一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法及系统

摘要

本发明公开了一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法及系统，方法包括：将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过；当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。

说明书

技术领域

本发明涉及金属化膜自愈式电容器设计与制造技术领域，更具体地，涉及一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法及系统。

背景技术

金属化膜电容器应用于电力系统时，由于其运行的稳定性影响电力系统的运行安全。若电容器发生爆炸或引发火灾会对周围的电力设备造成威胁，因此，对电容器采取一定的保护措施非常有必要，当电容器内部出现击穿短路时，能对故障进行诊断并迅速切除电容器，以避免发生电容器爆发或引发火灾等事故。

因此，需要一种技术，以实现对高压自愈式电容器自愈失败后进行保护。

发明内容

本发明技术方案提供一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法及系统，以解决因电容自愈失败而产生不平衡电流的保护问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种高压自愈式电容器不平衡电流保护方法，所述方法包括：

将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过；

当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；

当所述感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。优选地，所述断路器为电磁斥力结构，所述断路器的分闸时间在3ms至6ms范围。

优选地，所述被保护电容器包括多个串联的电容器单元。

优选地，所述当所述感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容的被保护电容器从电源切除，包括：

当所述感应线圈的副边生成电压时，通过所述控制器经由光纤驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容器从电源切除。

优选地，还包括：所述光纤对地绝缘和隔离。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护系统，所述系统包括：保护电容器单元、感应线圈、控制器以及断路器；

将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；

当所述感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。

优选地，所述断路器为电磁斥力结构，所述断路器的分闸时间在3ms至6ms范围。

优选地，所述被保护电容器包括多个串联的电容单元。

优选地，所述当所述感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容的被保护电容器从电源切除，包括：

当所述感应线圈的副边生成电压时，通过所述控制器经由光纤驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容器从电源切除。

优选地，还包括：所述光纤对地绝缘和隔离。

本发明技术方案提供了一种高压自愈式电容器不平衡电流保护方法，其中方法包括：将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过；当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。本发明提出的一种高压自愈式电容器不平衡电流保护方法及系统，有效地缩短自愈失败后保护动作的时间，能够实现10ms内切除电容器。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的自愈失败不平衡电流保护原理示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的不平衡电流保护模拟试验验证接线示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的绝缘试验接线示意图；以及

图5为根据本发明优选实施方式的功能试验结果示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法流程图。目前现有技术中，高压自愈式电容器的压力保护和氢气传感器保护都是依靠自愈失败产气来进行保护的，现有技术在时间上存在一定的滞后性，而有功功率保护利用电信号进行保护，保护速度较快，但要计算有功功率仍然需要至少半个周波的时间，造成反应时间较慢。本发明提出一种高压自愈式电容器不平衡电流保护方法，进一步缩短自愈失败后保护动作的时间，实现10ms内切除电容器。如图1所示，本发明提供一种高压自愈式电容器不平衡电流保护方法，方法包括：

在步骤101：将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过；本发明监测流过每个电容器单元的电流，当正常工作时每个单元流过的电流相等，方向相反，总电流等于零；

在步骤102：当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；

在步骤103：当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。

优选地，当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容的被保护电容器单元从电源切除，包括：

当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器经由光纤驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容从电源切除。

优选地，还包括：光纤对地绝缘和隔离。

优选地，断路器为电磁斥力结构，断路器的分闸时间在3ms至6ms范围。

本发明提出的不平衡电流保护方案原理如图2所示，将两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从线圈中穿过，当正常工作时，流过每个电容器单元的电流相等，由于方向相反，因此总电流等于零，在线圈副边不会产生感应电压。每台电容器单元内部由多个串段组成，当某个串段发生自愈失败时，可以等效为某个串段并联了一个电阻，当电容C22发生自愈失败时，可以等效为在电容器C22两侧并联了一个等效电阻R，在投入电阻或切除电阻的瞬间，穿过线圈的总电流发生突变，产生比较大的电流变化率di/dt，因此会在副边感应出较高的电压。基于该原理，提出基于不平衡电流的自愈式电容器自愈失败保护方案，由于自愈式电容器元件当发生自愈失败时，相当于瞬间投入了一个并联电阻，因此也会在线圈中感应出较高的电压u，利用该电压可以去驱动一种电磁斥力结构作为操动机构的新型断路器(分闸时间可以在3ms～6ms范围内自由调节)跳闸，从而实现自愈失败10ms内将故障电容器从电源切除。

本发明开展相关模拟试验，从而验证自愈失败保护装置的故障切除时间。试验电路接线如图3所示，其中T1为调压器，380V/400V，容量100kVA；T2为升压变压器，400V/15kV，容量100kVA；L为补偿电抗器；C11、C21为稳压电容器，该电容器模拟实际电容器组中与故障电容器元件串联的电容器总电容，KK为10kV快速真空断路器，是一种利用电磁斥力结构作为操动机构的新型断路器，相对于传统弹簧机构和永磁机构断路器，其分合闸时间更快，分闸时间可以在3ms～6ms范围内自由调节。

本发明实施方式可进行高压自愈式电容器自愈失败模拟验证试验，试验分为绝缘试验和功能验证试验两部分：

(1)绝缘试验。由于线圈和控制器均处于高电位，因此在设计时，采用光纤和10kVPT进行对地绝缘和隔离。为了验证对地绝缘性能，将线圈、控制器和10kV/220V供电PT置于10kV绝缘平台上，220V/10kV供电PT落地且220V侧接地，对其进行42kV/1min工频耐压，考核通过。试验接线如图4所示。

(2)功能试验。试验接线及试验电路参数分别如图3和表1所示，试验结果如图5所示。

表1不平衡保护模拟试验电路参数

由图5的结果可以看出，电阻在39.8ms时刻附近投入，模拟电容器元件自愈失败，在41ms左右快速真空断路器分闸线圈接通，流过峰值约7kA的驱动电流，从而驱动快速真空断路器动作，在45ms左右快速开关到达额定开距，但此时电容器回路电流还没有过零，因此直到49.4ms时刻，电容器支路电流才过零熄弧，故障电容器从电源切除，故障切除时间9.6ms。由此可以看出，不平衡电流保护可以实现在自愈失败10ms内将故障电容器从电源切除。

本发明实施方式将两台电容器单元的电流引线按照相反的方向从线圈中穿过，利用电容发生自愈失败时线圈副边感应出的较高电压，去驱动断路器跳闸，实现自愈式电容器的自愈失败保护。本发明的自愈失败保护通过一种电磁斥力结构作为操动机构的新型断路器(分闸时间可以在3ms～6ms范围内自由调节)，从而实现10ms内从电源切除。

本发明提供一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护系统，其原理如图2所示。系统包括：保护电容器单元、感应线圈、控制器以及断路器；

将被保护电容器的多台电容器单元中的每两台电容器单元电流引线按照相反的方向从感应线圈中穿过；优选地，被保护电容器包括多个串联的电容单元。

当被保护电容器中的电容器单元发生自愈失败时，发生自愈失败的电容器单元的电流引线穿过的感应线圈的副边生成电压；

当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败的电容器从电源切除。

优选地，断路器为电磁斥力结构，断路器的分闸时间在3ms至6ms范围。

优选地，当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容的被保护电容器单元从电源切除，包括：

当感应线圈的副边生成电压时，通过控制器经由光纤驱动断路器跳闸，将发生自愈失败电容从电源切除。

优选地，还包括：光纤对地绝缘和隔离。

本发明实施方式提供的一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护系统与本发明另一实施方式提供的另一种高压自愈式电容器的不平衡电流保护方法相对应，在此不再进行赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。