基于虛擬儀器的電容器組在線監測系統設計

林繁　李長元　王永強

摘 要：電力電容器組是電力系統中極為重要的無功補償設備，加上電容器組內部結構復雜、精密和不可修復性。文章針對電容器組的局部放電性故障進行設計一套集高精度的雙探頭超聲波傳感器、Zigbee無線數據傳輸模塊以及局部放電數據處理算法于一體的電容器組在線監測系統。最后，結合虛擬儀器開發平臺完成軟件界面的設計、數據的分析與調用等。

關鍵詞：電容器組；超聲波法；局部放電；虛擬儀器

1 概述

電力電容器是一種在電力系統中應用十分廣泛的電氣元件之一，主要用于補償電力系統感性負載的無功功率，占整個補償裝置容量的首位，其安全運行對整個電力系統的穩定和正常供電起著非常重要的作用[1，2]。電力電容器采用浸漬紙、浸漬薄膜以及浸漬紙和薄膜組合的絕緣結構。因此最常見的絕緣性故障是局部放電放電故障，電力電容器的重要特點是介質的工作場強特別高，由于局部放電使電容膨脹，早期損壞以及發生爆炸的現象早已引起制造部門和運行部門的重視。因此對電容器組監測中局部放電故障是最重要的檢測點之一。

文章采用超聲波法對電容器組的局部放電故障進行實時監測，并采用雙探頭形式的傳感器，擺脫了傳統的單個探頭監測局部放電帶來的不確定與不精準性。另外文章還設計了無線傳輸裝置與利用虛擬儀器（virtual instrument，LABVIEW）設計的上位機監測軟件，使得系統穩定、有效、便捷地實現電容器組的局部放電監測。

2 電容器故障分析

電力電容器組的各個電容單元表面都是封閉式的結構，通過出線端子與母線三相連接。內部由絕緣紙、鋁泊和電容器油構成電容元件，內部結構外部觀測不到。由于長期運行導致的絕緣損壞、過電壓的損害、溫度過高或者物理化學反應均導致絕緣性故障。然后絕緣性故障中非常重要的就是局部放電故障。

電容器是由幾種介質串聯的組合絕緣，在交流電壓下，電壓分配與各層的電容量成反比，在直流電壓下，電壓分配與各層的絕緣電阻成正比，因此組合絕緣的耐電強度與各成分的耐電強度和搭配情況有關。局部放電包括絕緣結構內氣隙中的放電和浸漬劑中的局部放電。局部放電可以發生在電容器極下面的絕緣層中，即均勻電場部分所包含的氣隙中，也可以發生在極板邊緣電場集中處。

3 系統結構與功能設計

文章課題設計的電容器組在線監測系統，分別包括就地檢測層和上位機監控層。就地檢測層主要由電容器組每個單元附近安裝雙探頭的非接觸式超聲波傳感器以及就地檢測層終端的zigbee數據發送單元[3，4]。就地檢測層負責檢測電容器組的局部放電狀況并負責傳送數據至上位機監控層的數據接收端。上位機監控層主要由通過zigbee數據接收端接收的數據傳送至工控機，監控主機對局局部放電數據進行實時的處理，并對局部放電數據進行實時的監控。

文章設計的基于虛擬儀器技術的電容器組監測系統具有如下幾個功能：

（1）利用超聲波法對局部放電進行實時檢測；（2）以具有較強特性的虛擬儀器為平臺開發了監測軟件；（3）設計的基于小波包分析

的局部放電信號去噪算法并在軟件上實現；（4）實時檢測采集的局

部放電信號并實時保存于調用；（5）界面具有較強的人機互動性。

4 上位機軟件系統設計

為了能夠很好地監測電容器組的絕緣故障情況，結合虛擬儀器技術進行檢測系統的設計，利用LABVIEW進行系統設計具有操作簡便，算法實現簡便等特點[5-8]。根據對系統功能的要求，文章監測系統采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發平臺。通過zigbee數據接收端接收的數據傳送至工控機，監控主機對局部放電數據進行實時的處理，并對局部放電數據進行實時的監控。監測界面如圖1所示。

5 結束語

文章所設計的電容器組監測系統主要針對電容器局部放電故障進行檢測，結合zigbee無線傳輸特性與超聲波檢測局部放電的方法對電容器組的局部放電故障進行實時監測。首先分析了電容器組的最主要故障—局部放電故障，并對監測系統的結構與功能進行了設計，最后結合虛擬儀器開發平臺完成軟件界面的設計、數據的分析與調用等。

參考文獻

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