10kV電力電容器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用項(xiàng)目技術(shù)方案

1、10kV電力電容器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用工程技術(shù)方案*2021年7月25日一、工程研究內(nèi)容本工程目的是對10kV電力電容器的運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測，研究電容器故障損壞前的故障特征量，找出影響電容器損壞的主要因素，為電容器的故障診斷和故障定位提供準(zhǔn)確依據(jù)。進(jìn)一步，利用研制的電力電容器故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，為運(yùn)行管理人員提供電力電容器實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障預(yù)警的信息，預(yù)防因個(gè)別電容器損壞導(dǎo)致跳閘、甚至損壞沖擊導(dǎo)致故障的擴(kuò)大。工程監(jiān)測對象：對中山110kV金里變電站的10kV電力電容器運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測，金里站有10kV母線2段，每段母線接入2組電容器組，每組有53只并聯(lián)電力電容器，全站總計(jì)有60只電力電容

2、器。在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對每只電力電容器的容量、電壓、電流梯度、電網(wǎng)諧波、外殼溫度與環(huán)境溫度的在線監(jiān)測，可準(zhǔn)確獲得并分析電容器的運(yùn)行過電壓水平、系統(tǒng)諧波污染狀況、電容器的運(yùn)行容量、電容變化量和溫升狀況等運(yùn)行參數(shù)，為運(yùn)行管理人員提供遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障預(yù)警等監(jiān)測信息。二、工程研究技術(shù)路線根據(jù)國標(biāo)GB/T 11024.1-2001 ?標(biāo)稱電壓1kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器 第1局部：總那么 性能、試驗(yàn)和定額 平安要求 安裝和運(yùn)行導(dǎo)那么?，電力電容器的在運(yùn)行中，電容器上的電壓、電流、諧波電流、電容量、環(huán)境溫度及外殼溫度是與電容器運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)的量，為了全面監(jiān)測電容器的運(yùn)行狀態(tài)，并能夠?qū)㈦娙萜鞯墓收线^

3、程中的相關(guān)特征量記錄，對電容器的運(yùn)行狀態(tài)可實(shí)時(shí)監(jiān)測、為電容器的運(yùn)行維護(hù)提供準(zhǔn)確信息。(一) 電容器平安運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測要求有：1對電容器的過電壓要求如下表：型式電壓因數(shù)Un (方均根值)最大持續(xù)時(shí)間說明工頻1.00連續(xù)電容器運(yùn)行任何期間內(nèi)的最高平均值工頻1.10每24h中8h系統(tǒng)電壓調(diào)整及波動(dòng)工頻1.15每24h中30min系統(tǒng)電壓調(diào)整及波動(dòng)工頻1.205min輕負(fù)荷中電壓升高工頻1.301min2電流、諧波電流的要求：電容器過在過載1.3倍額定電流方均根值下運(yùn)行，考慮過電壓與諧波電流的共同作用。3對電容值的偏差要求：對于電容器單元，電容值變化范圍在0+5%。相最大值與最小值之比不在于1.08。

4、4、環(huán)境溫度、外殼溫度：環(huán)境空氣溫度類別一般是-5/B，即電容器的最高環(huán)境溫度45，24小時(shí)平均最高35。二電容器故障預(yù)警的主要判斷依據(jù)在電容值及外殼溫度兩個(gè)關(guān)鍵量。1基于電容量的故障診斷：在上述監(jiān)測電壓基波、電流基波的根底上，由于電容器的有功損耗很小，介質(zhì)損耗因數(shù)tan0.02%，因此，電容器上電流幾乎是純?nèi)菪噪娏鳌？梢酝ㄟ^ 得到電容值，通過歷史比照，可得電容器的變化量，同一組中電容值的縱向比照、橫向比照變化量，對變化量大于一定標(biāo)準(zhǔn)的電容器提出告警。2基于溫度的故障診斷：如果環(huán)境溫度過高，那么作為告警的參考量。但主要是電容器外殼的溫度作為故障預(yù)警診斷，電容器的外殼溫度的大小受到環(huán)境溫度、電容

5、器運(yùn)行容量、電容器的介質(zhì)損耗因數(shù)、通風(fēng)條件的影響。通過測量電容器運(yùn)行中的無功容量 得到，并通過外殼溫度與環(huán)境溫度差計(jì)算得到電容器的有功損耗發(fā)熱，從而估計(jì)電容器內(nèi)部的最熱溫度。根據(jù)電容器的外殼溫度、內(nèi)部最熱溫度，判斷電容器內(nèi)部介質(zhì)的絕緣老化程度，對超過告警值的電容器發(fā)出預(yù)警信號。由于電容器的內(nèi)部擊穿過程很短，根據(jù)電容器擊穿前后的電容量變化明顯，顯然可以是提供保護(hù)的信號。本工程的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)在于電容器擊穿前的故障預(yù)警研究，電容器擊穿損壞前，通過監(jiān)測各種參數(shù)的變化特征量，以大量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)為根底才能解釋電容器損壞與其運(yùn)行的歷史狀態(tài)關(guān)系，大大提高電容器的運(yùn)行可靠率、維護(hù)工作效率。三、并聯(lián)電容器在線監(jiān)測

6、系統(tǒng)技術(shù)方案一、系統(tǒng)組成本系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由就地監(jiān)測層、站端控制層和遠(yuǎn)方主站管理層三大局部組成，各層功能如下：就地監(jiān)測層就地監(jiān)測層由多個(gè)就地智能監(jiān)測單元組成。就地監(jiān)測層采用全數(shù)字式、一體化的就地智能監(jiān)測單元，就地智能監(jiān)測單元安裝在被監(jiān)測電容器組的現(xiàn)場，通過通訊網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)、實(shí)時(shí)地上傳并聯(lián)電容器的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)至站端控制層。監(jiān)測工程如下：母線電壓及梯度母線電壓諧波2-25次電容器電壓及梯度電容器電壓諧波2-25次電容器電流及梯度電容器電流諧波2-25次各電容器的電容值及運(yùn)行容量各電容器外表溫度各電容器開關(guān)位置電容器室的環(huán)境溫度就地智能監(jiān)測單元包括電測單元和溫度測量單元。1電測單元電測單元通過母

7、線PT和電容器放電PT采集電壓，通過套在電容器絕緣套管上的CT采集電流，所使用的CT型號為：LCT2-10，可安裝在10kV電容器等電力設(shè)備絕緣套管處測量電流，其實(shí)物照片如下所示：LCD2-10的技術(shù)指標(biāo)包括：額定電流A：50-600電流比:500/1準(zhǔn)確級：0.2S額定負(fù)載VA：3.75一次繞組額定工頻耐壓kV：28一次繞組額定雷電沖擊電壓kV：60-75其他指標(biāo)按照?GB1208-1997中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)電流互感器?、?DL/T725-2000電力用電流互感器訂貨技術(shù)條件?和?IEC185(1987) 電流互感器?執(zhí)行。電測單元采用16位的AD轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器(DSP)對10k

8、V母線及各電容器的電壓電流采集后進(jìn)行處理分析，最后計(jì)算出各種電參數(shù)后，再通過以太網(wǎng)將這些測量參數(shù)送至站端控制層的工控機(jī)，工控機(jī)再通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)方主站效勞器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。電容器在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如下只畫出一組5只電容器的A相，B，C相與A同： 每個(gè)電測單元可以對5路三相電壓電流進(jìn)行測量，由于對同一母線或同一組三相電容器進(jìn)行同步采樣，可以保證采樣的精度和相位的準(zhǔn)確度，不同組的三相電壓電流通過信號模擬開關(guān)切換，在本系統(tǒng)中要對2母線2分組5組=20路電容及2路母線電壓進(jìn)行監(jiān)測，共需要5個(gè)電測單元。電測單元同時(shí)對電容器開關(guān)位置信號進(jìn)行檢測。由于電測單元所監(jiān)測的諧波參數(shù)數(shù)據(jù)量大，對于通訊的速

9、率要求不小于1Mbps，故傳統(tǒng)的RS485等低傳輸率通訊方式已經(jīng)不能滿足需要，為此電測單元的通訊采用了100M的以太網(wǎng)接口，保證滿足高速數(shù)據(jù)的傳輸要求。2智能測溫單元該智能測溫單元是采用美國DALLAS一線現(xiàn)場總線技術(shù),實(shí)現(xiàn)低本錢多點(diǎn)溫度狀態(tài)在線監(jiān)測方案的實(shí)用型組網(wǎng)模塊，能可靠地工作于多點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集監(jiān)測的實(shí)際應(yīng)用場合。該智能測溫單元可以對DS1820數(shù)字溫度傳感器系列產(chǎn)品進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，使溫度巡迴檢測系統(tǒng)獲得高可靠性、低本錢和最簡單的布線結(jié)構(gòu)。作為傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)的理想替代品，具有體積小、測點(diǎn)多、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。使用一個(gè)智能測溫單元，可以滿足64個(gè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)采集，使用外表貼裝的溫度傳感

10、器探頭，可以固定在電容器外殼進(jìn)行測溫；再通過2個(gè)環(huán)境溫度傳感器探頭測量環(huán)境溫度。每組電容器組采用一個(gè)智能測溫單元。該智能測溫單元使用RS485組網(wǎng)方式，與站端控制層的工控機(jī)連接。站端控制層站端控制層主要包括站端中心管理單元，站端中心管理單元采用臺(tái)灣研華公司的工控機(jī)，它是標(biāo)準(zhǔn)4-8U上架式工控機(jī)，其正面外觀如下列圖，具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸482356229mm，適用于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電力監(jiān)測組屏，可實(shí)現(xiàn)對變電站所有就地智能監(jiān)測單元的測量控制、通信管理、數(shù)據(jù)采集、處理分析和顯示，還可將監(jiān)測結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方系統(tǒng)。站端管理層包括一只1Gbps的以太網(wǎng)交換機(jī)，負(fù)責(zé)把就地監(jiān)測層的多只電測單元的數(shù)據(jù)匯總后發(fā)

11、送到工控機(jī)上進(jìn)行整理和分析。工控機(jī)具有一路RS232接口，并使用一只RS485-RS232適配器，將測溫單元測量到的各電容器溫度信號收集到工控機(jī)中進(jìn)行分析。工控機(jī)還配備一塊PCI插槽的GPS卡，用以提供精確的對時(shí)信號給系統(tǒng)。遠(yuǎn)方主站管理層遠(yuǎn)方主站管理層實(shí)現(xiàn)電容器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集功能，主要有遠(yuǎn)方主站管理單元，可監(jiān)測各站站端控制層及就地監(jiān)測層的運(yùn)行，控制和管理在線監(jiān)測系統(tǒng)、并收集和分析電容器的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對電力電容器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和故障預(yù)警提示，方便運(yùn)行管理人員制定維護(hù)和檢修策略。系統(tǒng)設(shè)備配置序號監(jiān)測單元名稱監(jiān)測對象技術(shù)參數(shù)、要求單位數(shù)量備注一、就地監(jiān)測層就地智能監(jiān)測單元110k

12、V并聯(lián)電容器智能監(jiān)測電測單元見技術(shù)要求臺(tái)5210kV并聯(lián)電容器智能監(jiān)測測溫單元見技術(shù)要求套43LCT2-10套管式CT見技術(shù)要求臺(tái)60二、站端控制層站端中心管理單元4站端中心管理單元1、裝置組屏安裝。2、工控PC：CPU 2GHz，1GB 內(nèi)存，120GB硬盤，1路RS485接口， 4路網(wǎng)絡(luò)通信接口，PCI GPS對時(shí)卡。3、裝置配套管理軟件1套。4、功能、指標(biāo)見技術(shù)要求。套151Gbps速率以太網(wǎng)交換機(jī)3COM以太網(wǎng)交換機(jī)臺(tái)16RS485-RS232適配器RS485-RS232適配器臺(tái)1三、遠(yuǎn)方主站管理層遠(yuǎn)方監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集管理單元7遠(yuǎn)方主站管理單元1 1臺(tái)DELL2900效勞器【配置：CPU

13、:5410 x2、內(nèi)存4G、硬盤300G x 4、DVD光驅(qū)、USB接口】、1個(gè)19寸數(shù)字液晶顯示器、1個(gè)鍵盤、1個(gè)鼠標(biāo)；2裝置配套管理軟件1套。3、功能，指標(biāo)見技術(shù)要求。臺(tái)1二、系統(tǒng)技術(shù)要求電容器監(jiān)測的告警顯示要求電容器的損壞與自身參數(shù)變化、所受到電網(wǎng)運(yùn)行的電氣量及自然環(huán)境因素的影響有關(guān)。表征電容器本身運(yùn)行參數(shù)有：電容值、電容器的溫升、電流量的縱向比擬。主要的運(yùn)行因素有：電容器的工頻過電壓、諧波電流、運(yùn)行容量、三相電壓/電流不平衡度、中性點(diǎn)電壓、投/切次數(shù)、環(huán)境溫度等。序號告警參數(shù)告警含義告警閥值1電容值監(jiān)測電容值的變化量4%2電流量的縱向比擬監(jiān)測電容值的突變事件20%3電容器溫升監(jiān)測電容器

14、的介質(zhì)損耗10%4電容器環(huán)境溫度環(huán)境溫度過高不利電容器的平安運(yùn)行405電容器的工頻過電壓電容器承受過電壓是反時(shí)限的電壓U1.1pu時(shí)間t8h6諧波電流電容器的內(nèi)部發(fā)熱諧波總有效值0.48IN7運(yùn)行容量表征電容器的重載情況1.2pu8三相電壓不平衡度各相電壓量5%9三相電流不平衡度各相總電流量5%10中性點(diǎn)電壓中性點(diǎn)的保護(hù)電壓根據(jù)電容器組參數(shù)計(jì)算確定11電容器投/切次數(shù)電容器的標(biāo)準(zhǔn)要求30次/月；1000次/年注：除了投/切次數(shù)的統(tǒng)計(jì)外，以上告警量均基于電容器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。就地智能監(jiān)測單元技術(shù)要求就地智能監(jiān)測單元測量精度要求設(shè)備名稱監(jiān)測參數(shù)測量范圍測量精度并聯(lián)電容器電壓與梯度612kV0

15、.2%電流與梯度0.1600A0.2%電壓諧波2-11次110kV0.2%電壓諧波12-19次110kV0.5%電壓諧波20-25次110kV1.0%電流諧波2-11次0.1600A0.2%電流諧波12-19次0.1600A0.5%電流諧波20-25次0.1600A1.0%電容器溫度-101000.5電容器開關(guān)位置64路無使用條件環(huán)境溫度 -20+55相對濕度 0-95%大氣壓力 86 106 kPa工作電源 DC/AC 220V20% 50Hz絕緣性能絕緣電阻用開路電壓為500V的測試儀器測量有關(guān)試驗(yàn)部位的絕緣電阻，符合以下要求：所有帶電電路與地即外殼之間的絕緣電阻不小于5M。無電氣聯(lián)系的各

16、帶電電路之間的絕緣電阻不小于10M。介質(zhì)強(qiáng)度承受頻率為50Hz5 Hz及下表所列的交流正弦波試驗(yàn)值，歷時(shí)1Min試驗(yàn)，絕緣不出現(xiàn)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。被試電路額定絕緣電壓等級UiV試驗(yàn)電壓V整機(jī)引出端子地602502500交流回路地602502500整機(jī)帶電局部地601000站端中心管理單元技術(shù)要求通訊：站端中心管理單元通過1路以太網(wǎng)接口與就地監(jiān)測智能單元交換數(shù)據(jù)；站端中心管理單元還具有3路以太網(wǎng)接口，支持完整的TCP/IP協(xié)議，可通過廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)或?qū)Ｓ芯W(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方系統(tǒng)；具備接入綜自系統(tǒng)及保信系統(tǒng)的功能。收集就地智能單元的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；狀態(tài)指示：實(shí)時(shí)顯示各就地智能

17、監(jiān)測單元的工作狀態(tài)。當(dāng)供電電源故障時(shí)，站端中心管理單元停止工作，定值、工作參數(shù)不喪失，當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)自恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)時(shí)鐘。系統(tǒng)采用GPS時(shí)鐘對時(shí)。對接收的時(shí)鐘信號的正確性應(yīng)具有平安保護(hù)措施?？扇斯ぴO(shè)置系統(tǒng)時(shí)間。告警處理被監(jiān)測電容器數(shù)據(jù)異常的處理：裝置應(yīng)提供軟報(bào)文及硬接點(diǎn)報(bào)警，同時(shí)應(yīng)提供告警窗告警方式。就地監(jiān)控單元裝置故障的處理：裝置應(yīng)提供軟報(bào)文及硬接點(diǎn)報(bào)警，同時(shí)應(yīng)提供告警窗告警方式。站端中心管理單元故障的處理：裝置應(yīng)提供軟報(bào)文及硬接點(diǎn)報(bào)警，同時(shí)應(yīng)提供告警窗告警方式。平安管理：可就地設(shè)置告警定值，應(yīng)有密碼保護(hù)。 遠(yuǎn)方監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集管理單元技術(shù)要求數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)設(shè)歷史數(shù)據(jù)庫用來保存歷史

18、數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)對象的訪問控制、授權(quán)和權(quán)限的管理，來滿足高可靠性和完整性。系統(tǒng)應(yīng)提供系統(tǒng)管理工具和軟件開發(fā)工具來進(jìn)行維護(hù)、更新和擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫的使用。歷史數(shù)據(jù)應(yīng)周期性地保存，每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)點(diǎn)都可以指定一個(gè)保存歷史數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間指定周期。系統(tǒng)應(yīng)提供訪問歷史數(shù)據(jù)庫的接口，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢和修改。所有的歷史數(shù)據(jù)應(yīng)可以存放到U盤、外置硬盤或CD上，作為長期保存。趨勢記錄應(yīng)提供實(shí)時(shí)電容器運(yùn)行狀態(tài)查詢、歷史趨勢曲線、棒圖等可顯示多條曲線，可方便定義和刪除。報(bào)表管理報(bào)表的數(shù)據(jù)來源應(yīng)包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、用戶設(shè)置數(shù)據(jù)、其它報(bào)表輸出數(shù)據(jù)。報(bào)表內(nèi)容應(yīng)包括：日報(bào)、月報(bào)、季報(bào)及年報(bào)等。報(bào)表的生成時(shí)間、內(nèi)容、格式和打印時(shí)間可由用戶定義。報(bào)表打印應(yīng)支持打印預(yù)覽、定時(shí)及召喚打印。報(bào)表的平安機(jī)制：報(bào)表的建立、修改、瀏覽應(yīng)有用戶口令保護(hù)。打印輸出提供定時(shí)打印和召喚打印方式。支持包括各種圖型和曲線等的打印。能支持系統(tǒng)配置的各種打印機(jī)Web瀏覽、定值