电容器组初期故障检测与分析

作     者：贺雷 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱珂

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电容器 电容器组 元件击穿 特征分析 

摘      要：作为一种重要的无功补偿设备,并联电容器组在电力系统中应用非常普遍。随着电力系统规模的扩大和人们对于电力需求的扩张,电网的安全稳定运行与电容器组运行情况的关系越来越紧密。电容器或电容器组发生故障,可能会引发电网无功功率的不足,导致电网电压下降、有功损耗增加等恶果,严重时甚至会引起大规模停电,这使得保障电容器和电容器组的正常运行变得也愈加重要。由于电容器结构的特殊性和工作中的频繁投切,电容器组的故障发生率非常高,而电容器组故障初期引起的电压电流波动一般较小,所配置的相应保护不易动作,这也为电容器组故障的下一步发展埋下了隐患。在电容器组初期故障之中元件击穿故障最为常见。而目前对于电容器及电容器组故障的研究主要集中在电容器本身的物理特性,包括电容器本身材料,绝缘介质,电容器内部温度等,也有部分基于电容器电气量的研究,但其中更多是基于稳态过程而对于暂态量的研究较少。本文针对电容器组最常见的内部元件老化击穿故障和元件投入击穿故障,推导计算了元件击穿熔丝熔断后的暂态电流特征。根据电容器组的结构等效出故障简化电路,然后结合电路原理,根据所得的简化电路列出了故障电路微分方程与状态方程,以解得的故障暂态电流衰减时间常数及振荡频率为基础建立了电容器组击穿故障特征信息。随后介绍了小波变换和TLS-ESPRIT(总体最小二乘-旋转矢量不变技术)两种击穿暂态的提取方法及其算例,并在MATLAB的Simulink仿真平台上对理论特征分析进行了验证,分别在理论系统,IEEE13节点及34节点系统中测量了电容器组发生元件击穿故障的暂态信号,通过小波变换和TLS-ESPRIT技术获得了与理论计算值相符的故障信号击穿故障特征信息,证明了理论分析的正确性。最后通过总结研究和理论分析对电容器元件击穿故障发展状况作出评估,为损坏元件影响下的电容器健康状态评估提供了值得借鉴的思路。综上所述,通过理论分析和仿真验证,本文提出的电容器组元件击穿故障特征和损坏元件影响下电容器健康状态评估方法完善了电容器组元件击穿过程中的暂态变化和故障发展研究,数据获取简单直接,抗干扰能力强。为电容器组初期故障检测与分析提供了一个新的解决思路。