站用电容器组一体化监测装置的研制--中国期刊网

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站用电容器组一体化监测装置的研制

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：睢媛媛

[导读] 摘要：本文围绕变电站运维检修实际情况，针对电容器组接线端子松动异常的发生，研制出具有接线端子测温功能的可视化在线监测装置，通过对电容器接线柱温度的实时在线监测，同时利用可视化监测技术及时发现电容器端子松动缺陷，降低工作人员劳动强度，为状态检修提供实时依据。

        （国网河南省电力公司开封供电公司 475000）
        摘要：本文围绕变电站运维检修实际情况，针对电容器组接线端子松动异常的发生，研制出具有接线端子测温功能的可视化在线监测装置，通过对电容器接线柱温度的实时在线监测，同时利用可视化监测技术及时发现电容器端子松动缺陷，降低工作人员劳动强度，为状态检修提供实时依据。
        一、概述
        高压并联电容器是目前电力系统使用最多的一种无功功率补偿装置。电容器在电力运行中比较常见的故障主要包括渗漏油、鼓肚、绝缘不良、熔断器烧毁等，其中危害最大且经常出现的故障是发热引起的电容器故障。引起电容器故障的发热又分为母排连接点发热和电容器外面的熔断器发热两种情况。
        本文围绕变电站电容器运维检修实际情况，将无源测温技术、泛在传感器和数字信号处理技术、可视化监测技术、无线通信技术集成应用到电容器状态监测中，提出一种可靠的、经济实用的电容器可视化在线监测预警解决方案，能够及时发现电容器组过热故障隐患，避免事故蔓延，防止设备损坏事件发生，有效提高变电站电容器组的安全管理水平。
        二、电容器组一体化在线监测系统结构
        变电站电容器组一体化在线监测系统整体结构设计如图所示：

                图1 系统整体示意图
        电容器组在线监测系统由集成温度和视频的一体化在线监测装置、无线数据传输、后台主站三部分组成。无线测温传感器、视频监控摄像头将采集到的数据传输到监测主机，监测主机再将数据通过无线通信传输系统实时传送到在线监测主站系统。在线监测分析主站系统对收到的温度、视频、图像数据进行分析处理，综合评定高压并联电容器的状态，结合反措措施进行高压并联电容器的在线监测及分析处理，为运行维护提供依据。
        三、电容器组连接处智能测温模块
        根据公司变电运维检修室的数据统计，电容器组发热缺陷占变电站内设备发热缺陷的28%，主要发热位置为单只电容器瓷柱引出与软铜排的连接处、软铜排与汇流母排连接处，后者占到了86%。目前，各个变电站内的电容器组软铜排与汇流母排连接处在运行中容易出现异常发热故障，从而影响电容器组装置的正常投切与使用。
        本文研制基于声表面波技术的无线测温传感器，传感器表面波技术应用了晶体材料的物理特性，通过压电感应原理自动转化成电信号。传感器的工作原理是将射频信号发射到压电材料的表面，然后将受到温度影响了的反射波再转回电信号而获取温度数据。声表面波传感器为无源方式，不需供电，通过的高频电磁波与采集器天线之间进行通信，实现了电气隔离，可靠性高。传感器体积小巧，可灵活安装在高压设备被测点上，不受应用环境限制。
        电容器组测温接收处理模块集成在可视化监拍装置上，负责统一对指定电容器组汇流母排、软铜排、电容器磁柱引出接线端子等易发热部位测温点的温度信息进行汇聚、存储、主站接入协议转换等功能。测温采集处理模块负责与一组传感器通信，发射测温探询射频信号到传感器，接收温度传感器的返回信号，并解析成温度信息发送回温度监测主站软件系统，实现远程在线温度监控、分析以及预警。
        四、电容器组故障隐患可视化监拍装置
        变电站电容器组一体化在线监测装置是本系统的核心，它将测温采集处理模块、可视化监拍摄像头、供电模块、无线通讯模块高度集成。电容器组一体化在线监测智能巡视装置采用一体化结构设计，从外观查看，仅仅包括太阳能电池板及一体化监控摄像机两部分。一体化机身中，主要涵盖了电源模块、控制模块、拍照模块及通信模块，从而实现了从能源获取、控制拍摄、图像存储、远程传输等主要监控工作。
        ◆供电模块
        电容器组智能巡视装置供电模块主要包括三部分，分别为由太阳能电池板、磷酸铁锂电池、超级电容、电源转换模块，实现装置运行所需能源获取及存储，并为为控制模块、功能模块进行供电。
        ◆控制模块
        电容器组智能巡视装置控制模块主要负责功能模块的开关机控制、运行时间段内的状态监测、运行异常控制、电源切换控制等，是装置控制的核心模块。
        ◆功能模块
        图像存储、温度数据存储、远程传输通信模块均为是装置的功能性模块，通过功能模块实现间歇式拍照、测温数据采集及图像、温度数据传送等功能的核心模块，主要负责间歇式拍照的实现、照片的传送、拍照计划的实施、本地照片的存储、命令接收执行等功能。
        电容器组一体化在线监测装置的主要功能特点：
        1）监测装置具备支持接入多个无源测温模块，并能将温度信息准确传至后台系统；
        2）监测装置支持手动、自动采集现场照片；
        3）监测装置主机通信方式应满足电信、联通、移动网络自适应要求，支持运营商的3G、4G网络，并可根据现场网络情况选择安装运营商；
        4）采用IP66防护等级，能适应户外环境正常工作，800万像素摄像头、蓄电池和太阳能电池板协同工作，环保的同时保障24小时响应主站平台命令。
        五、电容器组在线监测系统主站
        电容器组一体化在线监测智能巡视系统是配合前端温度、视频智能巡视装置实现全部监控摄像机、测温传感器的配置管理、召测数据、历史数据查询、异常智能分析、异常图像智能推送等功能。
        系统软件分监控中心、短信服务器、客户端三部分。系统监控中心是运行于服务器端的软件，可通过管理平台软件、服务器等设备对前端传输来的图片、温度等数据进行管理、存储、显示等操作。短信猫服务器是通过短信的方式实现客户端与监控终端的控制与数据反馈。
        软件系统以B/S架构设计，用户通过登录系统登录网址，登录“变电站电容器智能巡检一体化监控平台”

通过主界面能够清晰获得不同变电站电容器组设备统计、图像预警类别统计、设备运行状态、推送告警信息及告警设备分布等信息。通过点击异常告警提示信息能够看到通过智能辨识分析算法辨识分析后推送的异常图像，并通过图像中异常警示框对辨识风险进行标注。

        变电站运维工作人员可以在电脑、笔记本上安装配套客户端软件，通过Internet网络和4G网络对前端一体化监测装置进行数据查看和控制拍照等操作，做到随时随地对电容器组运行情况的可视化巡检和监视。
        在国家电网公司《6kV～66kV并联电容器技术监督规定》文件中规定：在电容器运行过程中，定期开展红外测温，横纵向对比接头的温度，按照输变电设备缺陷管理标准申报缺陷，要求在处理时限必须解决。若电容器接头严重过热或温度超限值，应及时停电，对发热接头进行处理，避免连接处长期发热导致恶化，确保设备的安全稳定运行。
        六、结论
        本文研制的电容器组一体化在线监测装置及系统实时监测电容器的安全运行情况，能够及时发现电容器端子松动导致的温度升高缺陷，及时发现电容器渗漏油、鼓肚、放电等故障隐患，避免事故蔓延，提高了电力系统的供电可靠性。
        参考文献：
        [1]金向朝，黄松波，陆培钧等.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，2008，29（3）：40-44.
        [2]GB 50227-2008 并联电容器装置设计规范.
        [3]张建军，孙红华.高压并联电容器在线监测系统的研究[A].输变电年会2012论文集[C].2012：447-450.
        [4]范希林.电力电容器常见故障及其诊断研究[J].科协论坛，2008，（19）