(国网福建电力泉州供电服务有限公司 福建泉州 362000)
摘要：在我国快速发展过程中，人们的生活质量在不断提高，对于用电的需求在不断加大，目前大多数电力电容器状态监测系统存在实时性不足和数据频密度不足的缺点，难以实现准确的在线故障预判，易导致故障处理滞后或误报等不良后果；文章立足于电力电容器运行和维护的实际需求，构建了一套完整的电力电容器故障在线监测系统，并给出了一套采用神经网络融合电容器电流、电容、电阻和电压等信息的故障诊断模型和方法，并在实际中进行了应用。在实际应用中，该系统能及时并准确地对电容器的异常状态和故障特征进行捕捉，避免了故障判断的滞后性，提高了获得数据的准确性，能够提高电网设备的运行和维护效率，提升电网运行可靠性。
关键词：电力电容器；在线监测；故障预判；温升监测；信息系统
引言
伴随我国工业化速度的进一步加快，电力系统容量日益增大，电网中感性负荷急剧增长，无功功率需求与日俱增。电力电容器作为电力系统重要的无功补偿设备，以其具有结构简单、造价适中、运行稳定、使用灵活等优势而得到了广泛的应用。电力电容器在长期运行中，因受设备制造质量不良、补偿回路设计不当、系统谐波污染、运行环境恶劣等因素的影响，容易造成故障发生，严重威胁电力系统的安全稳定运行，甚至引发大面积停电事故。
1并联电容器的故障及危害
并联电容器外表封闭，内部有绝缘纸、铝箔和电容器油构成串并联电容元件，内部元件从外部无法观察。补偿电容器通过出线端套管与三相母线连接，根据电容器承受的电压高低和无功补偿容量大小补偿电容器组有星形接法和三角形接法。电容器在运行过程中受到诸多因素的影响，包括其本身故障的影响，所处环境温度的影响，过电压、过电流的影响，恶劣气候的影响，电容器附属设备的故障影响以及系统运行方式的调整和系统谐波源接入等都会影响电容器的正常运行。并联电容器的故障现象包括电容器漏油、鼓肚、外壳闪络、熔断器熔断、瓷套管老化等。并联电容器的故障都会伴随有放电现象发生。并联电容器的所有故障中鼓肚的发生率最高，一般油箱随温度的变化而产生膨胀、收缩属于正常现象。但是在内部发生局部放电严重时绝缘油会产生大量气体，会时油箱变形，形成明显的鼓肚现象。发生鼓肚的电容器一般不能维修，只能更换。
2系统架构设计
现场电容器数量较多，涉及到多神经网络的在线训练，如果采用集中式的数据传输与处理方式，需要将所有的电容器的数据都放到服务器上去处理，会产生非常大的数据传输量。而且，服务器主机的可靠性将成为短板，这可能会影响整个信息系统的整体可靠性。为解决该问题，有必要设计具备中间数据处理能力的通信结构，采取具备智能运算能力的嵌入式设备能很好解决以上问题。本方案设计的信息系统结构图如图２所示。就地监测层在逻辑上采用ＴＣＰ／ＩＰ通信协议，主动向ＳＩＭＵ发送采集到的电信息和数据；而ＳＩＭＵ也能够采用主从通信方式向就地监测层轮召非电信息和数据。由于采用了ＴＣＰ／ＩＰ协议，就地监测层可以与其他系统实现互联，这也促使本系统在将来能无缝接入电力设备的物联网络。智能管理单元ＳＩＭＵ的设置，一方面降低了对服务器硬件性能的要求，大大降低了设备购置和运维的成本，另一方面，将运算分布放在各台中间层设备，大大提高了信息系统整体的可靠性。１）主站管理层：配网电容器在线监测与故障诊断系统通过服务器、工作站和工控机，提供了满足用户交互的主站管理层。
通过主站管理层，在短时的运行工作上，系统能向用户提供电力电容器参数劣化、电力电容器故障等报警，缺陷加剧或故障产生时会产生报警信号显示在主站监测屏上，主站人员得知后通知现场人员具体的位置，方便快速找到问题，实现预见性检修；在长时间尺度的管理上，系统能生成台区电力电容器监测月报告，归纳长时间的运行异常或故障的共有特征，提供决策支持。２）站端管理层：站端管理层由多台智能管理单元ＳＩＭＵ和１台１Ｇｂｐｓ速率以太网交换机组成。ＳＩＭＵ是一台嵌入式计算机，具备１ＧＭＨｚ处理、可拓展大容量存储、网络校时等能力，能实现电信息及各种非电信息的数据同步汇集，可在线进行优化问题求解等。因此，通过ＳＩＭＵ可实现对变电站所有就地监测单元的测量控制、通信管理、数据采集、处理分析和显示，当指标越限时，即在线诊断出即将故障的电容器并预警，并将结果和设备状态通过网络传输到主站系统或者远方系统。３）就地监测层：就地监测层的主要设备包括电测单元和温度测量单元，负责实时监测室内温度、湿度、电压大小、电压质量和电压波形畸变率。在正常情况下，就地监测层每分钟上传一次数据。电测单元需要采集、测量和分析：母线及电容器的电压均方根值及电压变化率、母线及电容器的电压量频域分析、母线及电容器的电流均方根值及电流变化率、母线及电容器的电流频域分析、各电容器等效电路参数和开关状态信息。电测单元采集到电参数，并将主动送至服务器或ＳＩＭＵ。由于谐波参数数据量大，对通讯速率要求不小于１Ｍｂｐｓ，故电测单元通讯采用１００Ｍ的以太网接口。
3电容器漏油的现场检查处理
如果电容器瓷套管及外壳漏油、绝缘子表面放电闪络或电容器鼓肚，则说明电容器损坏，应根据现场的电容器型号更换规格容量、试验合格的新电容器，并对整组电容器组进行三相电容量平衡试验，若不平衡，应及时调整使其平衡后恢复运行。若一时无备品更换损坏的电容器，则可在其他两相各退出一个同规格的电容器，并做三相电容器平衡试验后恢复运行，待有备品后再进行更换。当电容器发生渗漏油时，还应减轻负载或降低周围环境温度，但不宜长期运行。电容器在运行中出现渗漏油现象是比较严重的缺陷情况，若运行时间过长，浸渍剂减少，外界空气和潮气将渗入元件上部，使电容器内部绝缘降低，甚至将电容器绝缘击穿。值班人员发现严重泄露时，应汇报工区并停止使用、检查处理。
4实现设备运行状态在线监测
1）对电力电容器实际运行电压进行在线监测。电力电容器在长期过电压条件下运行，回路电流增大，会导致电容器的温升过高，加速介质绝缘老化，极易造成电容器绝缘击穿故障。国家有关标准规定：电力电容器的运行电压在1.1UN（UN为电容器额定电压）下时，每24h的最长持续运行时间为12h；在1.15UN下时，每24h的最长持续运行时间为30min。因此有必要对电力电容器自身的运行电压进行在线监测。2）对电力电容器故障特征状态量进行在线监测。实现对电力电容器的局放、介损、电容量、泄漏电流、有功损耗等特征信号的在线监测，一方面可以根据状态量对电容器故障进行判断隔离，避免事故扩大引起不必要损失。另一方面可以通过对状态量的变化范围及趋势对电力电容器的潜在缺陷进行分析，实现对故障的预判断，并对潜在故障进行预警。
结语
电力电容器作为电力系统必不可少的无功补偿装置，能否在其故障前及时发现并处理是非常重要的。针对目前大多数电力电容器状态监测系统因信息实时性不足和数据频密度不足，导致难以实现准确的在线故障预判等问题。本文立足于电力电容器运维的实际需求，构建了一套完整的电力电容器故障在线监测系统，给出了一套采用神经网络融合电容器电流、电容、电阻和电压等信息的故障诊断模型和方法。在实际应用中，该系统能及时并准确地对电容器的异常状态和故障特征进行捕捉，能够提高电网设备的运维效率，提升电网运行可靠性。
参考文献:
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