基于PI數(shù)據(jù)庫的電容器過電壓監(jiān)測系統(tǒng)

趙文淵，毛航銀，張建平，金涌濤

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

0 引言

電力電容器作為一種靜止型無功功率補(bǔ)償裝置，為維護(hù)電力系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。但電容器在投入運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行并造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。導(dǎo)致電容器損壞的主要原因之一是電容器過電壓[1-3]。過電壓對(duì)電容器的危害極大，電容器的壽命與過電壓的時(shí)間、幅值和次數(shù)有密切關(guān)系，長時(shí)間過電壓會(huì)使電容器發(fā)熱，從而加速絕緣老化。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電容器運(yùn)行在1.1UN（UN為電容器額定電壓）條件下時(shí)，每24 h的最長持續(xù)運(yùn)行時(shí)間為8 h；在1.15UN條件下時(shí)，每24 h的最長持續(xù)運(yùn)行時(shí)間為30 min。因此，對(duì)電力電容器過電壓的監(jiān)測十分重要。

1 PI數(shù)據(jù)庫簡介[4-5]

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（Plant Information System）是由美國OSI Software公司開發(fā)的一套基于C/S結(jié)構(gòu)的商用軟件，是工廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成、應(yīng)用平臺(tái)，作為電網(wǎng)底層控制網(wǎng)絡(luò)和上層管理信息系統(tǒng)（MIS）網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，PI數(shù)據(jù)庫在電網(wǎng)信息集成（管控一體化）工作中具有特殊和重要的地位。

PI數(shù)據(jù)庫具有信息豐富、歷史數(shù)據(jù)詳盡的優(yōu)勢(shì)，將PI數(shù)據(jù)庫合理地應(yīng)用到電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理中，其優(yōu)勢(shì)也是明顯的：提高了企業(yè)管理和決策的時(shí)效性和科學(xué)性；降低成本，減少了重復(fù)建設(shè)和投資；提高了數(shù)據(jù)綜合利用率，并保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、唯一性和全面性；為電網(wǎng)安全生產(chǎn)的可控、預(yù)控和在控創(chuàng)造條件；提高了電力系統(tǒng)各專業(yè)技術(shù)和管理人員專業(yè)管理水平。

目前，PI數(shù)據(jù)庫在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用主要有以下幾方面：

（1）綜合分析：油色譜監(jiān)視和故障分析；各類設(shè)備的負(fù)荷和利用率分析；無功與電壓及分接開關(guān)調(diào)節(jié)和電容器投切分析等。

（2）監(jiān)視報(bào)警：電網(wǎng)主設(shè)備安全監(jiān)測；變電站主變壓器分析圖；變電站線路監(jiān)測預(yù)警圖；配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。

（3）統(tǒng)計(jì)報(bào)表：地區(qū)負(fù)荷日、月報(bào)；場站負(fù)荷日、月報(bào)，電能量和線損統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

（4）關(guān)鍵指標(biāo)：責(zé)任頻率合格率；中樞點(diǎn)電壓合格率；城市綜合電壓合格率等。

本文深入分析了PI數(shù)據(jù)庫在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測中的作用，結(jié)合ProcessBook二次開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)了浙江省電力公司系統(tǒng)500kV變電站35kV母線及電容器過電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2 500kV變電站35kV母線及電容器過電壓監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

利用PI數(shù)據(jù)庫自帶設(shè)計(jì)軟件ProcessBook對(duì)浙江省電力公司500kV變電站35kV母線電壓及電容器過電壓狀態(tài)進(jìn)行建模，其中電容器過電壓通過與電容器連接的母線電壓及電抗率編程計(jì)算得出。以寧波電業(yè)局為例，系統(tǒng)對(duì)5個(gè)500kV變電站（春曉、河姆、句章、寧海、天一）的35kV母線及電容器過電壓進(jìn)行監(jiān)測，其中寧海變電站35kV側(cè)沒有連接電容器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)界面及應(yīng)用

圖1 母線電壓及電容器過電壓監(jiān)測系統(tǒng)

在ProcessBook界面中，系統(tǒng)主界面如圖2所示，分別顯示寧波電業(yè)局春曉、句章、河姆、寧海和天一5個(gè)500kV變電站，通過點(diǎn)擊各變電站鏈接可以進(jìn)入該變電站35kV側(cè)監(jiān)視系統(tǒng)。

圖2 母線電壓及電容器過電壓監(jiān)測系統(tǒng)主界面

以天一變電站為例，當(dāng)點(diǎn)擊該站的鏈接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)如圖3所示35kV側(cè)母線電壓及電容器過電壓監(jiān)測界面。

圖3 天一變電站35kV側(cè)母線電壓及電容器過電壓監(jiān)測界面

監(jiān)測界面包括35kV主接線圖、35kV母線電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測柱形圖以及35kV母線電壓及電容器開關(guān)狀態(tài)。圖4為天一變電站35kV側(cè)主接線圖，由圖可知，該站1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)主變壓器投入運(yùn)行，并分別對(duì)應(yīng)Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段母線，Ⅰ段母線連接1號(hào)、2號(hào)電抗器和3號(hào)電容器，Ⅱ段母線連接1號(hào)電容器和2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)電抗器，Ⅲ段母線連接1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)電抗器。

圖5為35kV側(cè)母線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)母線電壓正常時(shí)，柱形圖內(nèi)填充藍(lán)色，當(dāng)母線電壓超過額定電壓1.1倍時(shí)，柱形圖內(nèi)將填充紅色以示警戒。圖中所示Ⅰ段母線電壓為36.1690kV，Ⅱ段母線電壓36.1900kV，Ⅲ段母線電壓35.6770kV，屬于正常狀態(tài)。

圖4 天一變電站35kV側(cè)主接線圖

圖5 天一變電站35kV母線電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測圖

圖6為天一變電站的35kV電容器開關(guān)狀態(tài)，此時(shí)1號(hào)主變壓器的3號(hào)電容器開關(guān)和2號(hào)主變壓器1號(hào)電容器開關(guān)均為合上狀態(tài)。

圖6 天一變電站35kV電容器開關(guān)狀態(tài)圖

圖7為天一變電站1號(hào)主變壓器3號(hào)電容器的過電壓狀態(tài)，過電壓倍數(shù)由電容連接端母線電壓和電抗率編程計(jì)算得到，計(jì)算式如下：

式中：n為電容器實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)過電壓倍數(shù)；U為35kV母線實(shí)時(shí)電壓；k為電容器支路電抗率；N為單并聯(lián)支路電容器個(gè)數(shù)。

當(dāng)電容器組兩端電壓正常時(shí)，柱形圖內(nèi)填充藍(lán)色，當(dāng)兩端電壓超過額定電壓1.1倍時(shí)，柱形圖內(nèi)填充紅色以示警戒。

圖7 天一變電站1號(hào)主變3號(hào)電容器過電壓狀態(tài)圖

基于PI數(shù)據(jù)庫的母線電壓及電容器過電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測過程如上所述。通過使用該系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)浙江省500kV變電站35kV母線電壓及電容器過電壓狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3 結(jié)語

利用PI數(shù)據(jù)庫ProcessBook開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)開發(fā)了浙江省500kV變電站35kV母線電壓及電容器過電壓監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和編程計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對(duì)母線電壓及電容器過電壓的監(jiān)測，為運(yùn)行人員投切電容器時(shí)避免對(duì)母線電壓造成沖擊以及把握電容器端電壓變化提供了幫助。

該系統(tǒng)完全應(yīng)用ProcessBook界面，操作簡便，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)也可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，使其成為無功類電力設(shè)備的監(jiān)測平臺(tái)。

[1]吳萬軍，丁榮鳳.并聯(lián)電容器組故障分析及保護(hù)配置[J].電力學(xué)報(bào)，2001，16（2）∶102-104.

[2]續(xù)利華.電力電容器常見故障的原因分析及相應(yīng)處理[J].電力學(xué)報(bào)，2001，16（2）∶97-98.

[3]GB/T 11024.1-2010標(biāo)稱電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2010.

[4]吳蓉，周慧忠.PI數(shù)據(jù)庫在衢州電網(wǎng)負(fù)荷管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].浙江電力，2006，25（6）∶27-30.

[5]劉志龍.PI數(shù)據(jù)庫在電廠統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2005，24（6）∶72－73.