補償電容器智能監測方法設計

陳 浩，魯旭臣，郭 鐵，趙振威，王 南

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

補償電容器智能監測方法設計

陳 浩，魯旭臣，郭 鐵，趙振威，王 南

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

提出了補償電容器的智能監測方法，實現補償電容器的運行狀況監測，當出現異常時，能準確定位缺陷電容器，以便工作人員合理安排檢修計劃，避免事故擴大。

補償電容器；電容量；電流值；智能監測

補償電容器在電力系統中應用廣泛，其作用是補償電網中系統的感性負載無功功率，并改善系統的功率因數，有效降低輸電線路損耗，因此，補償電容器的穩定運行對電網供電可靠性有至關重要的作用［1］。近年來，隨著補償電容器的制造工藝不斷完善，產品質量已有了顯著提升，但實際運行中，補償電容器組的群爆現象仍屢見不鮮。現場運行經驗表明，導致補償電容器遠低于其應有運行壽命、提前出現故障損壞、被迫退出運行的因素眾多，這些影響因素直接危害設備的可靠運行。隨著電網電壓等級的不斷升高、電網設備容量的不斷增大，電網設備故障需要停電進行維修的時間成本和維修成本都成指數形式增加。

目前，各變電站補償電容器數量龐大且智能化程度很低，在日常的運行維護中，無法對單個補償電容器的電容量進行有效監測，只有保護裝置動作時才能得知設備異常情況的出現。由于無法準確定位到單個電容器，也無法對單個電容器的運行情況進行預估［2］。因此，本文提出了補償電容器智能監測的方法，以達到提前預估電容器的運行狀態，當出現異常時，能準確定位缺陷，補償電容器，并合理安排檢修計劃，避免事故擴大。

1 監測方法

圖1為某500kV變電站中35kV補償電容器組，圖2為該補償電容器組的主接線圖。主接線采用雙星型接線方式，中性點不接地。每相中每個星型補償電容器采用12并4串的連接方式，每臺補償電容器的額定電容為28.46 μF，使用1臺放電線圈進行放電，兼做電壓互感器。補償電容器前端設置避雷器，接地斷路器采用四極聯動，裝置采用差壓保護。

圖1 35kV無功補償電容器組

對于圖2中的12并4串補償電容器組，電網電壓施加于整組電容器，該組中每支電容器流過的電流值與整組電容器的電容量有一定的對應關系，當其中一支電容器的電容量出現變化，該段電流值及其他串、并段電流值都將變化。因此，提出通過監測補償電容器的電流值來反映其電容量的變化，進而判斷其運行情況是否良好。

圖2 并聯補償電容器組主接線

2 電流值與電容量關系仿真

2.1 電容量與電流值變化關系仿真

若要通過監測補償電容器電流值來判斷其電容量的變化，需要對補償電容器電容量與其流過電流值的關系進行分析。

為了獲得當補償電容器組中某支電容器電容量發生變化時，其流過電流的變化情況，針對圖2中的12并4串補償電容器組建立模型，仿真補償電容器產生4種內部故障引起電容量變化的情況：電容量減少3%、電容量減少1%、電容量增加1%、電容量增加3%，計算各情況下補償電容器電流的變化值。采用Simulink軟件，對上述情況進行仿真建模，對圖2中的12并4串補償電容器組建立電路模型，如圖3所示［3］。

圖3 12并4串補償電容器組仿真模型

2.2 仿真過程及結果

改變并聯段單個補償電容器的電容值，通過仿真計算出各串、并段的電流值。4種故障情況各補償電容器電流有效值仿真結果如表1所示。

表1 4種故障情況各補償電容器電流有效值仿真結果

各補償電容器電流值變化趨勢如圖4所示。

圖4 各補償電容器電流值變化趨勢

由表1和圖4可以看出，在12并4串的電容器組中，電容器流過電流值與電容量有線性關系。當一支電容值減小1%，通過其電流值減小約1%，當一支電容值減小3%，通過其電流值減小約為3%；當一支電容值增大1%，通過其電流值增大約為1%，當一支電容值增大3%，通過其電流值增大約為3%；同一串段中，故障支路非故障電容器與非故障支路正常電容器電流變化趨勢相反［4］。因此，可通過對電流值變化情況的監測來判斷電容器電容值變化情況。

3 經濟性優化分析

目前，國內各供電公司所轄變電站電容器數量龐大，以圖1某500kV變電站中35kV無功補償用并聯電容器組為例，每相中每個星型電容器為12并4串，共48個，若對48個電容器分別加裝電流互感器監測其電流值，由于監測值過多，既增加投資，又不利于數據穩定傳輸［5］，應考慮減少各支路電流互感器的數量，本文考慮對在4個串聯單元中的12個并聯支路中任1個支路分別安裝1臺電流互感器，測量流過單個電容器的電流值，假定分別安裝在C11、C21、C31、C41段，如圖5所示。

圖5 12并4串電容器組故障仿真模型

改變圖5中12并4串電容器組中任一并聯段中任一單支電容器的電容值，通過仿真程序計算可得電流互感器監測段的電流值。假定4種故障情況均發生在電容器C12上，4臺電流互感器監測電流有效值仿真結果如表2所示。

表2 4種故障情況各電容器電流有效值仿真結果A

仿真結果表明：當單個電容器電容量發生變化，將引起該串段其他電容器電流值的變化，其他3組串段中，單個并聯支路電流互感器監測的電流值相同。

4 結束語

在同一串段中，并聯在一起的電容器電壓值相同，隨著運行電壓的波動或溫度的變化，如果各電容器的狀態沒有發生變化或變化情況相同，則流過的電流將有相同的變化趨勢。若其中一支由于絕緣損壞導致電容值逐漸減小，那么故障電容器電容量的變小將導致其電流值變小，且變化趨勢將與其他電容器的變化趨勢相反。

通過經濟性優化分析后設計的監測方法，通過對電容器電流值的監測，既減少了電流互感器安裝數量，節約成本，又能監測出故障電容所在串段，減少檢修部門工作量。停電后，只需測量該串段中的電容器電容量，即可檢測出故障電容器。

［1］李維強，譚 術.電容器組在線監測與預警系統的設計與實現［J］.電工技術，2013，34（10）：48－50.

［2］田友元.220kV及110kV并聯電容器裝置的開發和安裝設計［J］.東北電力技術，1999，20（5）：1－5.

［3］楊 兵，劉勇勝.并聯電容器在線監測系統在某220kV變電站的應用［J］.湖北電力，2014，38（6）：41－43.

［4］韓 月，高 強，張軍陽.電阻取樣傳感器在電容型設備在線監測系統中的應用［J］.東北電力技術，2010，31（12）：18－19.

［5］熊 蘭，王 禮.基于SCADA的并聯電容器在線監測與預警［J］.電力電容器與無功補償，2011，32（1）：54－58.

Design on Intelligent Monitoring Methods for Compensation Capacitor

CHEN Hao，LU Xu?chen，GUO Tie，ZHAO Zhen?wei，WANG Nan
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

An intelligent monitoring method is proposed in this paper to real?time monitor compensation capacitor's operation condition. When the equipment malfunctions occurs，the staff can accurately locate it to arrange maintenance plan avoiding accidents and impro?ving production safety.

Compensation capacitor；Electric capacity；Current value；Intelligent monitoring method

TM53

A

1004－7913（2016）07－0019－03

陳 浩（1987—），男，碩士，工程師，從事變壓器技術管理和科研工作。

2016－04－28）