，主要由出线开关柜、电力电容器、串联电抗器、隔离开关、接地开关、高压熔断器、金属氧化物避雷器、放电线圈、电流互感器等构成，目前的实际运行统计表明：成套无功补偿装置的事故率居高不下，高居变电站所有设备之首，严重影响系统运行的经济性和供电电压质量。其中，电力电容器损坏所占比重最大，原因主要有以下方面：

1、电力电容器承受的运行电压偏高，造成过负载运行；电力电容器的无功功率运行电压的平方成正比，电力电容器运行电压升高，电容器的发热和温升也会相应增加。同时，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，该损耗全部转化为热能而被消耗。由此可以看出：运行电压升高，发热量明显增加，容易造成绝缘介质的热击穿，造成电力电容器损坏。另外运行电压高，内部介质的场强也大，绝缘介质的老化加快，缩短电容器寿命，所以在运行中应严格监视和控制电力电容器的实际运行电压。

2、有时电力电容器的回路电流明显增大，却没有相伴的过电压现象，说明电力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，因此需要监测无功补偿装置回路电流。

3、无功补偿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，个别元件损坏会使电力电容器组件的电压分布发生偏移，造成电容量的变化，致使发出的无功功率增加或减少。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，影响无功补偿装置的安全运行，因此需要监测无功功率的变化情况。

4、无功补偿装置一旦投入运行，基本都是在满负荷状态下运行，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，介质损耗增加、绝缘老化加速、介质击穿放电，造成热击穿。控制无功补偿装置的运行电压，也能调整电力电容器的运行负载率，从而控制运行中的温升。

由上述可知，在无功补偿装置中，多个运行参数以及元件均会对无功补偿装置的综合工作状态进行反应和影响。而在现有技术中，在对无功补偿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，则无法送对状态量的变化进行运行状态评价，因此大大影响了无功补偿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无功补偿设备的多个参数，对无功补偿设备的运行状态进行评价，解决了现有技术中需要对无功补偿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，提出了无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法，其特征在于：设置有对基于功率检测的无功补偿装置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，开始进行无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法；

步骤1002，通过参数测量单元获得无功补偿装置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无功补偿装置中电力电容器的运行电压信号；

步骤1004，通过参数测量单元得到无功补偿装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I；

步骤1005，参数测量单元对无功补偿装置的电流信号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无功功率；

步骤1007，参数测量单元根据严重状态判定规则判断无功补偿装置是否处于严重状态，如果处于严重状态，执行步骤1008，如果未处于严重状态，执行步骤1009；

步骤1008，参数测量单元向电力变压器有载调压开关发出调压指令或向其进线开关柜的断路器发出跳闸指令，使无功补偿装置退出运行；

步骤1009，参数测量单元根据异常状态判定规则判断无功补偿装置是否处于异常状态，如果处于异常状态，执行步骤1010，如果未处于异常状态，执行步骤1011。

步骤1010，参数测量单元对无功补偿装置中电力电容器的工作状态进行报警；

步骤1011，电力电容器处于正常工作状态，无功补偿装置继续运行。

优选的，所述的电力电容器的运行电压是否超过其额定值，如果超过其额定值，则电力电容器处于严重工作状态。

优选的，所述的步骤1009中的异常状态判断规则为：

出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I超过其额定是的1.3倍或电力电容器的运行电压值Uc超过其额定值的1.1倍或电力电容器的无功功率Qc超过其额定值的1.35倍；

三相有功功率的与其额定值的偏差率大于5%；

额定电压下无功功率Qc小于其额定值；

当满足以上条件之一时即表示电力电容器处于异常工作状态。

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无功补偿装置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无功补偿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：

本无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法与现有的检测方法相比，无功补偿装置中电力电容器正常的工作中，对电力电容器的输出的无功功率、电流、电压实时监测并分析，能够真实反映其运行状态，能有效发现停电试验不能发现的设备缺陷。由于常规测量方法需要在电力电容器成套装置停电状态下测量，有过电流保护、过电压保护、速断保护、不平衡电流（电压）保护、过负荷保护及单相接地保护，未对实际运行的电流、电压值与输出的无功功率进行关联性分析，以之判断无功补偿装置的运行状态，判据相对简单，无相应协同控制策略。而该装置和方法是在无功补偿装置实际运行工况下测量无功功率、电流、电压， 在系统电压或装置异常时，能够立即发出告警信号，或者协调控制变电站电力变压器的有载调压开关，或者向其断路器发出跳闸指令，退出装置运行，防止发生电力电容器着火、爆炸事故。

附图说明

图1为无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法流程图。

图2为无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法参数测量单元原理方框。

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，无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法，包括如下步骤：

步骤1001，开始；

开始进行无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法。

步骤1002，测量得到变电站母线的电压信号；

在本无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法中，设置有对无功补偿装置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无功补偿装置变电站母线的电压互感器的二次侧，电流采集模块连接无功补偿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无功补偿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无功补偿装置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-ß）计算得到无功补偿装置中电力电容器的运行电压Uc，其中U为步骤1002中得到的无功补偿装置所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，ß为无功补偿装置的电抗率。

步骤1004，得到无功补偿装置的电流信号I；

通过电流采集模块得到无功补偿装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I。

步骤1005，分解无功补偿装置的电流信号I；

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，计算得到电力电容器的无功功率；

逻辑分析单元根据公式Qc=Ic·Uc=Ic·U/（1-ß）计算出无功补偿装置中电力电容器发出的无功功率Qc，其中U为步骤1002中得到的无功补偿装置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无功补偿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为无功补偿装置的电抗率。

步骤1007，判断电力电容器是否处于严重状态；

逻辑分析单元判断电力电容器是否处于严重工作状态，其判断依据为：电力电容器的运行电压是否超过其额定值的1.1倍，如果超过其额定值的1.1倍，则电力电容器处于严重工作状态，执行步骤1008，如果运行电压为超过其额定值，执行步骤1009。

步骤1008，发出调压或跳闸指令；

逻辑控制单元向电力变压器有载调压开关发出调压指令或向其进线开关柜的断路器发出跳闸指令，使无功补偿装置退出运行。

步骤1009，判断电力电容器是否处于异常状态；

逻辑分析单元判断电力电容器是否处于异常工作状态，其判断依据为：

（1）出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I超过其额定是的1.3倍或电力电容器的运行电压值Uc超过其额定值的1.1倍或电力电容器的无功功率Qc超过其额定值的1.35倍；

（2）三相有功功率的与其额定值的偏差率大于5%；

（3）额定电压下无功功率Qc小于其额定值。此时可判定为电容器组有单只电容器打保险而退出运行或单只损坏。

当满足以上条件之一时即表示电力电容器处于异常工作状态，执行步骤1001.否则执行步骤1011。

步骤1010，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。

步骤1011，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，无功补偿装置继续运行。

具体工作过程及工作原理如下：

在利用无功补偿装置中电力电容器工作状态的在线监测方法对电力电容器的工作状态进行监测时，首先通过参数测量单元中的电压采集模块获得无功补偿装置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无功补偿装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I，参数测量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。

逻辑分析模块计算出电力电容器的运行电压，并对电流信号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，并进一步计算出电力电容器的无功功率。逻辑分析单元首先将电力电容器的运行电压与其额定值进行比较，当电力电容器的运行电压超过其额定值时，逻辑控制单元向电力变压器有载调压开关发出调压指令或向其进线开关柜的断路器发出跳闸指令，使无功补偿装置退出运行。

逻辑分析单元然后对如下条件进行判断：（1）出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I超过其额定是的1.3倍或电力电容器的运行电压值Uc超过其额定值的1.1倍或电力电容器的无功功率Qc超过其额定值的1.35倍；（2）三相有功功率的与其额定值的偏差率大于5%；（3）额定电压下无功功率Qc小于其额定值。当满足以上条件之一时即表示电力电容器处于异常工作状态，逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警，当电力电容器未处于异常或严重状态时，则表示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，无功补偿装置继续运行。

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。