高压电容器在线监测系统的研究
2014-12-23
(广东电网公司珠海供电局,广东 珠海 519000)
高压电容器在线监测系统的研究
黄志浩 胡 军 赵冰颢 傅国强
(广东电网公司珠海供电局,广东 珠海 519000)
本文主要研究高压电容器在线监测系统。首先选择传感器,对硬件进行设计,然后用软件算法计算,设计后台监控系统,最后实现实时通讯功能。实际运行表明高压并联电容器在线监测系统对电容量的监测精度可以达到0.5级,能够及时发现设备异常。
电容器;传感器;在线监测系统
1 现状概述
国外许多电力公司从上个世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术,主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数,提高供电可靠性。
(1)带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右。当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数(如泄露电流)进行直接测量。设备简单,测试项目少,灵敏度较差。
(2)从80年代开始,在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量。
(3)从90年代开始,以计算机处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。
在国内,在线监测技术的开发与应用始于上世纪80年代。计算机应用刚刚起步,当时的在线监测技术水平较低。到2000年后,随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要,在国内很多地区的供电企业都已开展了这项工作。
2 典型案例
摘录官方统计的数据:
2004年10~110kV的开关的事故率0.011~0.022台次/百台年
2004年110kV及以上变压器的事故率为0.4台次/百台年
广东省2007年高压并联电容器的故障率为5台次/百台年
(1)1996年6月18日19:14贺州市电业公司八步变电站在人工分闸过程中,户外2#,5#电容器发生爆炸。
(2)1982年佳目斯局桦南变的三角型结线电容器组,单台装用低压保险,一台电容器发生爆炸后,将厂房和396台电容器全部烧毁。
(3)2001年4月30日8:54,某一变电站,在主控室,电容器的速断保护信号继电器动作挂牌,造成外侧10kVII段与电容器串联接地极击断,电抗器本体喷油着火,A,B相熔断器全部熔断。
3 存在问题
(1)瓷套管及外壳渗漏油
电容器是全密封的电气设备,由于制造工艺、运输等原因,密封不良出现渗漏,导致套管内部受潮,绝缘电阻降低。随着电容器运行电压、温度等变化,内部压力增加,渗漏油更为严重,使油面下降,元件上部容易受潮击穿而损坏。
(2)瓷绝缘表面放电闪络
电容器在运行中缺乏定期清扫和维护,其瓷绝缘表面因污秽严重,在电网出现内、外过电压和系统谐振的情况下导致绝缘击穿,局部放电,造成瓷套管闪络破损,响声异常。
(3)外壳鼓肚
当电容器内部元件发生故障击穿时,介质中将通过很大的故障电流,电流产生的电弧和高温使浸渍剂游离而分解产生大量气体,使得电容器的密封外壳内部压力增大,导致电容器的外壳膨胀鼓肚,这是运行中电容器故障的征兆,应及时处理,避免故障的漫延扩大。
(4)熔断器熔断
电容器内部元件发生故障击穿,熔断器安装接触不良发热,以及熔断器的额定电流选择不当,电容器合闸瞬间,由于电容器处于充电状态产生很大的冲击合闸涌流,涌流过大均能使熔断器熔断。
(5)电容器爆炸
运行中电容器爆炸是一种恶性事故,当电容器内部元件故障击穿引起电容器极间贯性短路时,与其并联运行的其他电容器将对故障电容放电,如果注入电容器的能量大于外壳所能承受的爆破能量,则电容器爆炸,如果电弧点燃的液体介质溢流,还会造成火灾。
4 原因分析
(1)电容器电容量的微小变化
电容器电容量出现微小变化是电容器事故前的最早征兆,表明熔丝已经切除了单个电容器。
(2)运行电压过高
电容器介质上的额定工作场强比其它电器高25~30倍,是高压敏感设备。电力行标DL/T 840—2003中规定为1.05倍额定电压。电容器过压保护及VQC均使用母线PT,不能直接测定电容器端电压及累计超出允许的幅值及持续时间。
(3)运行电流过高
运行规程对三相电流的控制有两个指标,一是不超过额定电流的30%,二是三相不平衡电流不应超过±5%。
(4)电容器的绝缘变化
电容器自身的介质损耗及其它发热元件引起本体温升,而温升又会反过来加大介质损耗,是一种恶性循环。
(5)电抗器的运行工况
电抗器匝间短路对运行电流及电容器端电压无明显影响,过流、速断、差压、不平衡电压、不平衡电流保护均不起作用,是电容器保护的死区。
(6)运行温度过高
温度过高导致tgδ迅速增加,降低介质的击穿强度。技术监督规程把室温超过35℃列入三级报警,超过40℃列入二极报警,当采取降温措施无效时电容器应退出运行。
(7)电容器投切瞬间工况
电容器在投入时会出现涌流,合闸弹跳及分闸重燃会在电容器端产生较高的过电压。
(8)高次谐波引起过电流
电容器正常运行时不希望电流中含有高次谐波,因此选择了不同电抗率的电抗器,以减弱谐波电流对电容器的侵袭;少量熔丝熔断后,电容器虽然可以照样运行,但有一个副作用,就是电抗率向减少方向发生漂移,有可能使限制的谐波电流进入放大的频率范围。电力电容器对谐波电流有一定的承受能力,规程把谐波电流含量统一纳入到1.3倍的额定电流之内。
(9)放电线圈运行工况
放电线圈除具有电容器放电功能之外,还向保护提供不平衡电压。
6 提升措施
高压并联电力电容器作为一种极为重要的无功电源,对于改善电力系统的结构、提高功率因数、改善电压质量、降低线路损耗起着重要的作用,在各种电压等级的变电站中得到了广泛的应用。因此对电力电容器运行状况进行在线监测是一种防止电力电容器发生事故的有效途径。系统运行时连续监测并存储高压并联电容器的运行工况,包括电容器运行电压、运行电流、电容量、介质损耗、绝缘状况、高次谐波、环境温湿度、投切次数及状态(涌流及重燃录波)、运行时间等数据。当电容器出现电压越限、电流越限、谐波超标、熔丝熔断、电容量变化越限、电抗器匝间短路、绝缘降低、室内超温等情况时启动录波并发出报警信号。
(1)传感器技术:根据现场电容器的实际容量、接线方式、安装方式等设计高精度电流、电压传感器,高精度的信号转换是电容器在线监测的基础。
(2)硬件技术:高压并联电容器在实际运行中,绝缘性能并不是瞬间变化的,故障都是经过长期缓慢的变化才形成的。系统的高配置部件是为了能够更加精确的采集电容器的运行数据。
(3)软件算法的实现:装置只采集高压电容器运行电流、电压、温度和湿度,需要经过一系列复杂的软件算法计算谐波电流、谐波电压、电容量、介质损耗因数、绝缘电阻、有功损耗等值,这些软件算法是实现电容器在线监测的软件基础。
(4)后台监控系统的设计:后台监控系统实现高压并联电容器的远方监控,可以在远方监控电容器的运行工况,分析运行状态,作为一个方便的人机界面,为电容器在线监测系统的应用提供了简便的操作平台。
(5)实时通信功能的实现:为了实现后台和装置的数据共享,在线监测装置提供三种通讯方式的实现,分别为RS485、以太网和GPRS无线通讯。这三种通讯方式可以满足现场数据传输的需要,实时将电容器的运行状况传输至不同地点的后台监控系统上。
结语
本文主要阐述高压电容器的研究现状,典型案例,存在的问题,原因分析和提升措施。并研制出了一套KZ160E高压电容器在线监测系统。
[1]党晓强,刘念,蒋浩.电力系统中高压电容设备在线检测的研究[J].电工技术杂志,2003(10).
[2]续利华.电力电容器常见故障的原因分析及相应处理[J].电力学报,2001(02).
[3]王文洪,何满棠.并联电容器组熔断器“群爆”故障分析[J].电力电容器,2007(06).
[4]金向朝,黄松波,陆培钧,严飞,倪学锋.电容器故障监测系统的应用研究[J].电力电容器与无功补偿,2008(03).
TM85 < class="emphasis_bold"> 文献标识码:A
A