电力电容器故障检测系统的设计与实现
几种智能电容器
智能式低压电力电容器智能式低压电力电容器概述YD- 8C系列智能式低压电力电容器是低压电网高效节能﹑降低线损﹑提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备;它由智能测控单元,晶闸管复合开关电路,线路保护单元,两台△型或一台Y型低压电力电容器构成;替代常规由智能控制器﹑熔丝﹑复合开关或机械式接触器﹑热继电器﹑低压电力电容器﹑指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置.改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式,从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好,体积更小,功耗更低,价格更廉,节约成本更多,使用更加灵活,维护更加方便,使用寿命更长,可靠性更高的特点,适应了现代电网对无功补偿的更高要求;一、温度保护解决了电容器涨肚问题由于环境温度过高、母线电压偏高、谐波、漏电流等因素,导致电容器体内温度升高,如果不采取措施,导致电容器涨肚,最终爆炸;企业用户每年都要更换部分电容器,电容器涨肚问题一直没有得到有效解决;电力系统的室外杆上无功补偿箱经过一个夏天的高温就会有部分出现问题;解决方案：在电容器内埋入温度传感器,利用CPU采集电容器体内温度,在软件中设定过温保护定值,高于定值60度自动切除电容器,退出运行,确保设备不受损害;温度低于定值50度自动投入;二、过零投切技术解决了投切涌流问题目前无功补偿方式是采用交流接触器投切,投电容器的时候容易产生涌流,对电容器、对电网都有冲击；切电容器的时候,交流接触器断弧,导致如下结果：1、电容器频繁受到冲击,容量衰减,寿命降低；2、熔断器容易击穿；3、交流接触器容易损坏;因为涌流大,熔断器容易被击穿,部分开关厂改用微型断路器;虽然方便了,但是存在隐患：微型断路器的开断能力只有4000A～6000A,如果发生相间短路,触点就会粘联,不能断开控制回路,失去保护作用,严重的时候能够导致越级跳闸,扩大故障面;解决方案：采用微电子技术, CPU对电压、电流的正弦波进行交流采样,根据功率因数的变化,当需要增加无功的时候,在电压过零点投入电容器；当需要减少无功的时候,在电流过零点切除电容器;“过零投切”技术减少了浪涌电流,以上问题也不存在了;三、RS-485智能网络通讯解决了常规功率因数控制器易损坏的问题目前市场上的功率因数控制器品种繁多,价格差距很大,从200元到3000元不等,质量也差距很大;控制器出现问题,整个系统瘫痪;在电力系统中,因为控制器损坏而导致整个系统退出运行的案例很多;智能电容器智能电容器集成了现代测控,电力电子,网络通讯,自动化控制,电力电容器等先进技术;改变了传统装置落后的控制器技术和落后的机械式接触器或机电一体化开关作为投切电容器的投切技术,改变了传统无功补偿装置体积庞大和笨重的结构模式,从而使新一代低压无功补偿设备具有补偿效果更好,体积更小,功耗更低,价格更廉,节约成本更多,使用更加灵活,维护更加方便,使用寿命更长,可靠性更高的特点,适应了现代电网对无功补偿的更高要求;应用领域智能无功补偿电容器为改善供电功率因数、提高电网效率提供解决方案;主要应用领域有：■工厂配电系统■居民小区配电系统■市政商业建筑■交通隧道配电系统■箱变、成套柜、户外配电箱性能特点模块化结构智能电容器为模块化结构,体积小、现场接线简单、维护方便;只需要增加模块数量即可实现无功补偿系统的扩容;高品质电容器采用自愈式低压补偿电容器,电容器内置温度传感器,反映电容器内部发热程度,实现过温保护;嵌入投切开关模块智能电容器内置投切开关模块;投切开关模块由晶闸管、磁保持继电器、过零触发导通电路和晶闸管保护电路构成,实现电容器“零投切”,保障投切过程无涌流冲击,无操作过电压;开关模块动作响应速度快,可频繁操作;完善的保护设计智能电容器具有停电保护、短路保护、电压缺相保护、电容器过温保护等功能,有效保障电容器安全,延长设备寿命;控制技术先进控制物理量为无功功率,采用无功潮流预测和延时多点采样技术,确保投切无振荡;重载时,无功得到充分补偿;防投切振荡技术采用独特的设计原理,防止控制器死机而产生的不补偿或过补偿现象,防止电容器投切振荡;自动补偿无功功率智能电容器根据负荷无功功率的大小自动投切,动态补偿无功功率,改善电能质量;智能电容器可单台使用、也可多台联机使用;人机界面友好显示电流、电压、无功功率等设备运行参数;。
电容补偿柜补偿电容的作用和工作原理
电容补偿柜补偿电容的作用和工作原理一、电容补偿柜的作用：1.提高功率因数：电容补偿柜通过向电力系统注入无功功率，降低系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。
功率因数是衡量电力系统效率的重要指标，当功率因数低于0.9时，系统容易产生无功功率的浪费和能源的损失。
电容补偿柜的作用就是通过引入电容器来提高系统的功率因数，提高系统的效率和能源利用率。
2.减少线路电流：电压不变的情况下，由于电容器的视在功率大于电感负载的视在功率，因此在电容补偿柜的作用下，无功功率流向电容器，使得系统中的无功功率减少，从而减小了线路的额定电流。
这样可以减轻线路输电设备的负荷，延长设备的使用寿命，提高系统的可靠性。
3.降低线路损耗：由于电容补偿柜可以减小电力系统中的无功功率，当无功功率减少时，线路的传输损耗也会相应减少。
这样不仅可以减少电力系统的电能损耗，降低运行成本，还可以提高系统的供电质量。
4.改善电压质量：电容补偿柜通过调节无功功率的流动，可以有效地改善电力系统中的电压质量。
当电力系统的无功功率过大或过小时，会导致电压波动、电压降低、电压不平衡等问题。
通过引入电容补偿柜，可以调节系统中的无功功率，稳定电压，减少电压质量问题的发生。
二、电容补偿柜的工作原理：1.接入控制：当电力系统的功率因数较低时，根据实际需求，控制开关将电容器连接到系统中，使其开始补偿无功功率。
开关可以通过控制信号或根据系统中各种传感器的信号来实现。
2.断开控制：当系统的功率因数达到预设值或达到系统要求时，可以通过控制开关将电容器与系统断开连接。
也可以根据系统的负荷变化和电压波动的情况，自动调节电容补偿的连接和断开。
3.保护装置：电容补偿柜中还需要设置保护装置，用于保护电容器的安全运行。
常见的保护装置有过流保护、过压保护、过温保护等。
当电容器的参数超过或低于设定值时，保护装置会自动切断电容器的连接，以避免电容器因过载、短路等故障而受损。
总之，电容补偿柜通过控制电容器的接入和断开，调节电力系统中的无功功率，提高功率因数，减少线路电流，降低线路损耗，并改善电压质量。
电力电缆常见故障及检测方法分析
电力电缆常见故障及检测方法分析摘要：电力电缆作为电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响电力系统的安全运行电力电缆供电以其安全、可靠、，得到广泛的应用。
但是电力电缆一般都埋在地下，一旦发生故障，要经过诊断、测距(预定位)、定点(精确定位)个步骤。
采用合适的故障测试方法，尽可能快速、准确地找到故障点，减少因停电造成的损失。
关键词：电缆；故障；方法；技术一、电缆的故障类型分析电力电缆的故障类型造成电力电缆故障的原因有很多，比如：机械损伤、绝缘受潮、绝缘老化变质、过电压、材料缺陷、电缆绝缘物流失、设计和制作工艺不良以及护层腐蚀等。
按照故障出现的部位，通常可将故障类型大致分为断线故障、主绝缘故障和护层故障断线一般是由于故障电流过大而烧断电缆芯线或外界机械破坏等原因造成的，其测试比较简单。
从今年已查找的低、中、高压电缆故障的结构特点分析，电缆单相接地故障较为普遍，多是因为电缆遭受外力破坏原因造成。
也不排除本体质量造成，但这种内部短路从外表看不出痕迹较少见。
电缆相间短路故障中较少，这是因为相间短路一般都是在运行中发生，发生故障时会产生强大的短路电流造成速断保护动作而跳闸。
强大的电流所造成的高温一般都会把电缆烧断造成开路性故障。
电缆内部短路，外表看不出痕迹，此类故障一般是由于电缆质量造成的，比较少见。
从电缆的故障位置看，一条电缆最薄弱的地方是中间接头，一般的电缆都有一个或几个中间接头，在做电缆中间接头时由于环境条件限制，加上电缆敷设后不进行防潮处理，制作时中间接管压接不紧密，都可能造成电缆中间接头受潮、工艺缺陷的出现。
当运行中长期在高压电场的作用下产生电晕及游离放电，使绝缘本体形成水树直至绝缘老化并击穿。
绝缘故障根据故障电阻和击穿间隙的情况，通常将绝缘故障分为低阻、高阻及闪络性故障。
低阻故障与高阻故障的区分界限一般取电缆本身波阻抗的l0倍，但在实际测试工作中并不要求很严格地区分。
闪络性故障的故障点电阻极高，可给故障电缆施加到较高的电压，故障点才闪络击穿。
浅谈电力一次设备在线监测系统
浅谈电力一次设备在线监测系统摘要：智能变电站的在线监测系统可以对变电站进行综合监测和故障诊断,并提供整体解决方案。
安装在高压设备上的在线监测系统可以分析、诊断、预测正在或即将发生的故障,也可以区分故障性质、故障类型、故障程度及其原因,并根据该分析结果给出故障控制和解除措施,从而保障设备安全稳定运行。
本文分析了一次设备运行信息的分类和收集方法。
根据一次设备在线监测的原则和方法,提出智能变电站中在线监测的配置原则。
关键词：智能变电站一次设备在线监测配置原则1在线监测系统结构按照国家电网公司所发布的智能化和在线监测规范要求,目前智能变电站在线监测系统层次结构示意图如图1所示。
如图1所示,系统按照装置(IED)分为4层,包括站端监测单元、主IED、子IED和传感器(或监测装置)。
站端监测单元是全站的后台,负责变电站的监视和管理;主IED按监测设备类型配置,子IED负责部分监测数据的采集及转发;传感器,或与传感器一体的监测装置,直接与被监测一次设备连接。
2设备信息收集和分类2.1设备信息的分类智能电网中,与电气设备相关的所有信息包括波形、声音,图像应该是以数据的形式提供。
为了便于收集和处理,一次设备的数据被分为五种:基础数据、操作数据、测试数据、在线监测数据、缺陷数据和事故数据。
基本数据是静态的,这是一次设备的基本参数,其他数据是动态的。
反映设备的操作条件的数据包括:电压、电流、断路器动作次数等。
测试的数据包括:充电测试数据、常规测试数据和诊断试验数据,这些事由专业仪器获得的数据。
2.2设备信息的收集一次设备的信息是由通过监控设备的手动输入和自动采集收集的。
基本数据和测试数据由人工输入收集。
目前,基本数据由制造商的说明书提供,并输入由操作者提供到操作和管理系统。
测试数据是由维修人员,通过测试部门提供的测试报告输入。
设备的运行数据由通过监控设备的手动输入和自动采集收集。
目前,大部分的操作数据是通过人工输入,以及部分数据由监控系统中的变电站收集诸如电压、电压、电流、开关设备的位置的信号,和变压器油的温度等。
PLC技术在变电站电容器控制中的应用分析
PLC技术在变电站电容器控制中的应用分析摘要：随着电力系统对电能质量的要求不断提高，变电站电容器的应用日益广泛。
电容器能够提供无功补偿和电压支持，从而提高电力系统的供电可靠性和电能质量。
然而，传统的电容器控制方式存在控制效果差、灵活性低的问题。
本文分析了可编程逻辑控制器（PLC）在变电站电容器控制中的应用，PLC具有实时控制、高可靠性、方便维护等优点，能够实现电容器的闭环控制，提高电力系统的稳定性和电能质量。
关键词：可编程逻辑控制器（PLC）、变电站、电容器控制、无功补偿、电压支持随着电力系统对电能质量的要求不断提高,变电站电容器的应用日益广泛。
电容器能够提供无功补偿和电压支持,从而提高电力系统的供电可靠性和电能质量。
但是传统的电容器控制方式存在控制效果差、灵活性低的问题。
可编程逻辑控制器(PLC)具有实时控制、高可靠性、方便维护等优点,在变电站电容器的闭环控制中具有广阔的应用前景。
一、PLC技术概述（一）PLC的工作原理可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门为实现工业过程控制而设计的数字计算机。
它的工作原理主要基于存储程序控制的概念，即通过内部存储器来存储执行控制任务的指令。
PLC通过读取输入设备的状态，根据预设的程序进行逻辑运算，然后生成相应的控制信号驱动输出设备。
这种工作方式使得PLC能够对各种复杂的工业过程进行高效、准确的控制。
（二）PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理单元（CPU）、输入/输出（I/O）模块、存储器和电源模块组成。
CPU是PLC的核心，负责执行用户程序，处理数据和控制I/O模块。
I/O模块是PLC与外部设备交互的接口，负责接收输入信号和发送输出信号。
存储器用于存储用户程序和数据。
电源模块为PLC提供稳定的工作电源。
（三）PLC的软件设计PLC的软件设计主要包括系统软件和应用软件两部分。
系统软件是PLC的操作系统，负责管理和控制PLC的硬件资源，提供各种基本服务。
应用软件是用户根据实际控制需求编写的程序，用于实现特定的控制任务。
高压差分取样电路
高压差分取样电路高压差分取样电路是一种常见的电路设计，用于在高压差条件下进行电压或电流的精确采样和测量。
本文将介绍高压差分取样电路的工作原理、常见应用和设计注意事项。
一、工作原理高压差分取样电路由差分放大器和取样电容器组成。
差分放大器的作用是放大输入信号，并通过负反馈实现对差模信号的抑制，从而提高电路的抗干扰能力。
取样电容器则用于存储被采样的电压或电流信号。
在工作时，高压差分取样电路首先将输入信号经过差分放大器放大，并将放大后的差模信号送入取样电容器。
当需要进行采样时，通过控制开关将取样电容器与输入信号连接，使得电容器能够存储被采样的信号。
然后再通过控制开关将电容器与差分放大器断开连接，以防止信号在放大器中被进一步放大或变形。
最后，将电容器上的信号通过采样保持电路进行保持，以便后续的测量和处理。
二、常见应用高压差分取样电路广泛应用于电力系统、电力电子设备和高压实验中。
以下是几个常见的应用场景：1. 电力系统中的故障诊断：在电力系统中，高压差分取样电路可以用于检测电力设备中的故障信号。
例如，当电力设备出现短路或过载时，会产生异常的电流波形。
通过采样和测量这些波形，可以判断设备的工作状态和诊断故障原因。
2. 高压实验中的测量：在高压实验中，常常需要测量高压环境下的电流或电压信号。
高压差分取样电路可以通过放大和采样这些信号，实现对高压实验过程的监测和分析。
3. 电力电子设备的控制：在电力电子设备中，高压差分取样电路可用于检测和控制电流或电压的变化。
例如，在电力变换器中，通过采样输入和输出信号，可以实现对电力变换过程的控制和保护。
三、设计注意事项设计高压差分取样电路时，需要注意以下几点：1. 选择合适的差分放大器：差分放大器应具有高共模抑制比和足够的增益，以保证信号的准确放大和抗干扰能力。
2. 控制开关的选择和驱动：控制开关应能够承受高压差条件下的工作，并能够稳定地进行开关操作。
此外，还需要合适的驱动电路来控制开关的开关时间和稳定性。
真空断路器投切电容器组产生过电压问题的分析与解决
真空断路器投切电容器组产生过电压问题的分析与解决宁夏英力特化工股份有限公司树脂分公司110kV变电所有两台63000kV A的三圈主变，并列运行，35kV侧及6kV侧采用分段运行方式。
无功补偿装置接在6kV母线上，每段母线上个两组，每组容量4800kVar。
在投运过程中发生过三次严重过电压事故，每次都造成多只电容器击穿及单只电容器熔丝发生群爆。
第一次事故是在2008年8月大修后投运2#电容器组时，发生单相过电压。
第二次事故发生在2009年2月临时检修完成后，投运3#电容器组时发生过电压。
第三次是2011年3月31。
两次都为三相相间过电压。
在第二次事故发生后采取了在每组电容器组电抗器两端加装过电压吸收装置的措施，希望能抑制、吸收操作过程中产生的过电压。
经过两年的运行，虽然该装置起到了一定的作用，在这两年中的投运未发生故障。
但在2011年3月31投运时又出现过电压的现象，说明该装置并不能从根本上解决真空开关投切电容器产生过电压的问题。
因我公司110kV变电所投切电容器组的断路器为真空断路器，真空断路器虽然一般情况下能满足频繁投切电容器组的需要，但因其在合闸过程中可能出现断口预击穿、合闸弹跳、合闸不同期等问题，在分闸过程中可能会出现单相、亮相重燃、截流等问题，这些问题都会产生严重的过电压，故存在很大的安全隐患。
而我变电所所采用的金属氧化物避雷器不能完全有效地吸收真空断路器因上述原因产生的操作过电压，所以只有采取更加有效的措施，从根本上消除操作过电压，才能保证电容器组的投切安全。
在电力系统中，电容器组进行控制最早采用的是少油断路器，然而少油断路器对频繁操作的投切电容器组来说并不能完全满足其使用要求。
近年来真空断路器以其使用寿命长，可频繁开断、无油、少维护等优点，在电力系统中得到了广泛的应用，因此电力系统也希望用真空断路器来取代少油断路器投切电容器组。
而近年来随着真空开关在中压领域占领了绝对优势的市场份额，使这一需求显得更加突出和紧迫。
电力二次系统接地故障诊断分析
电力二次系统接地故障诊断分析摘要：在经济快速发展的背景下，中国已经开始全面建设智能电网，常规变电站和常规电网在南方电网中得到了广泛应用。
但常规站易发生交流串联成直流、直流接地等安全事故，不利于变电站的安全运行。
智能变电站具有二次系统升级和优化的优势。
二次系统是智能变电站最大的特点，它关系到整个变电站运行的安全稳定。
因此，在二次系统工作中，相关技术人员需要综合考虑各种因素，选择合理的系统接地方式，有序地进行生产组织工作。
确保各生产环节的有序进行。
这样，一方面能够为变电站的稳定运行提供保障，另一方面也能有效延长相关电力设备的使用周期。
关键词：电力；二次系统；接地故障；诊断引言现阶段，中国电力工业蓬勃发展，各地大量新建自动化变电站，站内配备多个继电保护装置，实行变电站无人值守模式，这对于降低变电站运行维护成本，改善变电站运行条件具有重要的现实意义。
与此同时，电力二次系统受到高电压等级一次设备、现场电磁环境、雷电流等因素影响，常发生继电保护装置误动、拒动等故障，威胁到变电站安全运行。
开展对二次系统接地技术的应用研究，保障变电站安全平稳运行。
1.变电站二次系统组网方案1.1总体优化方案1）在风险分析中，需要考虑二次系统故障对主系统的影响，优化二次系统组网方案可以有效降低网络风险。
2)二次装置风险与参与功能实体的类型、数量和节点程度有关。
在日常操作维护中，被保护设备的节点程度大，涉及的功能类型复杂。
在二次系统组网优化方案中，应重点关注保护功能和参与相关功能的二次设备。
在此基础上，设计了智能变电站二次系统组网方案。
在保证变电站二次系统整体结构不变的基础上，对智能变电站的保护跳闸方式和模拟量采集方式进行了优化。
将间隔交换机设置在各个间隔中，间隔交换机在系统中相连的设备有终端装置、保护装置以及测控装置，间隔交换机之间通过中心交换机相连，构成全站GOOSE网络。
将同源冗余星型双网配置在智能变电站的二次系统中，其主要目的是提高系统的可靠性。
电力系统分析实验报告
电力系统分析实验报告学院: 电气信息学院专业: 电气工程及其自动化班级:姓名:学号:目录一，实验内容及目的 (3)二，实验条件 (3)①实验接线图： (3)②实验原理： (3)三，实验过程 (4)①单机—无穷大系统稳态运行实验 (4)②电力系统暂态稳定实验 (5)四，数据分析 (6)①单机—无穷大系统稳态运行实验 (6)②电力系统暂态稳定实验 (7)五，思考题解答 (7)①单机—无穷大系统稳态运行实验 (7)②电力系统暂态稳定实验 (8)六，实验总结 (9)附，发电机并网的其它方法 (10)①准确同步投入并联 (10)②自同步投入并联 (11)一，实验内容及目的①内容：单机—无穷大系统稳态运行实验；电力系统暂态稳定实验②目的：1）．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围；2）．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称对运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等；3）．通过实验加深对电力系统暂态稳定内容的理解，使课堂理论学习与实践结合，提高感性认识。
4）．通过实际操作，从实验中观察到系统失步现象和掌握正确处理的措施。
5）．用数字式记忆示波器测出短路时短路电流的非周期分量波形图，并进行分析。
二，实验条件①实验接线图：系统接线图如下②实验原理：1）单机—无穷大系统稳态运行实验：电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。
为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。
实验用一次系统接线图如图所示。
本实验系统是一种物理模型。
原动机采用直流电动机来模拟，原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。
实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。
深圳华冠-JKF电容补偿控制器说明书
深圳华冠-JKF电容补偿控制器说明书深圳华冠-JKF电容补偿控制器说明书一、产品概述1.1 产品介绍深圳华冠-JKF电容补偿控制器是一款用于实现电力系统中电容器补偿控制的设备。
通过精密的电路设计和控制算法，可以自动调节电力系统中的功率因数，提高电网稳定性和供电质量。
1.2 产品特点1.2.1 高精度控制：采用先进的控制算法，实现对电容补偿的精确控制，保证电力系统的稳定运行。
1.2.2 大容量支持：支持多组电容器并联补偿，适应不同规模的电力系统需求。
1.2.3 可靠性设计：具备过载保护、过压保护、短路保护等多重保护机制，保证设备的安全运行。
1.2.4 用户友好界面：配备液晶显示屏和按键操作界面，方便用户进行设备的配置和调试。
1.2.5 远程监控功能：支持远程通信接口，可以通过网络对电容补偿控制器进行远程监控和管理。
二、产品安装2.1 安装准备2.1.1 确定安装位置：根据电力系统的需求和设备的要求，选择合适的安装位置。
2.1.2 确定接线方式：根据电路要求和设备的接线图，确定接线方式。
2.1.3 检查设备完整性：开箱检查设备是否完整，包括主机、外壳、配件等。
2.2 安装步骤2.2.1 固定主机：根据设备的要求，将主机固定在合适的位置上。
2.2.2 连接电源：根据设备的电源要求，连接适配器或电源线。
2.2.3 接线连接：根据接线图，将设备和电力系统进行正确的接线连接。
2.2.4 安装配件：根据需要，安装配件，如外壳、天线等。
三、产品使用3.1 设备开机与检测3.1.1 接通电源：将设备插入电源插座，接通电源。
3.1.2 检查显示屏：检查液晶显示屏是否正常显示相关信息。
3.1.3 检查指示灯：检查设备指示灯的状态，确认设备是否正常工作。
3.2 参数设置与调整3.2.1 进入设置界面：按下设备上的设置按钮，进入参数设置界面。
3.2.2 设置电容补偿参数：根据电力系统的需求，设置电容补偿的参数，如电容器容量、电压等。
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刘艳/工程师关键词/Keywords电容器·在线监测·虚拟仪器·数据库·谐波·
专栏|Columns
78·建筑电气·2011年第30卷第12期
电力电容器故障检测系统的设计与实现介绍了一种基于虚拟仪器的电力电容器故障检测系统的设计与实现。该系统利用虚拟仪器设计平台，实现对电容器组的实时监测、预警和报警；利用缓冲机制对电容器运行参数和信号进行有效的采集和存储；利用谐波分析技术，检测分析电容器运行时谐波状况；利用ADO技术在虚拟仪器平台中调用外部数据库，对存储的电容器运行参数和信号进行查询和管理。经过在11kV变电站一段时期的运行，证明系统运行稳定、可靠且功能全面，满足了实际在线监测的需要。刘艳1刘瑞云2陶维亮3倪学锋1王先培3/1.国网电力科学研究院2.武汉电力高等职业学院3.武汉大学在电力系统，高压并联电容器装置是一种广泛应用于电力输配电系统的无功补偿设备，能够有效改善系统的功率因数，调整网络电压和降低线路损耗，是电网降损升压的有效手段。近些年来，尽管电容器的生产工艺有了大幅度的提高，介质材料也有了相应的改进，但仍不断发生严重的电容器爆炸事故，造成群死群伤事件，对系统安全运行及运行检修人员人身安全都构成了较大的威胁。因此，对电容器的状态在线监测是电力科技工作人员关注的问题之一。本文提出了一种基于虚拟仪器技术的电容器在线监测装置。在电容器两端获取实时电流或电压信号，通过数字信号处理，以此得到电容器的工作状态。装置具有实时监测、预警、报警、谐波分析、录波及查询等功能。介绍了在线监测系统进行故障检测的基本原理，以及该系统在虚拟仪器平台上的实现方法，最后论文对该系统在某11kV变电站一段时间的运行结果进行了分析。国家自然科学基金（50677047）。分析结果表明系统准确、可靠，满足了实际在线监测的需要。
基本原理假设电容器工作电压为U（V），工作电流为I（A），电容量为C（F），ω是电容器工作频率，则有UI=1ωC（1）
正常工作状态下，没有内部元件损坏时，各台电容器并联在三相母线上，电流的有效值基本相等。一旦某台电容器发生内部元件击穿或其他故障时，电容量变化为C'，母线电压不变，则其运行电流I'随C'等比例变化，即
I'I=C'C（2）
11kV并联电容器装置内部结构一般
为4串16并，图1为其内部结构示意图。设每个单元的电容量为C0/4，则其总的电容量为
C=C0/4×164=C0（3）
图1并联电容器装置内部结构示意图对于无内熔丝保护、采用外熔断器保
护的并联电容器，当电容器内部某一单元被击穿时，其所在串段的其他单元将被短路，电容器总的电容量将变为
C'=C0/4×163=4C0/3（4）相对故障前，电容量增大了33.3%。电力电容器故障检测系统的设计与实现www.eage.com.cn2011年6月下·建筑电气·
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对于有内熔丝的电容器，若某一串段中有一个小单元被击穿，与它并联的电容器元件将对它放电，放电电流熔断熔丝，从而将它从线路中切除。此时电容器总电容量为
C'=114C0+14C0+14C0+415C()
0=160C0/61≈0.984C0（5）
相对故障前，电容值减小了1.6%。由上述分析，对于无内熔丝的电容器，如果内部有一个单元损坏时，其工作电流将增大33%；对于有内熔丝保护的电容器，如果内部有
一个单元损坏时，其工作电流将减小1.6%。基于这种原理，监测系统通过分相实时比较各台电容器上的电流值就可以监测它们的工作状况，继而判断是否有故障发生，并定位故障所在。
系统设计及信号处理流程该系统的结构框图如图2所示。先通过互感器对电容器组中的每一台电容器的电流及相电压进行采样并在采集卡中转换为数字信号，然后传送到工控机端进行信号处理并在显示终端报警、显示，处理的数据通过局域网分发到各客户端。
图2系统设计结构图信号处理程序流程如图3所示。首先初始化系统，然后启动采集并获取数据。对数据进行分析，判断其分合闸动作、故障现象，根据电容器状态将其各次谐波、失真度等参数作为历史数据存入数据库中，供用户调用查询。
图3数据处理流程图监测系统部分功能程序实现1.电容器故障录波
为了帮助查明事故原因，必须保存特定时刻（如发生故障、故障工作电流变化以及分合闸）前后的电容器的电流波形。为达到上述目的，首先需要定义多种触发源，如电容器发生故障、发生故障后的状态变化、分闸和合闸等，其次要求系统具备预采集功能，以便将故障和分合闸等状态下电容器运行从瞬态到稳态的过程完整地记录下来。图4为本系统实现缓冲采集的程序框图。新采集数据由AIREAD子vi读取后，存入缓冲区sampleData的末端，然后将其最前端截断，得到
新缓冲数据sampleDataNew，循环处理即实现了FIFO缓冲功能。而分析处理的数据curData取自
缓冲区中部，一旦判断异常，则将整个缓冲区的专栏|Columns
80·建筑电气·2011年第30卷第12期
数据存入数据文件中，同时系统报警。图4FIFO缓冲区的程序框图该处理机制使系统对电容器故障捕捉延时了半个缓冲区的存储时间。为此，程序对最近采集数据newInData也进行故障分析，如发现异常，则进行预警。2.数据库管理要根据触发事件、触发时间等条件来查询存储的历史数据，必须在存储时就按一定的规则，对数据信息进行有效的组织和存储。本系统利用虚拟仪器设计平台的ActiveX功能，调用MicrosoftADO对象，利用SQL语言实现数据库的访问［11-12］。主要有四个步骤，如图5所示。图5操作Oracle数据库的程序框图（1）新建并打开ADO对象在访问数据库前，必须首先新建一个ADO对象。在前面板控件中选择Refnum→AutomationRefnum，设置该引用为数据库连接对象ADODB.Connection。在程序面板中选择Connectivity→ActiveX→AutomationOpen，将ADO对象ADODB.Connec-tion的输出引脚与其输入引脚AutomationRefnum相连，即可打开ADO对象。（2）连接数据库选择ApplicationControl→InvokeNode节点，将AutomationOpen的输出引脚AutomationRefnum与节点的输入引脚reference相连，此时节点自动成为connection类型，单击节点的Method选项，选择Open，正确设置“ConnectionSring”连接到数据库的字符串，“UserID”数据源的用户名和“Password”数据源的密码，即可连接指定数
据源。（3）操作数据库
再选择一个InvokeNode，将前面InvokeNode的输出referenceout与此节点的reference相连，单击节点的Method选项，选择Execute，在输入引脚CommandText中设置SQL命令文本，即可对已连接的数据库进行相应的操作，产生的结果以RecordSet的形式，由引脚Execute输出。将数据集输出连接到一个InvokeNode，选择相应的Method选项即可实现数据集操作，本例中未对数据集进行操作，Method选择为Close，关闭数据集。（4）关闭数据库连接和ADO对象
对数据库访问操作完毕后要及时关闭连接对象以释放内存和所用的系统资源。生成一个In-vokeNode节点，与数据库操作节点的输出相连，选择该节点待执行的操作为Close，即关闭数据库连接，然后选择ApplicationControl→CloseRefer-ence来关闭ADO对象。3.谐波计算误差分析
谐波污染是造成电容器工作异常或损坏的重要原因之一。因此准确、实时检测电容器电流、母线电压、谐波含量及总谐波失真度是在线监测系统的一项重要工作。系统采用较成熟的傅里叶算法来计算得到基波和频率为基波频率整数倍的各次谐波的幅值和相位［11］。
图6为计算谐波的FFT算法程序框图。算法原理本文不做赘述，仅分析算法的主要计算误差，并研究减少误差的措施。（1）频谱混叠和频谱泄漏
对周期为T的连续信号作间隔N点采样时，采样周期为T/N，对应的采样频率为信号频率的N倍电力电容器故障检测系统的设计与实现www.eage.com.cn2011年6月下·建筑电气·
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fs=NT=Nf（6）设待测信号的最高谐波频率为fc，
则采样频
率必须满足fs＞2fc，
才能得到各次谐波对应的全
部频谱。当fs＜2fc时，高于fs/2的谐波频谱将混叠到低频段的谐波频谱中去，造成频谱混叠而产生采样误差。fs越高，产生的频谱混叠误差越小。
图6带Hanning窗的FFT算法的程序框图为减少频谱混叠误差，通常采取提高采样频率的办法。本系统采样频率fs为10kHz，奈奎斯特频率为5kHz，远远超过所需最高谐波频率，有效减小了频谱混叠。（2）频谱泄漏
对无限长的信号进行频谱分析，必须将其加窗截断。而窗函数是频带无限的函数，它必将扩展信号在频域的能量与分布。对数字信号来说，通常采样信号与周期信号不匹配，会出现频率泄漏现象。为了减少频谱泄漏，必须使采样窗与信号周期严格同步［12］，但实际运行的电网电流受到外界
干扰时，频率会微小变化，给精确计算其实际周期带来困难。系统采用过零点检测算法来计算周期，其基本思想是从离散数字信号中，找出两个相邻的正斜率过零点，由此确定波形的周期。如图7所示，设第一个正斜率过零点的前后采样值为υ0，υ1，
采样时间为t0，t1。第二个正斜率过零点的前后采样值为υL，υL+1。采样时间为tL，tL+1。设信号周期为Tc，采样周期为Ts。采样间隔足够短时，υ0，υ1之间以及υL，
υL+1之间的正弦曲线可近似为直线，则有［11］
T1=υ1υ1－υ0Ts（7）
图7过零点检测法TL=υLυL+1－υLTs（8）
如果一个周期的采样点数为L－1，则信号周期为Tc=（L－1）Ts+T1+TL（9）
要进行傅里叶变换，要求一个周期的采样点数应当是2n。由于量化误差存在，不能保证这一点，但通过测得的实际周期可以重新计算采样间隔T's=Tc/2n，然后将一个周期内的L－1个数据
等间隔线性插值成2n个数据。假设原始的采样数据为f（t1），f（t2），…，f（tL－1），线性插值成M
（=2n）个数据后，采样数据为f（t'1），f（t'2），…，f（t'M）。对于任意的t'i，总能找到tj，tj－1（1
≤j≤L－1），满足tj－1≤t'i≤tj。插值公式如下［14］
f'（ti）=t'i－tj－1tj－tj－1［f（tj）－f（tj－1）］+f（tj－1）
（10）数据分析该监测系统在南方某11kV变电站中运行了一段时期，运行状况正常，除了实时检测电容电流和相电压的幅度、频率、相位及谐波等各项参数外，还对电容器发生异常、分闸、合闸以及异常电容器跟踪波形的变化时刻前后一段时间的信号、参数进行了较准确的记录，对使用单位查找电容器异常的原因起重要作用。系统安装在变电站的控制室，监测的电容器组为三相，每相八台电容器，都使用外熔丝保护，一段时间运行后，存储的信号如图8所示。图8a为电容器发生异常时的电流波形。可以看出，无内熔丝的电容器发生故障时，其电容电