补偿电容器智能监测方法设计

陈 浩，鲁旭臣，郭 铁，赵振威，王 南

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

补偿电容器智能监测方法设计

陈 浩，鲁旭臣，郭 铁，赵振威，王 南

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

提出了补偿电容器的智能监测方法，实现补偿电容器的运行状况监测，当出现异常时，能准确定位缺陷电容器，以便工作人员合理安排检修计划，避免事故扩大。

补偿电容器；电容量；电流值；智能监测

补偿电容器在电力系统中应用广泛，其作用是补偿电网中系统的感性负载无功功率，并改善系统的功率因数，有效降低输电线路损耗，因此，补偿电容器的稳定运行对电网供电可靠性有至关重要的作用［1］。近年来，随着补偿电容器的制造工艺不断完善，产品质量已有了显著提升，但实际运行中，补偿电容器组的群爆现象仍屡见不鲜。现场运行经验表明，导致补偿电容器远低于其应有运行寿命、提前出现故障损坏、被迫退出运行的因素众多，这些影响因素直接危害设备的可靠运行。随着电网电压等级的不断升高、电网设备容量的不断增大，电网设备故障需要停电进行维修的时间成本和维修成本都成指数形式增加。

目前，各变电站补偿电容器数量庞大且智能化程度很低，在日常的运行维护中，无法对单个补偿电容器的电容量进行有效监测，只有保护装置动作时才能得知设备异常情况的出现。由于无法准确定位到单个电容器，也无法对单个电容器的运行情况进行预估［2］。因此，本文提出了补偿电容器智能监测的方法，以达到提前预估电容器的运行状态，当出现异常时，能准确定位缺陷，补偿电容器，并合理安排检修计划，避免事故扩大。

1 监测方法

图1为某500kV变电站中35kV补偿电容器组，图2为该补偿电容器组的主接线图。主接线采用双星型接线方式，中性点不接地。每相中每个星型补偿电容器采用12并4串的连接方式，每台补偿电容器的额定电容为28.46 μF，使用1台放电线圈进行放电，兼做电压互感器。补偿电容器前端设置避雷器，接地断路器采用四极联动，装置采用差压保护。

图1 35kV无功补偿电容器组

对于图2中的12并4串补偿电容器组，电网电压施加于整组电容器，该组中每支电容器流过的电流值与整组电容器的电容量有一定的对应关系，当其中一支电容器的电容量出现变化，该段电流值及其他串、并段电流值都将变化。因此，提出通过监测补偿电容器的电流值来反映其电容量的变化，进而判断其运行情况是否良好。

图2 并联补偿电容器组主接线

2 电流值与电容量关系仿真

2.1 电容量与电流值变化关系仿真

若要通过监测补偿电容器电流值来判断其电容量的变化，需要对补偿电容器电容量与其流过电流值的关系进行分析。

为了获得当补偿电容器组中某支电容器电容量发生变化时，其流过电流的变化情况，针对图2中的12并4串补偿电容器组建立模型，仿真补偿电容器产生4种内部故障引起电容量变化的情况：电容量减少3%、电容量减少1%、电容量增加1%、电容量增加3%，计算各情况下补偿电容器电流的变化值。采用Simulink软件，对上述情况进行仿真建模，对图2中的12并4串补偿电容器组建立电路模型，如图3所示［3］。

图3 12并4串补偿电容器组仿真模型

2.2 仿真过程及结果

改变并联段单个补偿电容器的电容值，通过仿真计算出各串、并段的电流值。4种故障情况各补偿电容器电流有效值仿真结果如表1所示。

表1 4种故障情况各补偿电容器电流有效值仿真结果

各补偿电容器电流值变化趋势如图4所示。

图4 各补偿电容器电流值变化趋势

由表1和图4可以看出，在12并4串的电容器组中，电容器流过电流值与电容量有线性关系。当一支电容值减小1%，通过其电流值减小约1%，当一支电容值减小3%，通过其电流值减小约为3%；当一支电容值增大1%，通过其电流值增大约为1%，当一支电容值增大3%，通过其电流值增大约为3%；同一串段中，故障支路非故障电容器与非故障支路正常电容器电流变化趋势相反［4］。因此，可通过对电流值变化情况的监测来判断电容器电容值变化情况。

3 经济性优化分析

目前，国内各供电公司所辖变电站电容器数量庞大，以图1某500kV变电站中35kV无功补偿用并联电容器组为例，每相中每个星型电容器为12并4串，共48个，若对48个电容器分别加装电流互感器监测其电流值，由于监测值过多，既增加投资，又不利于数据稳定传输［5］，应考虑减少各支路电流互感器的数量，本文考虑对在4个串联单元中的12个并联支路中任1个支路分别安装1台电流互感器，测量流过单个电容器的电流值，假定分别安装在C11、C21、C31、C41段，如图5所示。

图5 12并4串电容器组故障仿真模型

改变图5中12并4串电容器组中任一并联段中任一单支电容器的电容值，通过仿真程序计算可得电流互感器监测段的电流值。假定4种故障情况均发生在电容器C12上，4台电流互感器监测电流有效值仿真结果如表2所示。

表2 4种故障情况各电容器电流有效值仿真结果A

仿真结果表明：当单个电容器电容量发生变化，将引起该串段其他电容器电流值的变化，其他3组串段中，单个并联支路电流互感器监测的电流值相同。

4 结束语

在同一串段中，并联在一起的电容器电压值相同，随着运行电压的波动或温度的变化，如果各电容器的状态没有发生变化或变化情况相同，则流过的电流将有相同的变化趋势。若其中一支由于绝缘损坏导致电容值逐渐减小，那么故障电容器电容量的变小将导致其电流值变小，且变化趋势将与其他电容器的变化趋势相反。

通过经济性优化分析后设计的监测方法，通过对电容器电流值的监测，既减少了电流互感器安装数量，节约成本，又能监测出故障电容所在串段，减少检修部门工作量。停电后，只需测量该串段中的电容器电容量，即可检测出故障电容器。

［1］李维强，谭 术.电容器组在线监测与预警系统的设计与实现［J］.电工技术，2013，34（10）：48－50.

［2］田友元.220kV及110kV并联电容器装置的开发和安装设计［J］.东北电力技术，1999，20（5）：1－5.

［3］杨 兵，刘勇胜.并联电容器在线监测系统在某220kV变电站的应用［J］.湖北电力，2014，38（6）：41－43.

［4］韩 月，高 强，张军阳.电阻取样传感器在电容型设备在线监测系统中的应用［J］.东北电力技术，2010，31（12）：18－19.

［5］熊 兰，王 礼.基于SCADA的并联电容器在线监测与预警［J］.电力电容器与无功补偿，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

陈 浩（1987—），男，硕士，工程师，从事变压器技术管理和科研工作。

2016－04－28）