楊剛 姜霞君

摘 要：分析和介紹變電站內(nèi)電容器設(shè)備結(jié)構(gòu)，建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)運(yùn)算軟件仿真分析電容器內(nèi)部電容元件的損壞故障，獲得應(yīng)用性結(jié)論?；谥悄茈娋W(wǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)，研發(fā)智能在線檢測(cè)裝置，提前預(yù)測(cè)電力電容器故障征兆，準(zhǔn)確定位和分析故障問(wèn)題。此次研究主要是研究開(kāi)發(fā)變電站電力電容器智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性?xún)r(jià)值。

關(guān)鍵詞：變電站;電力電容器;智能在線監(jiān)測(cè)

1、電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與元件損壞故障仿真

選擇某變電站進(jìn)行案例分析，電容器內(nèi)部有36個(gè)電容元件構(gòu)成，每個(gè)串段部分并聯(lián)電阻每個(gè)電容元件電容為6.6μF，串入電阻為1.4MΩ。基于變電站一次系統(tǒng)圖，建立電路模型分析。

假設(shè)支路中器件電器參數(shù)：支路電壓為標(biāo)準(zhǔn)電壓;電抗器感抗：

……（1）;電容器總阻抗：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ……（2）;

支路總阻抗為電抗器和電容器串聯(lián)：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?……（3）;按照電路定律，對(duì)支路實(shí)施向量分析，獲得（4）方程式：

……（4）

在（4）方程式中，S表示電容;I表示電流向量;U表示電壓;UC表示電容器端電壓。

現(xiàn)階段，變電站內(nèi)安裝差動(dòng)保護(hù)裝置，當(dāng)電容元器件損壞數(shù)量超過(guò)3個(gè)時(shí)即可動(dòng)作。此次研究只針對(duì)電容元件損壞個(gè)數(shù)小于3個(gè)的條件進(jìn)行仿真，可以劃分為以下情況：第一，電容元件損壞數(shù)量為1個(gè)，此時(shí)僅出現(xiàn)一種情況，表明并聯(lián)串存在損壞故障，可以使用（0，0，1）表示。第二，電容元件損壞數(shù)量為2個(gè)，此時(shí)存在兩種情況，同一并聯(lián)串上，電容器元件同時(shí)損壞，使用（0，0，2）表示。或者兩個(gè)并聯(lián)串上分別有一個(gè)電容元件損壞，使用（0，1，1）表示。第三，電容元件損壞數(shù)量為3個(gè)，此時(shí)存在3種情況。情況一，同意并聯(lián)串上出現(xiàn)3個(gè)元件損壞，使用（0，0，3）表示;情況二，1個(gè)并聯(lián)串上有1個(gè)損壞，另1個(gè)并聯(lián)串上有2個(gè)損壞，使用（0，1，2）表示;情況三，3個(gè)并聯(lián)串上各存在1個(gè)損壞，使用（1，1，1）表示。

按照上述假設(shè)與分析，使用專(zhuān)業(yè)數(shù)學(xué)軟件，輸入不同的頻率，對(duì)上述電容元件損壞進(jìn)行仿真，可以獲得不同情況下的電流、容量、電容器端電壓與相應(yīng)的變化率。按照仿真結(jié)果顯示，輸入5次諧波時(shí)，不同損壞情況的電量參數(shù)變化率明顯，下圖為變化程度與趨勢(shì)曲線。

通過(guò)分析圖示可知，第一，電容元件損壞數(shù)量越多，則電容參數(shù)變化率越明顯。第二，在三個(gè)參數(shù)中，變化最明顯的是容量，可以使用容量參數(shù)作為監(jiān)測(cè)與判別對(duì)象。第三，當(dāng)電容元件損壞數(shù)量為1時(shí)，容量變化率為33.4%;當(dāng)電容元件損壞數(shù)量為2時(shí)，容量變化率為84.8%～98.3%;當(dāng)電容元件損壞數(shù)量為3時(shí)，容量變化率為169.4%～260%。從上述數(shù)據(jù)可知，區(qū)間分隔明顯，由于電力系統(tǒng)受到5次諧波分量干擾，因此可以提供有效判斷依據(jù)。

2、電容器設(shè)備智能在線監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成包括溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、數(shù)字音頻處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、通訊接口、擴(kuò)大容量存儲(chǔ)器、顯示屏、前置信號(hào)調(diào)理器。通過(guò)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

第一，監(jiān)測(cè)電容器組諧波電流。由于集膚效應(yīng)、渦流損耗、效率成正比，高次諧波產(chǎn)生熱量高于基波電流。高次諧波功率是電壓與電流，瞬時(shí)值乘積在周期內(nèi)的積分，非同步采樣會(huì)加大功率計(jì)算誤差。該裝置可以通過(guò)零點(diǎn)白手搜索法，截取諧波電壓、電流采樣數(shù)據(jù)中的整周期數(shù)據(jù)，通過(guò)重新定位的線性同步化算法，進(jìn)行科學(xué)化處理，確保高次諧波功率測(cè)量的準(zhǔn)確性。

第二，監(jiān)測(cè)電容器組殘壓，實(shí)現(xiàn)安全報(bào)警。電容器斷電持續(xù)一段時(shí)間，比較監(jiān)測(cè)殘壓和整定值，當(dāng)殘壓高于整定值時(shí)，會(huì)發(fā)出安全警報(bào)。

第三，記錄和存儲(chǔ)電容器組關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。

第四，內(nèi)置專(zhuān)家診斷系統(tǒng)。按照電容器內(nèi)部元件損壞故障仿真結(jié)果，聯(lián)合其他判斷依據(jù)，綜合診斷電容器運(yùn)行的異常問(wèn)題。

第五，限制投切涌流。檢測(cè)電流或電壓過(guò)零點(diǎn)，在電流過(guò)零點(diǎn)處切電容器，在電壓過(guò)零點(diǎn)處投入電容器，以此減少涌流現(xiàn)象。

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，計(jì)算器件參數(shù)，選擇器件造型時(shí)，必須考慮以下內(nèi)容：首先，獲取電流、電壓、溫度等電容器運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、傳感器絕緣強(qiáng)度、確保測(cè)量準(zhǔn)確度，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求。其次，合理選擇運(yùn)算放大器等器件，建立前置信號(hào)預(yù)處理電路，傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，確保其滿(mǎn)足模數(shù)轉(zhuǎn)換器抗干擾、量程要求。

監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)處理和轉(zhuǎn)換送入到主機(jī)軟件進(jìn)行綜合化診斷，明確故障嚴(yán)重性與故障具體位置，利用顯示屏輸出結(jié)果，提出科學(xué)的維修方法和策略。故障綜合診斷依據(jù)還需進(jìn)一步實(shí)踐，通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前可以遵循國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范等內(nèi)容，縱向比較歷史數(shù)據(jù)?？梢栽陬?lèi)似設(shè)備、同一設(shè)備之間進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

3、變電站內(nèi)電力電容器設(shè)備智能在線監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

電力電容器設(shè)備組成包括。控制測(cè)量與保護(hù)裝置、主體功能裝置、投切裝置。對(duì)于控制測(cè)量與保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，主要包括電流變換設(shè)備、電壓變換設(shè)備、保護(hù)繼電器與測(cè)量?jī)x表。對(duì)于主體功能裝置來(lái)說(shuō)，主要包括放電裝置、接地刀閘、串聯(lián)電抗器、電力電容器、支柱絕緣子、避雷器、熔斷器、導(dǎo)體與構(gòu)架。對(duì)于投切裝置來(lái)說(shuō)，主要包括隔離開(kāi)關(guān)和斷路器。

將實(shí)施改造的某35kV變電站為例，下圖為電力電容器設(shè)備電氣結(jié)構(gòu)圖。

監(jiān)測(cè)裝置傳感器與安裝位置如下：在斷路器上安放監(jiān)測(cè)斷路器狀態(tài)的傳感器。電壓傳感器應(yīng)用霍爾元件，與電容器兩端連接在一起。電流傳感器采用CT，和電容器出線連接在一起。溫度傳感器安裝在電力電容器與電抗器本體上。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著狀態(tài)檢修技術(shù)的成熟發(fā)展，在后期發(fā)展中將逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍，全面提升標(biāo)準(zhǔn)要求。此次研究提出的電容器設(shè)備智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)要求，又能夠推廣電力設(shè)備狀態(tài)檢修要求，值得推廣應(yīng)用。

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