（廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

高壓電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

黃志浩 胡 軍 趙冰顥 傅國強(qiáng)

（廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

本文主要研究高壓電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先選擇傳感器，對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后用軟件算法計(jì)算，設(shè)計(jì)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，最后實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊功能。實(shí)際運(yùn)行表明高壓并聯(lián)電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電容量的監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到0．5級(jí),能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

電容器；傳感器；在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 現(xiàn)狀概述

國外許多電力公司從上個(gè)世紀(jì)70年代就開始研究并推廣應(yīng)用變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要目的就是減少停電預(yù)防性試驗(yàn)的時(shí)間和次數(shù)，提高供電可靠性。

（1）帶電測(cè)試階段。這一階段起始于70年代左右。當(dāng)時(shí)人們僅僅是為了不停電而對(duì)電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)（如泄露電流）進(jìn)行直接測(cè)量。設(shè)備簡(jiǎn)單，測(cè)試項(xiàng)目少，靈敏度較差。

（2）從80年代開始，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測(cè)試走向數(shù)字化測(cè)量。

（3）從90年代開始，以計(jì)算機(jī)處理技術(shù)為核心的微機(jī)多功能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

在國內(nèi)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用始于上世紀(jì)80年代。計(jì)算機(jī)應(yīng)用剛剛起步，當(dāng)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)水平較低。到2000年后，隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷成熟及客觀的需要，在國內(nèi)很多地區(qū)的供電企業(yè)都已開展了這項(xiàng)工作。

2 典型案例

摘錄官方統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)：

2004年10～110kV的開關(guān)的事故率0.011～0.022臺(tái)次/百臺(tái)年

2004年110kV及以上變壓器的事故率為0.4臺(tái)次/百臺(tái)年

廣東省2007年高壓并聯(lián)電容器的故障率為5臺(tái)次/百臺(tái)年

（1）1996年6月18日19:14賀州市電業(yè)公司八步變電站在人工分閘過程中，戶外2#，5#電容器發(fā)生爆炸。

（2）1982年佳目斯局樺南變的三角型結(jié)線電容器組，單臺(tái)裝用低壓保險(xiǎn)，一臺(tái)電容器發(fā)生爆炸后，將廠房和396臺(tái)電容器全部燒毀。

（3）2001年4月30日8:54，某一變電站，在主控室，電容器的速斷保護(hù)信號(hào)繼電器動(dòng)作掛牌，造成外側(cè)10kVII段與電容器串聯(lián)接地極擊斷，電抗器本體噴油著火，A,B相熔斷器全部熔斷。

3 存在問題

（1）瓷套管及外殼滲漏油

電容器是全密封的電氣設(shè)備，由于制造工藝、運(yùn)輸?shù)仍?，密封不良出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致套管內(nèi)部受潮，絕緣電阻降低。隨著電容器運(yùn)行電壓、溫度等變化，內(nèi)部壓力增加，滲漏油更為嚴(yán)重，使油面下降，元件上部容易受潮擊穿而損壞。

（2）瓷絕緣表面放電閃絡(luò)

電容器在運(yùn)行中缺乏定期清掃和維護(hù)，其瓷絕緣表面因污穢嚴(yán)重，在電網(wǎng)出現(xiàn)內(nèi)、外過電壓和系統(tǒng)諧振的情況下導(dǎo)致絕緣擊穿，局部放電，造成瓷套管閃絡(luò)破損，響聲異常。

（3）外殼鼓肚

當(dāng)電容器內(nèi)部元件發(fā)生故障擊穿時(shí)，介質(zhì)中將通過很大的故障電流，電流產(chǎn)生的電弧和高溫使浸漬劑游離而分解產(chǎn)生大量氣體，使得電容器的密封外殼內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致電容器的外殼膨脹鼓肚，這是運(yùn)行中電容器故障的征兆，應(yīng)及時(shí)處理，避免故障的漫延擴(kuò)大。

（4）熔斷器熔斷

電容器內(nèi)部元件發(fā)生故障擊穿，熔斷器安裝接觸不良發(fā)熱，以及熔斷器的額定電流選擇不當(dāng),電容器合閘瞬間，由于電容器處于充電狀態(tài)產(chǎn)生很大的沖擊合閘涌流，涌流過大均能使熔斷器熔斷。

（5）電容器爆炸

運(yùn)行中電容器爆炸是一種惡性事故，當(dāng)電容器內(nèi)部元件故障擊穿引起電容器極間貫性短路時(shí)，與其并聯(lián)運(yùn)行的其他電容器將對(duì)故障電容放電，如果注入電容器的能量大于外殼所能承受的爆破能量，則電容器爆炸，如果電弧點(diǎn)燃的液體介質(zhì)溢流，還會(huì)造成火災(zāi)。

4 原因分析

（1）電容器電容量的微小變化

電容器電容量出現(xiàn)微小變化是電容器事故前的最早征兆，表明熔絲已經(jīng)切除了單個(gè)電容器。

（2）運(yùn)行電壓過高

電容器介質(zhì)上的額定工作場(chǎng)強(qiáng)比其它電器高25～30倍，是高壓敏感設(shè)備。電力行標(biāo)DL/T 840—2003中規(guī)定為1.05倍額定電壓。電容器過壓保護(hù)及VQC均使用母線PT，不能直接測(cè)定電容器端電壓及累計(jì)超出允許的幅值及持續(xù)時(shí)間。

（3）運(yùn)行電流過高

運(yùn)行規(guī)程對(duì)三相電流的控制有兩個(gè)指標(biāo)，一是不超過額定電流的30%，二是三相不平衡電流不應(yīng)超過±5%。

（4）電容器的絕緣變化

電容器自身的介質(zhì)損耗及其它發(fā)熱元件引起本體溫升，而溫升又會(huì)反過來加大介質(zhì)損耗，是一種惡性循環(huán)。

（5）電抗器的運(yùn)行工況

電抗器匝間短路對(duì)運(yùn)行電流及電容器端電壓無明顯影響，過流、速斷、差壓、不平衡電壓、不平衡電流保護(hù)均不起作用，是電容器保護(hù)的死區(qū)。

（6）運(yùn)行溫度過高

溫度過高導(dǎo)致tgδ迅速增加，降低介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度。技術(shù)監(jiān)督規(guī)程把室溫超過35℃列入三級(jí)報(bào)警，超過40℃列入二極報(bào)警，當(dāng)采取降溫措施無效時(shí)電容器應(yīng)退出運(yùn)行。

（7）電容器投切瞬間工況

電容器在投入時(shí)會(huì)出現(xiàn)涌流，合閘彈跳及分閘重燃會(huì)在電容器端產(chǎn)生較高的過電壓。

（8）高次諧波引起過電流

電容器正常運(yùn)行時(shí)不希望電流中含有高次諧波，因此選擇了不同電抗率的電抗器，以減弱諧波電流對(duì)電容器的侵襲；少量熔絲熔斷后，電容器雖然可以照樣運(yùn)行，但有一個(gè)副作用，就是電抗率向減少方向發(fā)生漂移，有可能使限制的諧波電流進(jìn)入放大的頻率范圍。電力電容器對(duì)諧波電流有一定的承受能力，規(guī)程把諧波電流含量統(tǒng)一納入到1.3倍的額定電流之內(nèi)。

（9）放電線圈運(yùn)行工況

放電線圈除具有電容器放電功能之外，還向保護(hù)提供不平衡電壓。

6 提升措施

高壓并聯(lián)電力電容器作為一種極為重要的無功電源，對(duì)于改善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、提高功率因數(shù)、改善電壓質(zhì)量、降低線路損耗起著重要的作用，在各種電壓等級(jí)的變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。因此對(duì)電力電容器運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是一種防止電力電容器發(fā)生事故的有效途徑。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)高壓并聯(lián)電容器的運(yùn)行工況，包括電容器運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流、電容量、介質(zhì)損耗、絕緣狀況、高次諧波、環(huán)境溫濕度、投切次數(shù)及狀態(tài)（涌流及重燃錄波）、運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)。當(dāng)電容器出現(xiàn)電壓越限、電流越限、諧波超標(biāo)、熔絲熔斷、電容量變化越限、電抗器匝間短路、絕緣降低、室內(nèi)超溫等情況時(shí)啟動(dòng)錄波并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（1）傳感器技術(shù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電容器的實(shí)際容量、接線方式、安裝方式等設(shè)計(jì)高精度電流、電壓傳感器，高精度的信號(hào)轉(zhuǎn)換是電容器在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。

（2）硬件技術(shù)：高壓并聯(lián)電容器在實(shí)際運(yùn)行中，絕緣性能并不是瞬間變化的，故障都是經(jīng)過長(zhǎng)期緩慢的變化才形成的。系統(tǒng)的高配置部件是為了能夠更加精確的采集電容器的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（3）軟件算法的實(shí)現(xiàn)：裝置只采集高壓電容器運(yùn)行電流、電壓、溫度和濕度，需要經(jīng)過一系列復(fù)雜的軟件算法計(jì)算諧波電流、諧波電壓、電容量、介質(zhì)損耗因數(shù)、絕緣電阻、有功損耗等值，這些軟件算法是實(shí)現(xiàn)電容器在線監(jiān)測(cè)的軟件基礎(chǔ)。

（4）后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高壓并聯(lián)電容器的遠(yuǎn)方監(jiān)控，可以在遠(yuǎn)方監(jiān)控電容器的運(yùn)行工況，分析運(yùn)行狀態(tài)，作為一個(gè)方便的人機(jī)界面，為電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用提供了簡(jiǎn)便的操作平臺(tái)。

（5）實(shí)時(shí)通信功能的實(shí)現(xiàn)：為了實(shí)現(xiàn)后臺(tái)和裝置的數(shù)據(jù)共享，在線監(jiān)測(cè)裝置提供三種通訊方式的實(shí)現(xiàn)，分別為RS485、以太網(wǎng)和GPRS無線通訊。這三種通訊方式可以滿足現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，?shí)時(shí)將電容器的運(yùn)行狀況傳輸至不同地點(diǎn)的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)上。

結(jié)語

本文主要闡述高壓電容器的研究現(xiàn)狀，典型案例，存在的問題，原因分析和提升措施。并研制出了一套KZ160E高壓電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

[1]黨曉強(qiáng)，劉念，蔣浩．電力系統(tǒng)中高壓電容設(shè)備在線檢測(cè)的研究[J]．電工技術(shù)雜志，2003（10）．

[2]續(xù)利華．電力電容器常見故障的原因分析及相應(yīng)處理[J]．電力學(xué)報(bào)，2001（02）．

[3]王文洪，何滿棠．并聯(lián)電容器組熔斷器“群爆”故障分析[J]．電力電容器，2007（06）．

[4]金向朝，黃松波，陸培鈞，嚴(yán)飛，倪學(xué)鋒．電容器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J]．電力電容器與無功補(bǔ)償，2008（03）．

TM85 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A