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CN110703015B - 一种基于差压的电容器监测方法 - Google Patents

一种基于差压的电容器监测方法 Download PDF

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CN110703015B CN201910921759.6A CN201910921759A CN110703015B CN 110703015 B CN110703015 B CN 110703015B CN 201910921759 A CN201910921759 A CN 201910921759A CN 110703015 B CN110703015 B CN 110703015B
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Abstract

本发明涉及电路监测技术领域，具体地说，涉及一种基于差压的电容器监测方法，本发明利用电容器装置及其保护的已有信号实现电容器故障的高精度测试和故障定位，引入系统三相线电压，结合每一相电容器的差压，得到判别状态量，提高故障的判断精度并得到故障位置信息；将系统线电压与差压均表示为复数形式，计算得到判别系数；可用于判别系数仅与被监测电容器组的阻抗有关；可用于判断量为不同时间所判别系数的差；可用于判别系数的阈值为单个元件击穿后该相电容量变化率的0.0005倍至1倍；可以根据判别系数的符号确定元件击穿发生的位置。

Description

一种基于差压的电容器监测方法
技术领域
本发明涉及电路监测技术领域，具体为一种基于差压的电容器监测方法。
背景技术
目前，高压电力电容器内部保护方法均为不平衡保护，监测方法普遍采用对电容器单元逐个监测的方案，即监测每一台电容器的电压、电流、温度等参数，判断电容器是否发生故障，这类型方法存在诸多缺陷，主要有：数量过多在一套电容器装置中，往往包含大量电容器单元，根据变电站电压等级和容量的不同，高压变电站中，一套电容器装置中包含的电容器单元数量约25至50台，特高压和超高压变电站中更是多达数百台电容器单元。因此要对每一台电容器单元进行监测，需要在所有电容器单元上安装相关监测设备，搭建节点数量较大的通讯系统和软件平台，系统难度大，复杂度高，成本高，施工安装困难。测试终端复杂度高高压电容器往往安装在高压绝缘平台上，在每一个电容器上安装监测终端，需要克服终端的取能、通讯、散热等问题。由于绝缘平台与大地之间存在数十千伏的电压差，无法从地面直接铺设线缆到绝缘平台，通常要采用就地感应取能、无线通讯等技术，电容器经常运行到户外，受日光、风雨等影响严重，需要对防水、散热以及耐候性等进行特殊设计，这些因素导致测试终端技术复杂度很高。对一次接线的影响为每一台电容器测量电压、电流、温度等参数，难免要在电容器的接线端安装互感器、线圈等传感装置，有可能会对电容器一次接线的可靠性、爬电距离、机械强度等产生不良影响。由于数量多、终端装置技术复杂度高，降低了硬件系统的整体可靠性和使用寿命，高压电力电容器的设计寿命高达20年至30年，在正常工况下故障率较低。而电子器件在户外环境中的寿命通常只有3年至5年，且故障率较高。因此，每台电容器进行监测的方案可能会出现监测系统本身的硬件维护工作量和维护成本大于电容器的维护量和维护成本的问题。目前采用的电容器保护方法均为不平衡保护，对电容器装置发生的对称故障无效，且监测数据信息量低，无法对电容器的运行情况进行评估，也无法对故障电容器定位。故电容器仍旧可能发生非计划停运、爆炸起火等严重故障，且跳闸后检修效率太低。对于35kV的高压电容器装置，常采用中性点不接地的Y型接线和差压保护，装置自身需要测量母线线电压与相电流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于差压的电容器监测方法，以解决上述背景技术中提出的对于35kV的高压电容器装置，常采用中性点不接地的Y型接线和差压保护，装置自身需要测量母线线电压与相电流。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于差压的电容器监测方法，包括如下步骤：
S1：第一次先测量三相差压
Figure GDA0003273962310000021
和三相线电压
Figure GDA0003273962310000022
S2：计算三相差压的复数形式ΔUA0+jΔVA0、ΔUB0+jΔVB0、ΔUC0+jΔVC0,以及将三相线电压转化为复数形式Uab0+jVab0、Ubc0+jVbc0、Uca0+jVca0；
S3：计算该时刻的判别系数为TA10、TB10、TC10、TA20、TB20、TC20；
S4：延时一段时间后，再测量三相差压
Figure GDA0003273962310000023
和三相线电压
Figure GDA0003273962310000024
Figure GDA0003273962310000025
S5：计算三相差压的复数形式ΔUA1+jΔVA1、ΔUB1+jΔVB1、ΔUC1+jΔVC1,以及将三相线电压转化为复数形式Uab1+jVab1、Ubc1+jVbc1、Uca1+jVca1；
S6：计算判别系数TA11、TB11、TC11、TA21、TB21、TC21；
S7：根据前后两次判别系数计算判别量MA、MB、MC，并设置判断阈值 Mth；
S8：若|MA|＞Mth，则可判断A相发生了元件击穿，若MA＞0，即击穿位置为CA1，若MA＜0，即击穿位置为CA2；同理对于B相和C相电容器，判别系数分别为TB1，TB2以及TC1，TC2，判断量与判断过程与A相相同。
作为优选，判断阈值Mth的取值为0.0005k至1k。
作为优选，差压
Figure GDA0003273962310000026
为A相电容器CA1与CA2的电压差，即：
Figure GDA0003273962310000027
其中XA为A相电容器阻抗，XB为B相电容器阻抗，XC为C相电容器阻抗，XA1为CA1阻抗，XA2为CA2阻抗,同理可得B相差压
Figure GDA0003273962310000031
和C相差压
Figure GDA0003273962310000032
作为优选，差压
Figure GDA0003273962310000033
表示为复数形式为ΔUA1+jΔVA1，差压
Figure GDA0003273962310000034
的复数形式为ΔUB1+jΔVB1,差压
Figure GDA0003273962310000035
的复数形式为ΔUC1+jΔVC1。
作为优选，系统电压表示为复数形式得为
Figure GDA0003273962310000036
Figure GDA0003273962310000037
作为优选，设A相电容器判别系数为TA1和TA2，则有
Figure GDA0003273962310000038
设t0时刻的解为TA10，TA20，t1时刻的解为TA11，TA21，若A相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MA＝TA11-TA10+TA21-TA20。|MA|＞Mth，则可判断A相发生了元件击穿，若MA＞0，即击穿位置为CA1，若MA＜0，即击穿位置为CA2。
作为优选，设B相电容器的判别系数TB1和TB2，则有
Figure GDA0003273962310000039
设t0时刻的解为TB10，TB20，t1时刻的解为TB11，TB21，若B相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MB＝TB11-TB10+TB21-TB20。|MB|＞Mth，则可判断B相发生了元件击穿，若MB＞0，即击穿位置为CB1，若MB＜0，即击穿位置为CB2。
作为优选，设C相电容器的判别系数TC1和TC2，则有
Figure GDA00032739623100000310
设t0时刻的解为TC10，TC20，t1时刻的解为TC11，TC21，若C相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MC＝TC11-TC10+TC21-TC20。|MC|＞Mth，则可判断C相发生了元件击穿，若MC＞0，即击穿位置为CC1，若MC＜0，即击穿位置为CC2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本基于差压的电容器监测方法以简单的系统结构、较低的成本以及较高的精度，实现了对高压电容器装置的故障监测和故障定位。
2、相比于传统的差压保护，本基于差压的电容器监测方法，排除了系统电压波动带来的干扰，故可提高故障的判断精度，同时可对平衡故障进行有效监测，并得到故障位置信息。
3、相比于对电容器单元进行逐台监测的方法，本基于差压的电容器监测方法不对一次设备产生任何影响，不增加传感器，结构简单，可靠性高，且成本低。
附图说明
图1是本发明的步骤流程示意图；
图2是本发明的计算流程示意图；
图3是本发明的电容器装置以及差压保护的接线原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的电容器装置以及差压保护的接线原理如图3所示，基于差压的电容器监测方法，如图1和图2所示，包括如下步骤：
S1：第一次先测量三相差压
Figure GDA0003273962310000041
和三相线电压
Figure GDA0003273962310000042
S2：计算三相差压的复数形式ΔUA0+jΔVA0、ΔUB0+jΔVB0、ΔUC0+jΔVC0,以及将三相线电压转化为复数形式Uab0+jVab0、Ubc0+jVbc0、Uca0+jVca0；
S3：计算该时刻的判别系数为TA10、TB10、TC10、TA20、TB20、TC20；
S4：延时一段时间后，再测量三相差压
Figure GDA0003273962310000043
和三相线电压
Figure GDA0003273962310000044
Figure GDA0003273962310000051
S5：计算三相差压的复数形式ΔUA1+jΔVA1、ΔUB1+jΔVB1、ΔUC1+jΔVC1,以及将三相线电压转化为复数形式Uab1+jVab1、Ubc1+jVbc1、Uca1+jVca1；
S6：计算判别系数TA11、TB11、TC11、TA21、TB21、TC21；
S7：根据前后两次判别系数计算判别量MA、MB、MC，并设置判断阈值 Mth；
S8：若|MA|＞Mth，则可判断A相发生了元件击穿，若MA＞0，即击穿位置为CA1，若MA＜0，即击穿位置为CA2；同理对于B相和C相电容器，判别系数分别为TB1，TB2以及TC1， TC2，判断量与判断过程与A相相同。
进一步的，判断阈值Mth的取值为0.0005k至1k，判别系数的阈值为单个元件击穿后该相电容量变化率的0.0005倍至1倍。
值得说明的是，差压
Figure GDA0003273962310000052
为A相电容器CA1与CA2的电压差，即：
Figure GDA0003273962310000053
其中XA为A相电容器阻抗，XB为B相电容器阻抗，XC为C相电容器阻抗，XA1为CA1阻抗，XA2为CA2阻抗,同理可得差压
Figure GDA0003273962310000054
和差压
Figure GDA0003273962310000055
具体的，差压
Figure GDA0003273962310000056
表示为复数形式为ΔUA1+jΔVA1，差压
Figure GDA0003273962310000057
的复数形式为ΔUB1+jΔVB1,差压
Figure GDA0003273962310000058
的复数形式为ΔUC1+jΔVC1。
此外，系统电压表示为复数形式得为
Figure GDA0003273962310000059
除此之外，设A相电容器判别系数为TA1和TA2，则有
Figure GDA00032739623100000510
设t0时刻的解为TA10，TA20，t1时刻的解为TA11，TA21，若A相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MA＝TA11-TA10+TA21-TA20。
设B相电容器的判别系数TB1和TB2，则有
Figure GDA00032739623100000511
设t0时刻的解为TB10，TB20，t1时刻的解为TB11，TB21，若B相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MB＝TB11-TB10+TB21-TB20。
设C相电容器的判别系数TC1和TC2，则有
Figure GDA0003273962310000061
设t0时刻的解为TC10，TC20，t1时刻的解为TC11，TC21，若C相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MC＝TC11-TC10+TC21-TC20。
本发明利用电容器装置及其保护的已有信号实现电容器故障的高精度测试和故障定位，引入系统三相线电压，结合每一相电容器的差压，得到判别状态量，提高故障的判断精度并得到故障位置信息；将系统线电压与差压均表示为复数形式，计算得到判别系数；判别系数仅与被监测电容器组的阻抗有关；判断量为不同时间所判别系数的差；判别系数的阈值为单个元件击穿后该相电容量变化率的0.0005倍至1倍；根据判别系数的符号确定元件击穿发生的位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于差压的电容器监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：第一次先测量三相差压
Figure FDA0003273962300000011
和三相线电压
Figure FDA0003273962300000012
S2：计算三相差压的复数形式ΔUA0+jΔVA0、ΔUB0+jΔVB0、ΔUC0+jΔVC0,以及将三相线电压转化为复数形式Uab0+jVab0、Ubc0+jVbc0、Uca0+jVca0；
S3：计算t0时刻的判别系数为TA10、TB10、TC10、TA20、TB20、TC20；
S4：延时一段时间后，再测量三相差压
Figure FDA0003273962300000013
和三相线电压
Figure FDA0003273962300000014
Figure FDA0003273962300000015
S5：计算三相差压的复数形式ΔUA1+jΔVA1、ΔUB1+jΔVB1、ΔUC1+jΔVC1,以及将三相线电压转化为复数形式Uab1+jVab1、Ubc1+jVbc1、Uca1+jVca1；
S6：计算判别系数TA11、TB11、TC11、TA21、TB21、TC21；
S7：根据前后两次判别系数计算判别量MA、MB、MC，并设置判断阈值 Mth，设A相电容器判别系数为TA1和TA2，则有
Figure FDA0003273962300000016
设t0时刻的解为TA10，TA20，t1时刻的解为TA11，TA21，若A相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MA＝TA11-TA10+TA21-TA20，若|MA|>Mth，则可判断A相发生了元件击穿，若MA>0，即击穿位置为CA1，若MA<0，即击穿位置为CA2；设B相电容器的判别系数TB1和TB2，则有
Figure FDA0003273962300000017
设t0时刻的解为TB10，TB20，t1时刻的解为TB11，TB21，若B相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MB＝TB11-TB10+TB21-TB20，若|MB|>Mth，则可判断B相发生了元件击穿，若MB>0，即击穿位置为CB1，若MB<0，即击穿位置为CB2；设C相电容器的判别系数TC1和TC2，则有
Figure FDA0003273962300000018
设t0时刻的解为TC10，TC20，t1时刻的解为TC11，TC21，若C相电容器发生元件击穿，设电容变化率为k，则判断量为：MC＝TC11-TC10+TC21-TC20，若|MC|>Mth，则可判断C相发生了元件击穿，若MC>0，即击穿位置为CC1，若MC<0，即击穿位置为CC2。
2.根据权利要求1所述的基于差压的电容器监测方法，其特征在于：判断阈值Mth的取值为0.0005k至1k。
3.根据权利要求1所述的基于差压的电容器监测方法，其特征在于：三相差压
Figure FDA0003273962300000024
的复数形式为ΔUA1+jΔVA1，三相差压
Figure FDA0003273962300000021
的复数形式为ΔUB1+jΔVB1,三相差压
Figure FDA0003273962300000022
的复数形式为ΔUC1+jΔVC1。
4.根据权利要求1所述的基于差压的电容器监测方法，其特征在于：系统电压表示为复数形式得为
Figure FDA0003273962300000023
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