一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法，包括以下步骤：对并联电容器组中各电容器单元的电流进行监测，将各电容器单元的电流发送至数据中心，根据采集的各电容器单元的电流数据以及预先建立的数学分析模型得出差流，与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断内部元件故障严重程度，同时，与差流整定值进行对比，当超出整定值时，发出报警信号；通过监测差流，兼顾了故障预警装置的可靠性和灵敏度，并能够反映内部元件故障程度，另外，增加差流初始化功能，剔除了因电容量出厂值不同造成的初始误差，进一步提高了报警的准确性，防止出现误报和漏报现象，减少不必要的人力物力的浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法
本专利技术涉及在线监测领域，特别涉及一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法。
技术介绍
并联电容器成套装置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。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，并联电容器成套装置的安全运行对于整个电力系统的无功功率平衡、供电电压稳定起着非常重要的作用。并联电容器成套装置包括并联电容器组、串联电抗器、放电线圈、避雷器、隔离开关、接地刀闸等电气设备(图3、图4)，采用硬质铜排相互连接，经高压电缆接入主电网。其中，并联电容器组通常采用框架式结构，每相由多台电容器单元并联组成，每台电容器单元内部包含若干个电容元件(图1、图2)。通常情况下，每台电容器单元及其内部每个元件承担的电压、电流是均衡的，当某台电容器单元某个电容元件因质量不佳、绝缘老化、不良工况等原因发生故障后，其余正常元件及正常电容器单元承担的电压、电流将高于原值，从而使正常元件及电容器单元更易发生故障，进而造成连锁反应，当故障持续发展并严重到一定程度时，整组电容器将在运维检修人员没有预知的情况下被强制切除，引发无功失衡及电压波动，影响电网供电质量，对诸如精密制造、化纤加弹等供电质量敏感客户的正常生产造成不利影响。此外，当电容器单元内部故障累计到一定程度后，其外在表现形式往往趋于猛烈，甚至发生爆炸、起火等严重事故，其他正常电容器单元可能会因受冲击而损坏，从而扩大了事故的范围，增加了抢修耗时及修理费用。因此，通过对并联电容器组进行在线监测，在故障早期阶段(电容器单元内部少量元件故障，但严重程度尚不足以引发整组设备被强制切除)，及时识别并发出故障，有利于技术人员开展计划性检修，一方面能够提前采取预防措施(如改变电网运行方式、接入备用电容器组、敏感客户电压波动预警等)，减少对用户供电质量和安全生产的影响，另一方面能够将电容器组故障程度控制在较小范围内，防止事故扩大化，从而降低更新改造的费用。单台电容器内部少量元件故障时，最直接的表现是电容量的瞬间增大或减小(表10、表11)，并进而导致其余状态量发生变化，然而，故障早期阶段，由于电容量变化较小，各类状态量的变化情况并不明显。与此同时，电网电压、谐波、温度的波动同样有可能导致包括电容量在内的各状态量在一定区间内变化，如何排除干扰、确认该变化系电容器故障导致，进而防止误报警或漏报警，一直是并联电容器早期故障预警的难点。现有的各类预警方法往往是基于每台电容器电容值均为额定值的理想条件，根据其内部元件故障时，各状态量的变化情况进行预测，然而，由于在计算过程中未考虑各电容器单元存在的出厂偏差，以及运行条件对电容值的影响，或是无法排除干扰因素，在外界条件波动而电容器正常运行时误报警，或是为了躲开该波动，人为提高报警阈值，造成早期故障漏报警，从而无法兼顾可靠性和灵敏度，造成不必要的人力和物力浪费。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺陷，本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法，包括以下步骤：对并联电容器组中各电容器单元的电流进行监测，将各电容器单元的电流发送至数据中心，根据采集的各电容器单元的电流数据以及预先建立的数学分析模型得出差流，分别与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断故障电容器单元编号及其内部元件故障程度，同时，与差流整定值进行对比，当超出整定值时，发出早期故障预警信号。并联电容器组包含3×M×N台并联电容器单元，其中，N为每相串联段数，M为每个串联段并联电容器台数，每相包含M×N台并联电容器单元，差流的数学模型为ΔIA_i,j＝|IAi-IAj-ΔIA0_i,j|ΔIB_i,j＝|IBi-IBj-ΔIB0_i,j|ΔIC_i,j＝|ICi-ICj-ΔIC0_i,j|其中，1≤i≤(M×N),j＝i+1(特别的，当i是M的整数倍即i＝M、M×2、……M×N时，j＝i+1-M),IAi、IBi、ICi分别为流经A、B、C相第i台电容器单元的电流，IAj、IBj、ICj分别为流经A、B、C相第j台电容器单元的电流，ΔIA0_i,j、ΔIB0_i,j、ΔIC0_i,j分别为初始差流。进一步地，还包括差流初始化功能，即在每次重启装置后，将首次测得的差流作为初始值，保存在配置文件中，所有后续的差流值均在装置实测值的基础上减去该初始值，从而消除因电容器单元出厂电容量不一致带来的初始误差，提高早期故障的检测灵敏度。进一步地，还包括采样周期和报警延时期，每个采样周期对设备状态量进行一次更新测试，当某次测得的故障单元差流超出差流整定值时，启动报警延时，并通过差流的数学模型计算报警延时期内的差流，如果在报警延时期内始终超出差流整定值，则发出报警；若延时期间低于差流整定值，则解除锁定，直至差流再次超出差流整定值，重新启动报警延时，从而剔除单次测量误差或偶发外界干扰对判别结果的影响，实现了对故障单元差流的复检，提高了装置的可靠性和准确性，防止出现误报警和漏报警现象。进一步地，通过将差流与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断电容器单元内部元件的故障程度，当差流值与额定差流值之间的相对误差小于10％时，判断电容器单元内部元件发生了对应该严重程度的故障。进一步地，通过比较同一时刻的多个差流值，还可以判断故障电容器单元的编号，具体地，若A相差流ΔIA_t-1,t与ΔIA_t,t+1，相对于其他差流值同时显著增大时，可判断A相第t台电容器单元发生了内部元件故障，B、C相同理。进一步地，采样周期和报警延时期可更改，采样周期的设定范围为0.2秒～10秒，报警延时期的设定范围为1秒～60秒。本专利技术取得的有益效果：差流以同相同一时刻流经相邻两台电容器单元的电流差作为判别依据，能够排除电网电压、谐波、温度等共性干扰对判别结果的影响，提高了在线监测的可靠性。同时，由于具有差流初始化功能，消除了因电容器单元出厂电容量不一致带来的初始误差，有利于发现并识别早期故障，提高了检测的灵敏度，并通过设置报警延时期，实现了对故障单元差流的复检，避免了误报警和漏报警，同时满足了并联电容器早期故障预警装置要求的可靠性和灵敏度，提高了报警的准确性，减少了不必要的人力和物力浪费。附图说明图1为无内熔丝电容器单元内部连接示意图；图2为有内熔丝电容器单元内部连接示意图；图3为并联电容器成套装置接线图；图4为并联电容器成套装置另一类型接线图；图5为差流采样示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。定义：故障单元差流为测得的故障电容器单元的差流。本专利技术的一种并联电容检测方法，包括以下步骤：1)对并联电容器组中流经各电容器单元的电流进行监测，通常使用电流传感器直接连接入电路中进行测量；如图5所示。2)对并联电容器组中各电容器单元的电流进行监测，将各电容器单元的电流发送至数据中心，根据采集的各电容器单元的电流数据以及预先建立的数学分析模型得出差流，分别与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断故障电容器单元编号及其内部元件故障程度，同时，与差流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法，包括以下步骤：对并联电容器组中各电容器单元的电流进行监测，将各电容器单元的电流发送至数据中心，根据采集的各电容器单元的电流数据以及预先建立的数学分析模型得出差流，与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断故障电容器单元编号及其内部元件故障程度，同时，与差流整定值进行对比，当超出整定值时，发出早期故障预警信号。并联电容器组包含3×M×N台并联电容器单元，其中，N为每相串联段数，M为每个串联段并联电容器台数，每相包含M×N台并联电容器单元，差流的数学模型为ΔIA_i,j＝|IAi‑IAj‑ΔIA0_i,j|ΔIB_i,j＝|IBi‑IBj‑ΔIB0_i,j|ΔIC_i,j＝|ICi‑ICj‑ΔIC0_i,j|其中，1≤i≤(M×N),j＝i+1(特别的，当i是M的整数倍即i＝M、M×2、……M×N时，j＝i+1‑M),IAi、IBi、ICi分别为流经A、B、C相第i台电容器单元的电流，IAj、IBj、ICj分别为流经A、B、C相第j台电容器单元的电流，ΔIA0_i,j、ΔIB0_i,j、ΔIC0_i,j分别为初始差流。

【技术特征摘要】
1.一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法，包括以下步骤：对并联电容器组中各电容器单元的电流进行监测，将各电容器单元的电流发送至数据中心，根据采集的各电容器单元的电流数据以及预先建立的数学分析模型得出差流，与不同程度故障对应的额定差流值进行比较，判断故障电容器单元编号及其内部元件故障程度，同时，与差流整定值进行对比，当超出整定值时，发出早期故障预警信号。并联电容器组包含3×M×N台并联电容器单元，其中，N为每相串联段数，M为每个串联段并联电容器台数，每相包含M×N台并联电容器单元，差流的数学模型为ΔIA_i,j＝|IAi-IAj-ΔIA0_i,j|ΔIB_i,j＝|IBi-IBj-ΔIB0_i,j|ΔIC_i,j＝|ICi-ICj-ΔIC0_i,j|其中，1≤i≤(M×N),j＝i+1(特别的，当i是M的整数倍即i＝M、M×2、……M×N时，j＝i+1-M),IAi、IBi、ICi分别为流经A、B、C相第i台电容器单元的电流，IAj、IBj、ICj分别为流经A、B、C相第j台电容器单元的电流，ΔIA0_i,j、ΔIB0_i,j、ΔIC0_i,j分别为初始差流。2.根据权利要求1所述的一种基于差流的并联电容器组早期故障预警方法，其特征在于，还包括差流初始化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，杨焘，张明，杨栋，翟国柱，彭涛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司太仓市供电分公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32