高壓電容器在線監測系統的研究

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

高壓電容器在線監測系統的研究

黃志浩 胡 軍 趙冰顥 傅國強

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

本文主要研究高壓電容器在線監測系統。首先選擇傳感器，對硬件進行設計，然后用軟件算法計算，設計后臺監控系統，最后實現實時通訊功能。實際運行表明高壓并聯電容器在線監測系統對電容量的監測精度可以達到0．5級,能夠及時發現設備異常。

電容器；傳感器；在線監測系統

1 現狀概述

國外許多電力公司從上個世紀70年代就開始研究并推廣應用變電設備在線監測技術，主要目的就是減少停電預防性試驗的時間和次數，提高供電可靠性。

（1）帶電測試階段。這一階段起始于70年代左右。當時人們僅僅是為了不停電而對電氣設備的某些絕緣參數（如泄露電流）進行直接測量。設備簡單，測試項目少，靈敏度較差。

（2）從80年代開始，在線監測技術從傳統的模擬量測試走向數字化測量。

（3）從90年代開始，以計算機處理技術為核心的微機多功能在線監測系統。

在國內，在線監測技術的開發與應用始于上世紀80年代。計算機應用剛剛起步，當時的在線監測技術水平較低。到2000年后，隨著在線監測技術的不斷成熟及客觀的需要，在國內很多地區的供電企業都已開展了這項工作。

2 典型案例

摘錄官方統計的數據：

2004年10～110kV的開關的事故率0.011～0.022臺次/百臺年

2004年110kV及以上變壓器的事故率為0.4臺次/百臺年

廣東省2007年高壓并聯電容器的故障率為5臺次/百臺年

（1）1996年6月18日19:14賀州市電業公司八步變電站在人工分閘過程中，戶外2#，5#電容器發生爆炸。

（2）1982年佳目斯局樺南變的三角型結線電容器組，單臺裝用低壓保險，一臺電容器發生爆炸后，將廠房和396臺電容器全部燒毀。

（3）2001年4月30日8:54，某一變電站，在主控室，電容器的速斷保護信號繼電器動作掛牌，造成外側10kVII段與電容器串聯接地極擊斷，電抗器本體噴油著火，A,B相熔斷器全部熔斷。

3 存在問題

（1）瓷套管及外殼滲漏油

電容器是全密封的電氣設備，由于制造工藝、運輸等原因，密封不良出現滲漏，導致套管內部受潮，絕緣電阻降低。隨著電容器運行電壓、溫度等變化，內部壓力增加，滲漏油更為嚴重，使油面下降，元件上部容易受潮擊穿而損壞。

（2）瓷絕緣表面放電閃絡

電容器在運行中缺乏定期清掃和維護，其瓷絕緣表面因污穢嚴重，在電網出現內、外過電壓和系統諧振的情況下導致絕緣擊穿，局部放電，造成瓷套管閃絡破損，響聲異常。

（3）外殼鼓肚

當電容器內部元件發生故障擊穿時，介質中將通過很大的故障電流，電流產生的電弧和高溫使浸漬劑游離而分解產生大量氣體，使得電容器的密封外殼內部壓力增大，導致電容器的外殼膨脹鼓肚，這是運行中電容器故障的征兆，應及時處理，避免故障的漫延擴大。

（4）熔斷器熔斷

電容器內部元件發生故障擊穿，熔斷器安裝接觸不良發熱，以及熔斷器的額定電流選擇不當,電容器合閘瞬間，由于電容器處于充電狀態產生很大的沖擊合閘涌流，涌流過大均能使熔斷器熔斷。

（5）電容器爆炸

運行中電容器爆炸是一種惡性事故，當電容器內部元件故障擊穿引起電容器極間貫性短路時，與其并聯運行的其他電容器將對故障電容放電，如果注入電容器的能量大于外殼所能承受的爆破能量，則電容器爆炸，如果電弧點燃的液體介質溢流，還會造成火災。

4 原因分析

（1）電容器電容量的微小變化

電容器電容量出現微小變化是電容器事故前的最早征兆，表明熔絲已經切除了單個電容器。

（2）運行電壓過高

電容器介質上的額定工作場強比其它電器高25～30倍，是高壓敏感設備。電力行標DL/T 840—2003中規定為1.05倍額定電壓。電容器過壓保護及VQC均使用母線PT，不能直接測定電容器端電壓及累計超出允許的幅值及持續時間。

（3）運行電流過高

運行規程對三相電流的控制有兩個指標，一是不超過額定電流的30%，二是三相不平衡電流不應超過±5%。

（4）電容器的絕緣變化

電容器自身的介質損耗及其它發熱元件引起本體溫升，而溫升又會反過來加大介質損耗，是一種惡性循環。

（5）電抗器的運行工況

電抗器匝間短路對運行電流及電容器端電壓無明顯影響，過流、速斷、差壓、不平衡電壓、不平衡電流保護均不起作用，是電容器保護的死區。

（6）運行溫度過高

溫度過高導致tgδ迅速增加，降低介質的擊穿強度。技術監督規程把室溫超過35℃列入三級報警，超過40℃列入二極報警，當采取降溫措施無效時電容器應退出運行。

（7）電容器投切瞬間工況

電容器在投入時會出現涌流，合閘彈跳及分閘重燃會在電容器端產生較高的過電壓。

（8）高次諧波引起過電流

電容器正常運行時不希望電流中含有高次諧波，因此選擇了不同電抗率的電抗器，以減弱諧波電流對電容器的侵襲；少量熔絲熔斷后，電容器雖然可以照樣運行，但有一個副作用，就是電抗率向減少方向發生漂移，有可能使限制的諧波電流進入放大的頻率范圍。電力電容器對諧波電流有一定的承受能力，規程把諧波電流含量統一納入到1.3倍的額定電流之內。

（9）放電線圈運行工況

放電線圈除具有電容器放電功能之外，還向保護提供不平衡電壓。

6 提升措施

高壓并聯電力電容器作為一種極為重要的無功電源，對于改善電力系統的結構、提高功率因數、改善電壓質量、降低線路損耗起著重要的作用，在各種電壓等級的變電站中得到了廣泛的應用。因此對電力電容器運行狀況進行在線監測是一種防止電力電容器發生事故的有效途徑。系統運行時連續監測并存儲高壓并聯電容器的運行工況，包括電容器運行電壓、運行電流、電容量、介質損耗、絕緣狀況、高次諧波、環境溫濕度、投切次數及狀態（涌流及重燃錄波）、運行時間等數據。當電容器出現電壓越限、電流越限、諧波超標、熔絲熔斷、電容量變化越限、電抗器匝間短路、絕緣降低、室內超溫等情況時啟動錄波并發出報警信號。

（1）傳感器技術：根據現場電容器的實際容量、接線方式、安裝方式等設計高精度電流、電壓傳感器，高精度的信號轉換是電容器在線監測的基礎。

（2）硬件技術：高壓并聯電容器在實際運行中，絕緣性能并不是瞬間變化的，故障都是經過長期緩慢的變化才形成的。系統的高配置部件是為了能夠更加精確的采集電容器的運行數據。

（3）軟件算法的實現：裝置只采集高壓電容器運行電流、電壓、溫度和濕度，需要經過一系列復雜的軟件算法計算諧波電流、諧波電壓、電容量、介質損耗因數、絕緣電阻、有功損耗等值，這些軟件算法是實現電容器在線監測的軟件基礎。

（4）后臺監控系統的設計：后臺監控系統實現高壓并聯電容器的遠方監控，可以在遠方監控電容器的運行工況，分析運行狀態，作為一個方便的人機界面，為電容器在線監測系統的應用提供了簡便的操作平臺。

（5）實時通信功能的實現：為了實現后臺和裝置的數據共享，在線監測裝置提供三種通訊方式的實現，分別為RS485、以太網和GPRS無線通訊。這三種通訊方式可以滿足現場數據傳輸的需要，實時將電容器的運行狀況傳輸至不同地點的后臺監控系統上。

結語

本文主要闡述高壓電容器的研究現狀，典型案例，存在的問題，原因分析和提升措施。并研制出了一套KZ160E高壓電容器在線監測系統。

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[2]續利華．電力電容器常見故障的原因分析及相應處理[J]．電力學報，2001（02）．

[3]王文洪，何滿棠．并聯電容器組熔斷器“群爆”故障分析[J]．電力電容器，2007（06）．

[4]金向朝，黃松波，陸培鈞，嚴飛，倪學鋒．電容器故障監測系統的應用研究[J]．電力電容器與無功補償，2008（03）．

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