CN106990305A - 高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法 - Google Patents

高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法 Download PDF

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Abstract

高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，属于变电站设备在线监测技术领域。其特征在于：包括参数测量单元以及如下步骤：步骤1001，开始；步骤1002，获得变电站母线的电压信号；步骤1003，得到干式空心电抗器的运行电压；步骤1004~1005，得到并分解出线开关柜的电流信号；步骤1006，得到干式空心电抗器消耗的有功功率；步骤1007，处于严重状态执行步骤1008否则执行步骤1009；步骤1008，发出跳闸指令；步骤1009，处于异常状态执行步骤1010否则执行步骤1011。步骤1010进行报警；步骤1011，继续运行。对空心电抗器实现在线监测，避免了现有技术中断电检测时可靠性较差的缺陷，大大提高了电抗器以及高压电力电容器成套装置工作安全性。

Description

高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法
技术领域
高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，属于变电站设备在线监测技术领域。
背景技术
为补偿电力***中阻感性负载消耗的无功功率，变电站装设了大量电力电容器成套装置。无功补偿装置合理配置是保证电压质量、降低电网损耗的重要手段。为了提高供用电设备的功率因数，减少电能在输送过程中的损耗，增强输变电设备供电能力，国内变电站在电力变压器低压侧安装了大量的低压电抗器和电容器组，用以调整***电压、提高变压器功率因数。为限制电力电容器投入时的合闸涌流，改善电网电压波形，抑制电网高次谐波对电容器的危害，电力电容器成套装置中必须串入一定电抗率的电抗器。而干式空心电抗器因干式无油、安装简单、维护量小和运行成本低等优点被广泛使用。
由于设计、制造、运行、维护及使用环境等原因，干式空心电抗器的故障时有发生，如：绕组的匝间绝缘击穿导致匝间短路，引起继电保护动作跳闸甚至烧毁干式空心电抗器。导致烧毁的直接原因是匝间绝缘破坏后电抗器内部形成的匝间短路，该匝间短路环在漏磁感应电势作用下产生短路环流，使得短路线匝发热，发热高温又加速了绝缘老化，在电场的作用下引发匝间短路的雪崩效应，导致绝缘材料起火，最终造成干式空心电抗器烧毁。
电力电容器成套装置的干式空心电抗器一旦绝缘受损，形成匝间短路环，必然造成回路消耗的有功功率增加，电抗器的电抗值或电抗率是标志高压并联电力电容器成套装置基本性能和状态的一项重要指标，因此对于电抗器的运行状态的监测尤为重要，而现有技术中，对电抗器进行测试时，需要断电测量，有电抗器在断电后未处于工作状态，因此所得到的测量结果可靠性较差，因此大大的增加了故障发生的隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种对电抗器实现在线监测，避免了现有技术中断电检测时可靠性较差的缺陷，大大提高了电抗器以及高压电力电容器成套装置工作安全性的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：设置有对高压电力电容器成套装置的电流参数和电压参数进行测量和处理的参数测量单元，还包括如下步骤：
步骤1001，开始进行高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法；
步骤1002，通过参数测量单元获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧电压信号U；
步骤1003，通过参数测量单元计算得到高压并联电容器成套设备中干式空心电抗器的运行电压U1；
步骤1004，通过参数测量单元得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I；
步骤1005，参数测量单元对高压并联电容器成套设备的电流信号I进行傅里叶变换得到其中阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic；
步骤1006，参数测量单元计算得到干式空心电抗器消耗的有功功率；
步骤1007，参数测量单元根据严重状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于严重状态，如果处于严重状态，执行步骤1008，如果未处于严重状态，执行步骤1009；
步骤1008，参数测量单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令；
步骤1009，参数测量单元根据异常状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于异常状态，如果处于异常状态，执行步骤1010，如果未处于异常状态，执行步骤1011；。
步骤1010，参数测量单元对电抗器的状态进行报警；
步骤1011，电抗器处于正常工作状态，高压电力电容器成套装置继续运行。
优选的，步骤1007中的严重状态判断规则为：参数测量单元将步骤1006中计算得到的有功功率与干式空心电抗器的额定值比较并得到其偏差率，如果偏差率大于15%则处于严重状态。
优选的，步骤1009中的异常状态判断规则为：参数测量单元将步骤1006中得到的干式中空电抗器的有功功率与其有功功率的额定值进行比值计算，对于100kvar的干式空心电抗器，其比值大于3%则表示处于异常状态，对于1000kvar的干式空心电抗器，其比值大于1.3%则表示处于异常状态，对于2000kvar的干式空心电抗器，其比值大于0.9%，则表示处于异常状态。
优选的，所述的参数测量单元，包括电流采集模块、电压采集模块、信号处理模块、逻辑分析模块以及声光报警模块，电流采集模块和电压采集模块的输出端同时与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端与逻辑分析模块的输入端相连，逻辑分析模块的输出端连接声光报警模块。
优选的，所述的电压采集模块连接设置在高压并联电容器成套设备变电站母线的电压互感器的二次侧。
优选的，所述的电流采集模块连接高压并联电容器成套装置出线开关柜的电流互感器的二次侧。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
本高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法与现有的检测方法相比，电抗器处于正常的工作中，由于常规测量方法需要在电力电容器成套装置停电状态下测量，所加的测量电压一般较低，且电抗器回路无负载电流通过，无发热现象，难以反映电抗器实际运行中的电抗值。而该装置和方法是在电力电容器成套装置在实际运行工况下测量，能够真实反映其运行状态，可在线同时监测三相电抗器的电抗值或电抗率，测量结果可信度和可比较性更高，而且能有发现一些低电压下不能发现的设备缺陷。若电抗值或电抗率超过规程规定值，或者变化率明显增大，立即发出告警信号，或者向其开关柜内的断路器发出跳闸指令，退出装置运行，防止发生电力电容器成套装置的事故发生。
通过设置参数测量单元，在不增加电抗器端电压互感器的情况下，实现对电抗器电抗值或电抗率的实时监测，通过比较其变化情况，能够掌握电抗器的实际绝缘状态、是否存在匝间短路等等，在电抗器出现故障时立即发出警报，提醒运维人员的对电抗器状态进行后续的检查或更换。
附图说明
图1为高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法流程图。
图2为高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法参数测量单元原理方框图。
具体实施方式
图1~2是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。
如图1所示，高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，包括如下步骤：
步骤1001，开始；
开始进行高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法；
步骤1002，测量得到变电站母线的电压信号；
在本高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法中，设置有对高压并联电容器成套设备的运行参数进行测量和处理的参数测量单元。如图2所示，参数测量单元包括：电流采集模块、电压采集模块、信号处理模块、逻辑分析模块以及声光报警模块。电流采集模块和电压采集模块的输出端同时与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端与逻辑分析模块的输入端相连，逻辑分析模块的输出端连接声光报警模块。
电压采集模块连接设置在高压并联电容器成套设备变电站母线的电压互感器的二次侧，电流测量模块连接高压并联电容器成套装置出线开关柜的电流互感器的二次侧，分别用于采集变电站母线电压互感器二次侧的电压信号和高压并联电容器成套装置运行回路中的电流信号。信号处理模块用于将电流采集模块和电压采集模块采集到的参数进行处理并送入逻辑分析模块，逻辑分析模块将电压采集模块和电流采集模块送入的电流信号和电压信号进行进一步运算，如果需要进行报警，则逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警。
在本步骤中，通过电压测量模块获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U。
步骤1003，计算得到干式空心电抗器的运行电压信号；
逻辑分析模块根据公式：Ul=β·U/（1﹣β）计算得到高压并联电容器成套设备中干式空心电抗器的运行电压U1，其中U为步骤1002中得到的高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器二次侧的电压信号，β为高压并联电容器成套装置的电抗率。
步骤1004，得到高压并联电容器成套设备的电流信号I；
通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I。
步骤1005，分解高压并联电容器成套设备的电流信号I；
逻辑分析模块对高压并联电容器成套设备的电流信号I进行傅里叶变换得到其中阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic。
步骤1006，计算得到干式空心电抗器消耗的有功功率；
逻辑分析单元根据公式Pl=Ir·Ul计算出干式空心电抗器消耗的有功功率Pl，其中U1为步骤1003中计算得到的干式空心电抗器的运行电压，Ir为高压并联电容器成套设备的电流信号I中的阻性电流分量。
步骤1007，判断干式空心电抗器的工作状态是否处于严重状态；
逻辑分析单元判断电抗器的工作状态是否处于严重状态，其判断依据为：将步骤1006中得到的干式中空电抗器的有功功率与其有功功率的额定值进行比较并计算得到有功功率的变化量，如果干式空心电抗器消耗的有功功率与其额定值相比，偏差率大于15%，则电抗器的工作状态处于严重状态，执行步骤1008，如果未处于严重状态，执行步骤1009。
步骤1008，发出跳闸指令；
逻辑分析单元判断电抗器处于严重状态，逻辑分析单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令。
步骤1009，判断电抗器的工作状态是否处于异常状态；
逻辑分析单元判断电抗器的工作状态是否处于异常状态，其判断依据为：将步骤1006中得到的干式中空电抗器的有功功率与其有功功率的额定值进行比值计算，对于100kvar的干式空心电抗器，其比值大于3%则表示处于异常状态，对于1000kvar的干式空心电抗器，其比值大于1.3%则表示处于异常状态，对于2000kvar的干式空心电抗器，其比值大于0.9%，则表示处于异常状态，干式空心电抗器处于异常状态时，执行步骤1010，如果未处于异常状态，执行步骤1011。
步骤1010，进行声光报警；
逻辑分析单元驱动声光报警模块进行声光报警。
步骤1011，继续运行；
干式空心电抗器处于正常工作状态，逻辑分析单元不执行其他操作，高压电力电容器成套装置继续运行。
工作过程及工作原理如下：
在利用高压电力电容器成套装置中干式空心电抗器运行状态监测方法对电抗器的工作状态进行监测时，首先通过参数测量单元中的电压采集模块获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧获取电压信号U，同时通过电流采集模块得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I，参数测量单元中的信号处理模块将电流采集模块和电压采集模块采集到的参数进行处理并送入逻辑分析模块，由逻辑分析模块将电压采集模块和电流采集模块送入的电流信号和电压信号进行进一步运算。
逻辑分析模块对电流信号I进行傅里叶变换得到其中的阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic，并进一步计算出干式空心电抗器消耗的有功功率，并将计算得到的有功功率与其有功功率的额定值进行比较求得变化率，如果干式空心电抗器消耗的有功功率与其额定值相比，100kvar干式空心电抗器的变化率为3%~15%，1000kvar干式空心电抗器的变化率为1.3%~15%，2000kvar干式空心电抗器的变化率为0.9%~15%，则表示相应的干式中空电抗器处于异常状态，此时逻辑分析模块驱动声光报警模块进行声光报警，如果干式空心电抗器的变化率超过15%，则表示干式空心变压器处于严重状态，逻辑分析单元判断电抗器处于严重状态，逻辑分析单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令。当电抗器未处于异常或严重状态时，则表示电抗器处于正常工作状态，逻辑分析单元不执行其他操作，高压电力电容器成套装置继续运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限值，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：设置有对高压电力电容器成套装置的电流参数和电压参数进行测量和处理的参数测量单元，还包括如下步骤：
步骤1001，开始进行高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法；
步骤1002，通过参数测量单元获得高压并联电容器成套设备所在变电站母线电压互感器的二次侧电压信号U；
步骤1003，通过参数测量单元计算得到高压并联电容器成套设备中干式空心电抗器的运行电压U1；
步骤1004，通过参数测量单元得到高压并联电容器成套装置出线开关柜电流互感器二次侧的电流信号I；
步骤1005，参数测量单元对高压并联电容器成套设备的电流信号I进行傅里叶变换得到其中阻性电流分量Ir和容性电流分量Ic；
步骤1006，参数测量单元计算得到干式空心电抗器消耗的有功功率；
步骤1007，参数测量单元根据严重状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于严重状态，如果处于严重状态，执行步骤1008，如果未处于严重状态，执行步骤1009；
步骤1008，参数测量单元向出线开关柜的断路器发出跳闸指令；
步骤1009，参数测量单元根据异常状态判定规则判断高压并联电容器成套设备是否处于异常状态，如果处于异常状态，执行步骤1010，如果未处于异常状态，执行步骤1011；
步骤1010，参数测量单元对电抗器的状态进行报警；
步骤1011，电抗器处于正常工作状态，高压电力电容器成套装置继续运行。
2.根据权利要求1所述的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：步骤1007中的严重状态判断规则为：参数测量单元将步骤1006中计算得到的有功功率与干式空心电抗器的额定值比较并得到其偏差率，如果偏差率大于15%则处于严重状态。
3.根据权利要求1所述的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：步骤1009中的异常状态判断规则为：参数测量单元将步骤1006中得到的干式中空电抗器的有功功率与其有功功率的额定值进行比值计算，对于100kvar的干式空心电抗器，其比值大于3%则表示处于异常状态，对于1000kvar的干式空心电抗器，其比值大于1.3%则表示处于异常状态，对于2000kvar的干式空心电抗器，其比值大于0.9%，则表示处于异常状态。
4.根据权利要求1所述的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：所述的参数测量单元，包括电流采集模块、电压采集模块、信号处理模块、逻辑分析模块以及声光报警模块，电流采集模块和电压采集模块的输出端同时与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端与逻辑分析模块的输入端相连，逻辑分析模块的输出端连接声光报警模块。
5.根据权利要求4所述的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：所述的电压采集模块连接设置在高压并联电容器成套设备变电站母线的电压互感器的二次侧。
6.根据权利要求4所述的高压电力电容器成套装置的干式空心电抗器在线监测方法，其特征在于：所述的电流采集模块连接高压并联电容器成套装置出线开关柜的电流互感器的二次侧。
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