交流電容器在線監測系統在海上某平臺的首次應用

劉清峰

（中海石油（中國）公司天津分公司，天津 300459）

0.引言

海上平臺正在運行的高壓并聯電容器的運行狀態如電容器容量、電容器運行電流的大小、電容器運行溫度等實時數據是否正常,對于岸電項目運維電氣運行管理人員和電氣設備管理人員一直是一個看不見、摸不著的“未知數”。而電容器容量和電流的逐步減小、溫度的上升一般又是一個緩慢的、逐步的、漫長的過程，根據現場運行環境、電壓等級、運行電流大小、沖擊電流大小的不同，其電容器容量降低等存在較大的不確定性，但總會在某個時間節點形成隱性故障，而在海上石油平臺停電、停產、大修期間，通過專用設備檢測高壓并聯電容器并不能排除送電后高壓并聯電容器帶載運行后就不再出現故障。

交流電容器在線監測系統是專業解決高壓并聯電力電容器智能監測和智能運維一體化解決方案。可在標稱電壓為6kV～1000kV的供電系統中應用。適合使用的單臺電容器額定電壓為6kV～20kV、額定電流為20A～150A。本交流電容器在線監測系統同時可檢測單臺電容器的多項實時運行參數如電容器容量、電流大小及運行的實時溫度，依托大數據對比和歷史數據的橫向及縱向對比，精確判斷電容器的運行狀態、為平臺電氣專業人員提供及時、準確、可靠的運維數據，消除電容器裝置運行安全隱患，提升岸電項目的運行人員的運維質量，從而提高高壓并聯電容器的使用壽命[1]。

1.存在問題

交流電容器由于是全封閉的電氣設備，如果因為制造工藝、運輸、吊裝、安裝等原因會導致密封不良，進而出現滲漏現象，從而導致電容器內部受潮、演變成絕緣阻值降低，最終造成元器件受潮、擊穿而損壞。當電容器內部元器件發生故障導致擊穿時，電容器內部介質將通過較大的故障電流，電流產生的電弧和較高的溫度是電容器液游離從而分解出有害氣體，使得密封的塑料外殼的內部壓力增大，導致外殼膨脹鼓肚。

電容器的介質損耗及其他發熱元器件引起電容器本體的溫度上升，其溫度上升反過來會加快電容器的介質損耗，從而形成惡性循環，因此需要對其進行溫度檢測[2]。

配套電容器會配置不同電抗率的電抗器，以減少3、5、7、11、13次諧波電流對電容器的損耗，當電抗器的少量熔斷絲熔斷后，電容器可以照常運行，但存在副作用，即電抗率向減少方向發生漂移，有可能使諧波電流進入放大的頻率范圍。

2.系統介紹

高壓交流電容器對于供電系統的電壓質量的改善、功率因數的提高、降低線路損耗有著重要作用，因此對高壓交流電容器的運行狀況進行在線監測是防止高壓交流電容器故障的有效方案。交流電容器在線監測系統連續監測高壓交流電容器的運行狀況，主要監測電容器容量、運行電壓、電容器運行電流的大小、介質損耗、絕緣阻值、高次諧波電流、電容器運行溫度、投切次數、運行時間等實時數據，當某個電容器出現電壓超限、電流越限、諧波電流超過國標、電容量變化越限、絕緣阻值降低等故障時能夠進行單個交流電容器的鎖定[3]，其主要的功能參數如下：

（1）交流電容器在線監測系統可以實時、自動上傳每個監測系統內的高壓并聯電容器的實時數據；

（2）高壓并聯電容器溫度采集探測器采用高精度數字溫度傳感器、采用一體化、自取電結構，不僅提高了溫度的測量精度，精度達到±1℃，免去了溫度采集探測器需要定期更換供電電池的繁瑣工作；

（3）運行電流采集模塊采用一體化、自取電結構，內置了意法半導體STM32高速芯片及和模數、數模轉換器，使其能夠連續準確的采集到電流的實時運行大小；

（4）交流電容器在線監測系統監測主機與運行電流采集模塊、溫度采集探測器之間采用Zigbee無線網絡，節省了現場施工的材料和人工成本，同時大大提高了交流電容器在線監測系統的安全性；

（5）交流電容器在線監測系統監測主機采集電容器容量、電容器運行電流的大小、電容器運行溫度，同時采集電容器的兩端電壓、計算電容器的電容量等一系列運行參數；

（6）交流電容器在線監測系統的所有實時運行數據具有數據實時分析、歷史數據庫、實時數據庫等功能；具備故障診斷分析及強大的數據分析管理功能，能根據具體情況自動報警并提出預警措施。

3.交流電容器在線監測系統的主要技術指標

（1）每臺高壓并聯電容器安裝一個智能探測器。

（2）通過無線傳輸解決了高、低壓即一、二次電氣的隔離。

（3）溫度采集探測器、運行電流采集模塊采用一體化、自取電結構，無需外加電源。

（4）交流電容器在線監測系統17寸人機界面觸摸屏。

（5）提供實時運行數據如電容器容量、電容器運行電流大小、電容器運行溫度、電容器兩端電壓等。

（6）具備在線實時監測和報警預警功能。

（7）IP防護等級：IP56。

（8）電流的精度等級：0.2S級。

（9）溫度的精度等級：±1℃。

（10）電容器的容量精度：±1%。

（11）通信頻段：433MHz無線傳輸，傳輸距離≤200m。

（12）數據的無線傳輸頻率：5s/10s/20s/30s/60s/1m/2m/5m/10m或根據實際情況自定義傳輸頻率。

（13）運行環境溫度：-20℃～80℃。

交流電容器在線監測系統這套系統可監測多達200個單體交流電容器，系統根據現場實際情況進行定制化設計，并可根據現場電容器裝置特點完成軟件功能塊的定制。

4.結語

該平臺通過交流電容器在線監測系統，對高壓交流電容器的運行狀態進行實時評估，及時發現高壓并聯電容器的故障并發出預警指示，提前預知故障，能夠捕捉故障發生前60s、故障發生時、故障發生后60s的電壓波形、電流波形和諧波狀況等運行數據，為高壓交流電容器的故障分析提供數據依據。