基于虛擬儀器的電容器組在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

林繁　李長元　王永強

摘 要：電力電容器組是電力系統(tǒng)中極為重要的無功補償設(shè)備，加上電容器組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密和不可修復(fù)性。文章針對電容器組的局部放電性故障進行設(shè)計一套集高精度的雙探頭超聲波傳感器、Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及局部放電數(shù)據(jù)處理算法于一體的電容器組在線監(jiān)測系統(tǒng)。最后，結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺完成軟件界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

關(guān)鍵詞：電容器組；超聲波法；局部放電；虛擬儀器

1 概述

電力電容器是一種在電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的電氣元件之一，主要用于補償電力系統(tǒng)感性負載的無功功率，占整個補償裝置容量的首位，其安全運行對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和正常供電起著非常重要的作用[1，2]。電力電容器采用浸漬紙、浸漬薄膜以及浸漬紙和薄膜組合的絕緣結(jié)構(gòu)。因此最常見的絕緣性故障是局部放電放電故障，電力電容器的重要特點是介質(zhì)的工作場強特別高，由于局部放電使電容膨脹，早期損壞以及發(fā)生爆炸的現(xiàn)象早已引起制造部門和運行部門的重視。因此對電容器組監(jiān)測中局部放電故障是最重要的檢測點之一。

文章采用超聲波法對電容器組的局部放電故障進行實時監(jiān)測，并采用雙探頭形式的傳感器，擺脫了傳統(tǒng)的單個探頭監(jiān)測局部放電帶來的不確定與不精準性。另外文章還設(shè)計了無線傳輸裝置與利用虛擬儀器（virtual instrument，LABVIEW）設(shè)計的上位機監(jiān)測軟件，使得系統(tǒng)穩(wěn)定、有效、便捷地實現(xiàn)電容器組的局部放電監(jiān)測。

2 電容器故障分析

電力電容器組的各個電容單元表面都是封閉式的結(jié)構(gòu)，通過出線端子與母線三相連接。內(nèi)部由絕緣紙、鋁泊和電容器油構(gòu)成電容元件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部觀測不到。由于長期運行導(dǎo)致的絕緣損壞、過電壓的損害、溫度過高或者物理化學(xué)反應(yīng)均導(dǎo)致絕緣性故障。然后絕緣性故障中非常重要的就是局部放電故障。

電容器是由幾種介質(zhì)串聯(lián)的組合絕緣，在交流電壓下，電壓分配與各層的電容量成反比，在直流電壓下，電壓分配與各層的絕緣電阻成正比，因此組合絕緣的耐電強度與各成分的耐電強度和搭配情況有關(guān)。局部放電包括絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)氣隙中的放電和浸漬劑中的局部放電。局部放電可以發(fā)生在電容器極下面的絕緣層中，即均勻電場部分所包含的氣隙中，也可以發(fā)生在極板邊緣電場集中處。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

文章課題設(shè)計的電容器組在線監(jiān)測系統(tǒng)，分別包括就地檢測層和上位機監(jiān)控層。就地檢測層主要由電容器組每個單元附近安裝雙探頭的非接觸式超聲波傳感器以及就地檢測層終端的zigbee數(shù)據(jù)發(fā)送單元[3，4]。就地檢測層負責檢測電容器組的局部放電狀況并負責傳送數(shù)據(jù)至上位機監(jiān)控層的數(shù)據(jù)接收端。上位機監(jiān)控層主要由通過zigbee數(shù)據(jù)接收端接收的數(shù)據(jù)傳送至工控機，監(jiān)控主機對局局部放電數(shù)據(jù)進行實時的處理，并對局部放電數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)控。

文章設(shè)計的基于虛擬儀器技術(shù)的電容器組監(jiān)測系統(tǒng)具有如下幾個功能：

（1）利用超聲波法對局部放電進行實時檢測；（2）以具有較強特性的虛擬儀器為平臺開發(fā)了監(jiān)測軟件；（3）設(shè)計的基于小波包分析

的局部放電信號去噪算法并在軟件上實現(xiàn)；（4）實時檢測采集的局

部放電信號并實時保存于調(diào)用；（5）界面具有較強的人機互動性。

4 上位機軟件系統(tǒng)設(shè)計

為了能夠很好地監(jiān)測電容器組的絕緣故障情況，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進行檢測系統(tǒng)的設(shè)計，利用LABVIEW進行系統(tǒng)設(shè)計具有操作簡便，算法實現(xiàn)簡便等特點[5-8]。根據(jù)對系統(tǒng)功能的要求，文章監(jiān)測系統(tǒng)采用NI公司的LABVIEW 2014作為軟件開發(fā)平臺。通過zigbee數(shù)據(jù)接收端接收的數(shù)據(jù)傳送至工控機，監(jiān)控主機對局部放電數(shù)據(jù)進行實時的處理，并對局部放電數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)控。監(jiān)測界面如圖1所示。

5 結(jié)束語

文章所設(shè)計的電容器組監(jiān)測系統(tǒng)主要針對電容器局部放電故障進行檢測，結(jié)合zigbee無線傳輸特性與超聲波檢測局部放電的方法對電容器組的局部放電故障進行實時監(jiān)測。首先分析了電容器組的最主要故障—局部放電故障，并對監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能進行了設(shè)計，最后結(jié)合虛擬儀器開發(fā)平臺完成軟件界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)的分析與調(diào)用等。

參考文獻

[1]嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù)（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]王昌長，李福祺，高勝友.電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006：100-201.

[3]高守瑋，吳燦陽.zigbee技術(shù)實踐教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009：1-419.

[4]李文仲，段朝玉.zigbee2007/PRO協(xié)議棧實驗與實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009：1-310.

[5]盧鐵兵，魏金祥.局部放電超高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2008.

[6]任先文，薛磊，宋陽，等.基于分形特征的最小二乘支持向量機局部放電模式識別[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39（14）：143-147.

[7]SatishL，Zaengl W S.Can fractal features be used for recognizing 3-d partial discharge patterns [J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1995，2（3）：350-358.

[8]KrivdaA，GulskiE.The use of fractal features for recognition of 3-D dischargenpatterns[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1995，2（5）：889-892.

[9]黨曉強，劉念，蔣浩.電力系統(tǒng)中高壓電容設(shè)備在線檢測的研究[J].電工技術(shù)，2003（10）.

[10]鄧岳華，阮綿暉，劉味果.高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用與分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004（16）.