CN103293388A - 一种并联电容器电容值在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明及一种并联电容器电容值在线监测方法，该并联电容器组三相中的每个电容器两端分别并接有放电线圈和电流互感线圈，每个放电线圈分别连接在一电压数据预处理单元，每个电流互感线圈分别连接一电流数据预处理单元，电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别与一数据处理单元连接，该数据处理单元内置有逻辑信号采集模块、编码器、数据导入模块、单片机。本发明在不改变电网设备结构以及增加额外测量设备的基础上，实现了对并联电容器组电容值的实时在线测试，尤其是，本发明利用了放电线圈二次绕组在并联电容器组正常运行过程中获取电容器两端的电压量，并从电流互感器处获取电容器电流，实现了对电容器组电容量的实时在线测试与计算。

Description

一种并联电容器电容值在线监测方法

技术领域

本发明属于机电检测设备监测设备领域，尤其是一种并联电容器电容值在线监测方法。

背景技术

高压并联电容器的电容值是反映电容器设备状态的关键指标，并联电容器内部个别电容元件的损坏会导致其他元件承受过电压而击穿损坏，而内部电容元件的损坏会在电容器电容值上反映出来。目前电容值测量是电容器的例行试验项目，需停电进行，周期较长，不能实时监测；在很多情况下，由于不能及时发现并联电容器内部电容元件击穿情况，停电试验之前并联电容器就由于内部电容元件击穿而发生故障。

目前也有一些并联电容器在线检测方法，这些方法存在的主要问题有:一、需要增加额外的测量设备或改变接线方式和电网结构；二，在线测试的准确度受限，利用母线电压和电流数据计算电容值时，需要将并联电容器组电路中的串联电抗值和电阻值作为已知量代入求解，受限于电抗和电阻参数准确性及数据采样精度的影响，电容量测试结果的准确度不高；三、不能测试并联电容器组电容量的实际值，基于差动电压的并联电容器在线监测方法，受到并联电容器结构的限制，只能应用于有差动电压保护的并联电容器组，且这种方法建立在并联电容器组三相完全对称的基础上，测试准确度受限，且只能检测电容器组电容量的相对变化量。

经检索，发现一篇与本专利申请内容相关的专利文献，公开号为202903892U的中国专利公开了一种基于无线方式的变电站电容在线监测装置，主要组成：在每只电容的高压侧设计加装自供电电流测量单元，在每一组并联电容的放电PT的二次侧输出端加装自供电的电压测量单元；监测基站内置计算机和无线模块：发送电容电压、电流同步采样启动转换命令，接收测量数据并存储管理，利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗，计算结果发送至远程监控中心监控主机进行综合评估分析，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。

经对比，该专利与本申请有较大不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、设计合理、易于计算的并联电容器电容值在线测试方法。

本发明采用的技术方案是：

一种并联电容器电容值在线监测方法，其步骤为：

⑴并联电容器组电路设置：

并联电容器组三相中的每个电容器两端分别并接有放电线圈和电流互感线圈，每个放电线圈分别连接在一电压数据预处理单元，每个电流互感线圈分别连接一电流数据预处理单元，电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别与一数据处理单元连接，该数据处理单元内置有逻辑信号采集模块、编码器、数据导入模块、单片机；

⑵电容器组两端电压量的获取：

上述每个放电线圈设置有二次绕组，以该放电线圈作为电压互感器，通过放电线圈的二次绕组得到并联电容器组各相电容器两端的电压数据，通过电压数据预处理单元对电压数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电压数值；

⑶电容器组电流量的获取：

电容器组的电流可以分别从并联电容器组三相中的各电流互感器处获取，目前，电容器组的开关柜内通常设置有电流互感器连接的二次端子，以便直接获取电容器电流数据，将该电流数据通过电流数据预处理单元对电流数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电流数值；

⑷电容量值的计算：

数据处理控制单元的数据导入模块分别与电压数据预处理单元、电流数据预处理单元连接，单片机根据电容器两端电压数据和电流数据进行电容器电容量的实时测试及计算。

而且，所述电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别内置有电源、A/D转换微处理器以及传输模块。

而且，在所述并联电容器组开关位置辅助接点处设置有传感器，该传感器与数据处理单元通过导线相连，传感器将逻辑信号传输给数据处理单元中的逻辑信号采集模块后，该逻辑信号被数据处理单元中的编码器进行编码，数据处理单元中存储器内置有并联电容器停止运行时所对应的开关状态量的预设值，编码后的逻辑信号与该数据处理单元中的开关状态量的预设值，当判定为并联电容器组停止运行时，在线测试***应该中断电压数据和电流数据的获取，停止步骤⑷所述的电容量值计算。

而且，所述数据处理单元内还置有存储器和数据导出模块，所述单片机将计算后得到的电容值传输到存储器中，存储器上连接有数据导出模块，该数据导出模块跟与工控机或数据存储介质等外部设备连接。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明在不改变电网设备结构以及增加额外测量设备的基础上，实现了对并联电容器组电容值的实时在线测试，尤其是，本发明利用了放电线圈二次绕组对电压的监测功能，在并联电容器组正常运行过程中获取电容器两端的电压量，并从电流互感器处获取电容器电流，利用电压电流数据实现了对电容器组电容量的实时在线测试与计算。

2、本发明在监测获取并联电容器电路中电压以及电流值时不需要额外增加设备，测试结果准确度高，此外，可通过数据处理单元以及人工操作界面对电容器电容值历史数据的存储和查询功能，可以对并联电容器组内部电容元件击穿损坏进行预警。

附图说明

图1为本发明数据获取及处理的逻辑框图；

图2为本发明中监测部分各单元、电气设备连接的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种并联电容器电容值在线监测方法，参见图1，其步骤为：

⑴并联电容器组电路设置：

按照并联电容器设计规范的要求，并联电容器组三相中的每个电容器两端分别并接有放电线圈和电流互感线圈，每个放电线圈分别连接在一电压数据预处理单元，每个电流互感线圈分别连接一电流数据预处理单元，电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别与一数据处理单元连接，该数据处理单元内置有逻辑信号采集模块、编码器、数据导入模块、单片机、存储器以及数据导出模块；

⑵电容器组两端电压量的获取：

上述每个放电线圈设置有二次绕组，以该放电线圈作为电压互感器，通过放电线圈的二次绕组得到并联电容器组各相电容器两端的电压数据，通过电压数据预处理单元对电压数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电压数值，该电压数据预处理单元内置有电源、A/D转换微处理器以及传输模块；

⑶电容器组电流量的获取：

电容器组的电流可以分别从并联电容器组三相中的各电流互感器处获取，目前，电容器组的开关柜内通常设置有电流互感器连接的二次端子，以便直接获取电容器电流数据，将该电流数据通过电流数据预处理单元对电流数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电流数值，该电流数据预处理单元内置有电源、A/D转换微处理器以及传输模块；

⑷开关状态量的获取：

在并联电容器组开关位置辅助接点处设置有传感器，该传感器与数据处理单元通过导线相连，传感器将逻辑信号传输给数据处理单元中的逻辑信号采集模块后，该逻辑信号被数据处理单元中的编码器进行编码，数据处理单元中存储器内置有并联电容器停止运行时所对应的开关状态量的预设值，编码后的逻辑信号与该数据处理单元中的开关状态量的预设值，当判定为并联电容器组停止运行时，在线测试***应该中断电压数据和电流数据的获取，停止测试计算；

⑸电容量值的计算：

数据处理控制单元的数据导入模块分别与电压数据预处理单元、电流数据预处理单元连接，单片机根据开关状态量和电容器两端电压数据和电流数据进行电容器电容量的实时测试，电容器电容量的计算步骤如下：

①校正系数的计算：

由于放电线圈以及电流互感器有其传变特性，为了能更加精确地测得电容器电容量的数值，需要对获取电容器的电压和电流进行校正，为说明问题的方便，以单相为例，校正的方法如下（假设校正系数为r+jk）：

在并联电容器交接试验和例行试验中，测得电容器电容量的精确初值C₀，在电容器投运后用上述电容器组两端电压量和电流量的获取方法获得电压向量

和电流向量

，则有，

，其中w=2πf ， f=50Hz 。

由 $\left|\stackrel{.}{I}\right|=\mathrm{wC}\left|\stackrel{.}{U}\right|\left|(r+\mathrm{jk})\right|$ ，得 $\left|(r+\mathrm{jk})\right|=\frac{\left|{\stackrel{.}{I}}_0\right|}{2\mathrm{\πf}{C}_0\left|{\stackrel{.}{U}}_0\right|}$ ，

根据上式可计算得到校正系数的模值，将此模值进行存储，以备后续计算使用。

②设定在线测试周期：

设定电压、电流数据采样和计算的时间间隔，按照数据处理装置的性能和对电容量电容值数据的时间要 求设定较为合理的时间步长。在采样周期内完成对电压和电流数据的获取、处理和工频向量的计算；

②容量的在线计算：

将计算得到的校正系数作为计算参数进行存储，根据电容器组两端电压和电流之间的关系|I|=wC|U||(r+jk)|

得 $C=\frac{\left|\stackrel{.}{I}\right|}{\left|\stackrel{.}{U}\right|\left|(r+\mathrm{jk})\right|2\mathrm{\πf}}$ ，f=50Hz

⑹电容测试值的存储、查询和预警：

单片机将计算后得到的电容值传输到存储器中，存储器上连接数据导出模块，该数据导出模块跟与工控机或数据存储介质等外部设备连接，由此便于电容值的查询。

本实施例中，数据导出模块与一具有人机交互界面的工控机联接，由此通过人机交互界面可以对电容量的计算的历史数据和变化趋势进行查询，同时通过工控机设定并联电容器组电容量告警阈值，对在线测试***的校正系数进行维护。

Claims (4)

1.一种并联电容器电容值在线监测方法，其特征在于：其步骤为：

⑴并联电容器组电路设置：

并联电容器组三相中的每个电容器两端分别并接有放电线圈和电流互感线圈，每个放电线圈分别连接在一电压数据预处理单元，每个电流互感线圈分别连接一电流数据预处理单元，电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别与一数据处理单元连接，该数据处理单元内置有逻辑信号采集模块、编码器、数据导入模块、单片机；

⑵电容器组两端电压量的获取：

上述每个放电线圈设置有二次绕组，以该放电线圈作为电压互感器，通过放电线圈的二次绕组得到并联电容器组各相电容器两端的电压数据，通过电压数据预处理单元对电压数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电压数值；

⑶电容器组电流量的获取：

电容器组的电流可以分别从并联电容器组三相中的各电流互感器处获取，目前，电容器组的开关柜内通常设置有电流互感器连接的二次端子，以便直接获取电容器电流数据，将该电流数据通过电流数据预处理单元对电流数据进行滤波、采样、模数转换及计算得出各相电容值两端的电流数值；

⑷电容量值的计算：

数据处理控制单元的数据导入模块分别与电压数据预处理单元、电流数据预处理单元连接，单片机根据电容器两端电压数据和电流数据进行电容器电容量的实时测试及计算。

2.根据权利要求1所述的并联电容器电容值在线监测方法，其特征在于：所述电压数据预处理单元与电流数据预处理单元分别内置有电源、A/D转换微处理器以及传输模块。

3.根据权利要求1所述的并联电容器电容值在线监测方法，其特征在于：在所述并联电容器组开关位置辅助接点处设置有传感器，该传感器与数据处理单元通过导线相连，传感器将逻辑信号传输给数据处理单元中的逻辑信号采集模块后，该逻辑信号被数据处理单元中的编码器进行编码，数据处理单元中存储器内置有并联电容器停止运行时所对应的开关状态量的预设值，编码后的逻辑信号与该数据处理单元中的开关状态量的预设值，当判定为并联电容器组停止运行时，在线测试***应该中断电压数据和电流数据的获取，停止步骤⑷所述的电容量值计算。

4.根据权利要求1所述的并联电容器电容值在线监测方法，其特征在于：所述数据处理单元内还置有存储器和数据导出模块，所述单片机将计算后得到的电容值传输到存储器中，存储器上连接有数据导出模块，该数据导出模块跟与工控机或数据存储介质等外部设备连接。

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