专利名称：变电站并联补偿电容器组的在线装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力设备在线监测技术领域，具体涉及一种变电站并联补偿电容器组的在线监测装置。
背景技术：
并联电容器广泛应用于电力系统的无功功率补偿，一般安装在变电站内采用集中补偿，某500KV变电站的电容器组结构如图1所示。随着电网规模的日益扩大和负荷需求的不断增加，系统对其电压及无功的调节越来越频繁，并联电容器组的安全运行对于整个电力系统的稳定、正常供电起着非常重要的作用。当框架式电容器组中的某只电容器损坏导致整组电容跳闸时，其他电容可能会因受冲击而损坏，严重者会发生电容器组群爆故障，从而扩大了事故的范围及影响。对于电力补偿电容器组的在线监测，首要的就是对其电容量的监测。电容绝缘不良会引起电容器电容值发生明显变化，电容量是电容器故障预警的直接参数。尽管随着电力设备在线监测技术的快速发展，可应用于电容性电力设备的在线监测系统开始得到研发和应用，但文献检索表明，专门针对变电站电力补偿电容器组在线监测的研发尚处于空白阶段。对于电容器组电容的电容量变化的监测，通常需要采集变电站内补偿电容器组所在母线PT的电压信号及电容器组各个电容的工作电流信号，面临如下问题(I)为了能够对所有并联电容电容量进行在线监测，需要同步同位置采样，在实际当中，变电站内的同一条母线上通常安装有一台电压互感器(PT)和若干台的电容性设备，因此为了能够对所有电容性设备的绝缘参数进行在线监测，需铺设众多信号电缆将该PT的二次侧电压信号分别引到各个电容性设备的采集装置内进行相应的处理后，再将采集卡输出分别通过多条线缆引入计算分析用的计算机，这样做会带来很多的弊端。首先，对于110KV及以上电压等级的变电站来说，由于不同设备之间的距离是比较远的，作为计算用的基准电压信号在变电站复杂电磁环境下的远距离传输中很容易发生畸变，从而影响测量精度，造成故障的误判。其次，长距离敷设电缆也会增大产生电缆接地故障的概率，影响系统的安全可靠运行。再者，变电站电容性设备众多，需敷设大量电缆，现场施工量大。此外，若变电站一次设备主接线发生变化，都会产生传输信号电缆敷设或拆除问题；(2)对于变电站无功补偿电容器组来说，被测电容始终处于高压带电状态，基于绝缘安全考虑，也不允许把PT 二次侧电压信号用有线方式接到处于高压状态的电容电流采集单元上，因而该技术方案并不适用于变电站补偿电容器组的在线监测。(2)对于变电站补偿电容的监测，要求被测电压和被测电流须在同一位置进行定点采样，否则将导致傅里叶计算结果的不稳定，如果变电站内补偿电容器组安装有放电PT且放电PT有二次输出，亦可借助放电PT解决补偿电容被测电压和被测电流须同位置定点、同步采样问题，但如果放电PT无二次输出或其二次输出已用于保护或测量，只能获取变电站补偿电容的工作电流时，如何实现对其电容量的监测就成为一个需要解决的技术问题。发明内容本实用新型要解决的技术问题是解决补偿电容器运行在高压状态，其工作电流取样须满足电力规程所要求的绝缘安全，不允许引线且只能获取其工作电流时如何实现对其电容量的计算和在线监测问题，提供一种适用于变电站内大量集中安装的电力补偿电容器电容量值计算的在线监测装置。本实用新型的解决方案是一种变电站并联补偿电容器组在线监测装置，其特征在于，包括电流测量单元至少包括穿心小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电�？楹臀尴吣？椋凰龃┬男〉缌鰿T套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电�？榻姓髀瞬ㄎ妊购笫涑龅缒芄┑纾鑫⒋砥魍ü尴吣？榻邮胀讲裳舳幻詈罅⒓雌舳缌鞑裳淙攵薃/D转换，并将获取的电流数据通过无线�？榉⑺椭良嗖饣荆患嗖饣驹诒涞缯灸诰偷厣柚茫辽侔扑慊臀尴吣？椋扑慊ü尴吣？橄虻缌鞑饬康ピ⑺偷缌魍讲裳舳幻畈⒔邮�、存储和管理测量数据；基于所采集数据，计算机利用根据电容器组串并联电容电流变化幅度和方向所建立的工程计算模型计算出每只电容的电容量并将计算结果发送至远程监控中心；根据电容器组串并联电容电流变化幅度和方向所建立的工程计算模型是步骤a :将同一时刻该电容器组全部电容器电流测量值求和后取其均值作为该电容器组同型号电容器的额定运行电流Is ;步骤b :利用公式(I)计算每只电容的电容量变化率X，
「 ^ I实— mn(x+i) , 丨，--- _ --公式(I)
ItI mn+(n-1)x公式⑴中m为电容器组并联电容数目，η为串联电容数目，m、n均为常数在计算机内设定，1 为每只电容的实测电流值；步骤c :利用公式⑵计算每只电容的运行电容量C，C = (l+X)Ca公式⑵公式⑵中Ca为每只电容的出厂铭牌额定容量，在计算机内设定；远程监控中心包括监控主机，接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容量参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。与现有技术相比，本实用新型具有如下技术特征1、本实用新型通过对变电站电容器组电容工作电流参数的连续、在线检测，计算得到电容设备的电容量值，实现了对电容设备电容量参数的实时测量、数据查询、历史对比和故障诊断，为实现电力设备的状态检修提供了实用技术方案。2、采用在变电站补偿电容器组集中安装位置就地现场加装监测基站，基站和被测多个电容之间利用短距离、低功率、无线通信�？�(如使用2. 4GHz频段的蓝牙�？榛蚴褂�433MHz,866MHz等免费频段的无线模块)完成对电容电流信号无线同步采集和数据传输的设计方案，避免了线缆敷设，解决了在集中布置的电容器组大量加装网络通信�？楹虶PS�？榭赡艽吹耐蹲�、费用及供电问题，实现了采集数据在测量单元与基站之间的连续、安全、隔离传输，大大降低了系统成本，同时由于采用数字传输，抗电磁干扰能力强，提高了数据的可靠性。3、相对于现有技术中选择将电流测量单元放置在电容性电力设备的末屏接地处，其电流测量单元不受限制，不必过分考虑体积、绝缘及供电方式问题，而变电站集中安装的补偿电容器组工作时是始终处于高压状态中(见附图1电路中，A相高压侧35KV，A、B两点对地均处于高压)，考虑到绝缘要求及相互之间安全距离的问题，直接加装到电容设备上的电流测量单元体积应足够小、低功耗且能长期、连续、自供电运行，本实用新型通过在电容高压侧导线上加装穿心小电流CT从被测设备上取样并获得工作电源的设计方案，巧妙解决了电流测量单元的自供电问题。4、为解决补偿电容被测电压和被测电流须同位置定点、同步采样，而面对当高压电容器放电PT无二次输出或其二次输出已用于保护或测量等现场实际情况，只能设法获取变电站补偿电容的工作电流时，在该种情况下，本实用新型通过分析电容器组串并联电容电流变化幅度和方向所建立的工程计算模型，很巧妙地利用计算模型解决了对电容器组电容的电容量监测问题。5、本实用新型利用无线方式对电力电容器的测量数据进行传输，最大程度上避免在高压电容设备上另外多引线，不因加装检测设备而影响被测设备的绝缘性能。
图1为某500KV变电站的补偿电容器组结构示意图，图中PT1、PT2等分别为对应于电容Cl、C2等所在行并联电容的放电PT。图2为本实用新型的实施例，利用基站对图1中A、B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的系统结构示意图(其中I1、12、13、14、15分别为在电容Cl、Cll、C12、C13、C14高压侧对应加装的电流测量单元)。图3为本实用新型的实施例对图1中A、B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的工作流程图。图4为本实用新型的实施例电流测量单元的电路原理框图。图5为本实用新型的实施例监测基站的电路原理框图。图6为本实用新型中监测基站计算机的工作流程图。
具体实施方式
图1为某500KV变电站的补偿电容器组结构示意图。图中只画出A相补偿电容，B相、C相补偿电容结构与A相相同，A相电容40只，因此三相补偿电容共120只。A相高压侧电压为35KV,左侧有5列电容，以右数第一列为例，由于电力电容器与输电线路直接联接，处于A，B两点被测电容对地都处于高压状态(该列电容E点除外)，基于绝缘安全的考虑，我们不能把电压信号用有线方式接到处于高压状态的电流测量单元上，更重要的是，现场设备实际会有两种情况，一是图中每行电容所设置的放电PT有二次输出，二是所述放电PT根本就无二次输出，本实用新型即是为解决所述放电PT无二次输出，只能设法获取变电站补偿电容的工作电流时，如何实现对其电容量的监测问题，公开了一种变电站并联补偿电容器组的在线监测方法，其核心是根据电容器组串并联电容电流的变化幅度和方向建立一工程计算模型，同步采样各个电容的工作电流，采用无线方式实现同步采样控制并传送测量数据，参照工程计算模型，利用计算机完成数据处理和故障分析告警，以下简述推导过程。以图1中左侧共4行5列电容为例，每行电容并联的数目为m(图1中m = 5)，每列电容串联的数目为n(图1中η = 4)，我们通过分析当其中某个电容器，以Cl为例，当其电容量发生变化时，通过该电容的电流变化方向和幅度、与之并联的电容的电流变化方向和幅度以及与之串联的电容的电流变化方向和幅度，从而利用比较补偿电容器组串联电容电流及并联电容电流变化幅度和变化方向的方式，从工程的角度推算出电容的运行容量。通过补偿电容器组的出厂铭牌，我们可以得知所设计选型电容器的额定电容量C 5，设每只电容均在额定容量下工作时的电流为I _电容Cl的电容量变化量为X，X =(电容Cl的实际容量-电容Cl的额定容量)/电容Cl的额定容量，当电容Cl的电容量由C额变为(1+X)C时，流过电容Cl的电流变为I $，流过与之串联电容C2的电流变为I串，流过与电容Cl并联的每只电容的电流变为I并，工程推导可得流过电容Cl的电流的变化率为
权利要求1.一种变电站并联补偿电容器组的在线装置，其特征在于，包括电流测量单元至少包括穿心小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电�？楹臀尴吣？椋凰龃┬男〉缌鰿T套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电�？榻姓髀瞬ㄎ妊购笫涑龅缒芄┑纾鑫⒋砥魍ü尴吣？榻邮胀讲裳舳幻詈罅⒓雌舳缌鞑裳淙攵薃/D转换，并将获取的电流数据通过无线�？榉⑺椭良嗖饣荆患嗖饣驹诒涞缯灸诰偷厣柚茫辽侔扑慊臀尴吣？椋扑慊ü尴吣？橄虻缌鞑饬康ピ⑺偷缌魍讲裳舳幻畈⒔邮�、存储和管理测量数据；远程监控中心包括监控主机，接收变电站监测基站数据。
专利摘要变电站并联补偿电容器组的在线装置，在每只电容的高压侧设计加装自供电的电流测量单元，获取各个电容的工作电流并无线发送至位于变电站内的监测基站，利用计算机根据电容器组串并联电容电流变化幅度和方向所建立的工程计算模型计算出每只电容的电容量，计算结果发送至远程监控中心监控主机，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容量参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。
文档编号G01R27/26GK202903903SQ20122041633
公开日2013年4月24日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者李洪景, 周磊, 殷衍刚 申请人:山东惠工电气股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
