林繁　李長(zhǎng)元　王永強(qiáng)

摘 要：電力電容器組是電力系統(tǒng)中極為重要的無功補(bǔ)償設(shè)備，加上電容器組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密和不可修復(fù)性。文章針對(duì)電容器組的局部放電性故障進(jìn)行設(shè)計(jì)一套集高精度的雙探頭超聲波傳感器、Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及局部放電數(shù)據(jù)處理算法于一體的電容器組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。最后，結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)完成軟件界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

關(guān)鍵詞：電容器組；超聲波法；局部放電；虛擬儀器

1 概述

電力電容器是一種在電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的電氣元件之一，主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)載的無功功率，占整個(gè)補(bǔ)償裝置容量的首位，其安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常供電起著非常重要的作用[1，2]。電力電容器采用浸漬紙、浸漬薄膜以及浸漬紙和薄膜組合的絕緣結(jié)構(gòu)。因此最常見的絕緣性故障是局部放電放電故障，電力電容器的重要特點(diǎn)是介質(zhì)的工作場(chǎng)強(qiáng)特別高，由于局部放電使電容膨脹，早期損壞以及發(fā)生爆炸的現(xiàn)象早已引起制造部門和運(yùn)行部門的重視。因此對(duì)電容器組監(jiān)測(cè)中局部放電故障是最重要的檢測(cè)點(diǎn)之一。

文章采用超聲波法對(duì)電容器組的局部放電故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采用雙探頭形式的傳感器，擺脫了傳統(tǒng)的單個(gè)探頭監(jiān)測(cè)局部放電帶來的不確定與不精準(zhǔn)性。另外文章還設(shè)計(jì)了無線傳輸裝置與利用虛擬儀器（virtual instrument，LABVIEW）設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件，使得系統(tǒng)穩(wěn)定、有效、便捷地實(shí)現(xiàn)電容器組的局部放電監(jiān)測(cè)。

2 電容器故障分析

電力電容器組的各個(gè)電容單元表面都是封閉式的結(jié)構(gòu)，通過出線端子與母線三相連接。內(nèi)部由絕緣紙、鋁泊和電容器油構(gòu)成電容元件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部觀測(cè)不到。由于長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致的絕緣損壞、過電壓的損害、溫度過高或者物理化學(xué)反應(yīng)均導(dǎo)致絕緣性故障。然后絕緣性故障中非常重要的就是局部放電故障。

電容器是由幾種介質(zhì)串聯(lián)的組合絕緣，在交流電壓下，電壓分配與各層的電容量成反比，在直流電壓下，電壓分配與各層的絕緣電阻成正比，因此組合絕緣的耐電強(qiáng)度與各成分的耐電強(qiáng)度和搭配情況有關(guān)。局部放電包括絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)氣隙中的放電和浸漬劑中的局部放電。局部放電可以發(fā)生在電容器極下面的絕緣層中，即均勻電場(chǎng)部分所包含的氣隙中，也可以發(fā)生在極板邊緣電場(chǎng)集中處。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

文章課題設(shè)計(jì)的電容器組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別包括就地檢測(cè)層和上位機(jī)監(jiān)控層。就地檢測(cè)層主要由電容器組每個(gè)單元附近安裝雙探頭的非接觸式超聲波傳感器以及就地檢測(cè)層終端的zigbee數(shù)據(jù)發(fā)送單元[3，4]。就地檢測(cè)層負(fù)責(zé)檢測(cè)電容器組的局部放電狀況并負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)至上位機(jī)監(jiān)控層的數(shù)據(jù)接收端。上位機(jī)監(jiān)控層主要由通過zigbee數(shù)據(jù)接收端接收的數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)，監(jiān)控主機(jī)對(duì)局局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并對(duì)局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

文章設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器技術(shù)的電容器組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下幾個(gè)功能：

（1）利用超聲波法對(duì)局部放電進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；（2）以具有較強(qiáng)特性的虛擬儀器為平臺(tái)開發(fā)了監(jiān)測(cè)軟件；（3）設(shè)計(jì)的基于小波包分析

的局部放電信號(hào)去噪算法并在軟件上實(shí)現(xiàn)；（4）實(shí)時(shí)檢測(cè)采集的局

部放電信號(hào)并實(shí)時(shí)保存于調(diào)用；（5）界面具有較強(qiáng)的人機(jī)互動(dòng)性。

4 上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了能夠很好地監(jiān)測(cè)電容器組的絕緣故障情況，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用LABVIEW進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)便，算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[5-8]。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的要求，文章監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發(fā)平臺(tái)。通過zigbee數(shù)據(jù)接收端接收的數(shù)據(jù)傳送至工控機(jī)，監(jiān)控主機(jī)對(duì)局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并對(duì)局部放電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。監(jiān)測(cè)界面如圖1所示。

5 結(jié)束語

文章所設(shè)計(jì)的電容器組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)電容器局部放電故障進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合zigbee無線傳輸特性與超聲波檢測(cè)局部放電的方法對(duì)電容器組的局部放電故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。首先分析了電容器組的最主要故障—局部放電故障，并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)完成軟件界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

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