陳 浩，魯旭臣，郭 鐵，趙振威，王 南

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

補(bǔ)償電容器智能監(jiān)測方法設(shè)計

陳 浩，魯旭臣，郭 鐵，趙振威，王 南

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

提出了補(bǔ)償電容器的智能監(jiān)測方法，實現(xiàn)補(bǔ)償電容器的運(yùn)行狀況監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常時，能準(zhǔn)確定位缺陷電容器，以便工作人員合理安排檢修計劃，避免事故擴(kuò)大。

補(bǔ)償電容器；電容量；電流值；智能監(jiān)測

補(bǔ)償電容器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，其作用是補(bǔ)償電網(wǎng)中系統(tǒng)的感性負(fù)載無功功率，并改善系統(tǒng)的功率因數(shù)，有效降低輸電線路損耗，因此，補(bǔ)償電容器的穩(wěn)定運(yùn)行對電網(wǎng)供電可靠性有至關(guān)重要的作用［1］。近年來，隨著補(bǔ)償電容器的制造工藝不斷完善，產(chǎn)品質(zhì)量已有了顯著提升，但實際運(yùn)行中，補(bǔ)償電容器組的群爆現(xiàn)象仍屢見不鮮。現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗表明，導(dǎo)致補(bǔ)償電容器遠(yuǎn)低于其應(yīng)有運(yùn)行壽命、提前出現(xiàn)故障損壞、被迫退出運(yùn)行的因素眾多，這些影響因素直接危害設(shè)備的可靠運(yùn)行。隨著電網(wǎng)電壓等級的不斷升高、電網(wǎng)設(shè)備容量的不斷增大，電網(wǎng)設(shè)備故障需要停電進(jìn)行維修的時間成本和維修成本都成指數(shù)形式增加。

目前，各變電站補(bǔ)償電容器數(shù)量龐大且智能化程度很低，在日常的運(yùn)行維護(hù)中，無法對單個補(bǔ)償電容器的電容量進(jìn)行有效監(jiān)測，只有保護(hù)裝置動作時才能得知設(shè)備異常情況的出現(xiàn)。由于無法準(zhǔn)確定位到單個電容器，也無法對單個電容器的運(yùn)行情況進(jìn)行預(yù)估［2］。因此，本文提出了補(bǔ)償電容器智能監(jiān)測的方法，以達(dá)到提前預(yù)估電容器的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常時，能準(zhǔn)確定位缺陷，補(bǔ)償電容器，并合理安排檢修計劃，避免事故擴(kuò)大。

1 監(jiān)測方法

圖1為某500kV變電站中35kV補(bǔ)償電容器組，圖2為該補(bǔ)償電容器組的主接線圖。主接線采用雙星型接線方式，中性點(diǎn)不接地。每相中每個星型補(bǔ)償電容器采用12并4串的連接方式，每臺補(bǔ)償電容器的額定電容為28.46 μF，使用1臺放電線圈進(jìn)行放電，兼做電壓互感器。補(bǔ)償電容器前端設(shè)置避雷器，接地斷路器采用四極聯(lián)動，裝置采用差壓保護(hù)。

圖1 35kV無功補(bǔ)償電容器組

對于圖2中的12并4串補(bǔ)償電容器組，電網(wǎng)電壓施加于整組電容器，該組中每支電容器流過的電流值與整組電容器的電容量有一定的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)其中一支電容器的電容量出現(xiàn)變化，該段電流值及其他串、并段電流值都將變化。因此，提出通過監(jiān)測補(bǔ)償電容器的電流值來反映其電容量的變化，進(jìn)而判斷其運(yùn)行情況是否良好。

圖2 并聯(lián)補(bǔ)償電容器組主接線

2 電流值與電容量關(guān)系仿真

2.1 電容量與電流值變化關(guān)系仿真

若要通過監(jiān)測補(bǔ)償電容器電流值來判斷其電容量的變化，需要對補(bǔ)償電容器電容量與其流過電流值的關(guān)系進(jìn)行分析。

為了獲得當(dāng)補(bǔ)償電容器組中某支電容器電容量發(fā)生變化時，其流過電流的變化情況，針對圖2中的12并4串補(bǔ)償電容器組建立模型，仿真補(bǔ)償電容器產(chǎn)生4種內(nèi)部故障引起電容量變化的情況：電容量減少3%、電容量減少1%、電容量增加1%、電容量增加3%，計算各情況下補(bǔ)償電容器電流的變化值。采用Simulink軟件，對上述情況進(jìn)行仿真建模，對圖2中的12并4串補(bǔ)償電容器組建立電路模型，如圖3所示［3］。

圖3 12并4串補(bǔ)償電容器組仿真模型

2.2 仿真過程及結(jié)果

改變并聯(lián)段單個補(bǔ)償電容器的電容值，通過仿真計算出各串、并段的電流值。4種故障情況各補(bǔ)償電容器電流有效值仿真結(jié)果如表1所示。

表1 4種故障情況各補(bǔ)償電容器電流有效值仿真結(jié)果

各補(bǔ)償電容器電流值變化趨勢如圖4所示。

圖4 各補(bǔ)償電容器電流值變化趨勢

由表1和圖4可以看出，在12并4串的電容器組中，電容器流過電流值與電容量有線性關(guān)系。當(dāng)一支電容值減小1%，通過其電流值減小約1%，當(dāng)一支電容值減小3%，通過其電流值減小約為3%；當(dāng)一支電容值增大1%，通過其電流值增大約為1%，當(dāng)一支電容值增大3%，通過其電流值增大約為3%；同一串段中，故障支路非故障電容器與非故障支路正常電容器電流變化趨勢相反［4］。因此，可通過對電流值變化情況的監(jiān)測來判斷電容器電容值變化情況。

3 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化分析

目前，國內(nèi)各供電公司所轄變電站電容器數(shù)量龐大，以圖1某500kV變電站中35kV無功補(bǔ)償用并聯(lián)電容器組為例，每相中每個星型電容器為12并4串，共48個，若對48個電容器分別加裝電流互感器監(jiān)測其電流值，由于監(jiān)測值過多，既增加投資，又不利于數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸［5］，應(yīng)考慮減少各支路電流互感器的數(shù)量，本文考慮對在4個串聯(lián)單元中的12個并聯(lián)支路中任1個支路分別安裝1臺電流互感器，測量流過單個電容器的電流值，假定分別安裝在C11、C21、C31、C41段，如圖5所示。

圖5 12并4串電容器組故障仿真模型

改變圖5中12并4串電容器組中任一并聯(lián)段中任一單支電容器的電容值，通過仿真程序計算可得電流互感器監(jiān)測段的電流值。假定4種故障情況均發(fā)生在電容器C12上，4臺電流互感器監(jiān)測電流有效值仿真結(jié)果如表2所示。

表2 4種故障情況各電容器電流有效值仿真結(jié)果A

仿真結(jié)果表明：當(dāng)單個電容器電容量發(fā)生變化，將引起該串段其他電容器電流值的變化，其他3組串段中，單個并聯(lián)支路電流互感器監(jiān)測的電流值相同。

4 結(jié)束語

在同一串段中，并聯(lián)在一起的電容器電壓值相同，隨著運(yùn)行電壓的波動或溫度的變化，如果各電容器的狀態(tài)沒有發(fā)生變化或變化情況相同，則流過的電流將有相同的變化趨勢。若其中一支由于絕緣損壞導(dǎo)致電容值逐漸減小，那么故障電容器電容量的變小將導(dǎo)致其電流值變小，且變化趨勢將與其他電容器的變化趨勢相反。

通過經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化分析后設(shè)計的監(jiān)測方法，通過對電容器電流值的監(jiān)測，既減少了電流互感器安裝數(shù)量，節(jié)約成本，又能監(jiān)測出故障電容所在串段，減少檢修部門工作量。停電后，只需測量該串段中的電容器電容量，即可檢測出故障電容器。

［1］李維強(qiáng)，譚 術(shù).電容器組在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電工技術(shù)，2013，34（10）：48－50.

［2］田友元.220kV及110kV并聯(lián)電容器裝置的開發(fā)和安裝設(shè)計［J］.東北電力技術(shù)，1999，20（5）：1－5.

［3］楊 兵，劉勇勝.并聯(lián)電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)在某220kV變電站的應(yīng)用［J］.湖北電力，2014，38（6）：41－43.

［4］韓 月，高 強(qiáng)，張軍陽.電阻取樣傳感器在電容型設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（12）：18－19.

［5］熊 蘭，王 禮.基于SCADA的并聯(lián)電容器在線監(jiān)測與預(yù)警［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2011，32（1）：54－58.

Design on Intelligent Monitoring Methods for Compensation Capacitor

CHEN Hao，LU Xu?chen，GUO Tie，ZHAO Zhen?wei，WANG Nan
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

An intelligent monitoring method is proposed in this paper to real?time monitor compensation capacitor's operation condition. When the equipment malfunctions occurs，the staff can accurately locate it to arrange maintenance plan avoiding accidents and impro?ving production safety.

Compensation capacitor；Electric capacity；Current value；Intelligent monitoring method

TM53

A

1004－7913（2016）07－0019－03

陳 浩（1987—），男，碩士，工程師，從事變壓器技術(shù)管理和科研工作。

2016－04－28）