本发明公开了电力系统安全领域的一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法。其技术方案是：首先，对电容器电压信号进行采样；其次，分别通过方均根值过电压保护方法、电压峰值保护方法和电压波形保护方法对电力电容器是否过电压进行判断；最后，如果得到的判断结果为电力电容器过压，则，使继电器跳闸；否则，继电器返回。本发明的有益效果是，在保留方均根值过电压保护的基础上，针对电压峰值及电压波形因数对电容器的影响提出了电压峰值保护和电压波形因数保护，弥补了现有过电压保护存在的缺陷，在谐波严重的情况下既能够有效地保护电容器安全稳定运行，免受过电压的影响，同时又能达到延长电容器使用寿命的目的。
1.一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1：对电容器电压信号进行采样；
步骤2：分别通过方均根值过电压保护方法、电压峰值保护方法或电压波形保护方法对电力电容器是否过电压进行判断，并进行相应的动作；
步骤201：将过电压保护装置的整定值设置为电容器额定电压的1.1倍；
步骤202：将采集到的电容器电压信号的方均根值与过压保护装置的整定值进行比较；
步骤203：当采集到的电容器电压信号的方均根值大于1.1倍电容器额定电压时，则保护启动后，延时小于60s，继电器跳闸；或者当采集到的电容器电压信号的方均根值等于
步骤211：取30个连续的周期作为一个采样窗口，对电容器电压进行采样；每个周期内得到一个最大值，计算窗口内所有周期最大值的平均值UP，计算出峰值系数KP；
步骤212：设定电压峰值保护I段整定值KPZD-I和II段整定值KPZD-II；
步骤213：若KP≥KPZD-I，则保护启动；连续算出25个采样窗口的KP，若25个采样窗口的KP均大于或等于KPZD-I，则保护启动后，延时15s，继电器跳闸；若存在KP小于KPZD-I，则继续算出25个采样窗口的KP，即一共算出50个连续的采样窗口的KP，若计算出的50个连续的采样窗口的KP中有30个或大于30个采样窗口的KP大于或等于KPZD-I，则保护启动后，延时30s，继电器跳闸；若小于30个，继电器返回；
其中，U1P为 倍的电容器组额定电压；UP就是指窗口内所有周期最大值的平均值；
步骤221：取30个连续的周期作为一个采样窗口，对电容器电压进行采样，对窗口内的采样值进行离散傅里叶分解，根据傅里叶分解得到的基波和各次谐波分量，求出波形因数Kf；
步骤222：设定电压波形保护I段整定值KfZD-I和II段整定值KfZD-II；
步骤223：若Kf≥KfZD-I，则保护启动，连续算出25个采样窗口的Kf，若25个采样窗口的Kf均大于或等于KfZD-I，则保护启动后，延时15s，继电器跳闸；若存在Kf小于KfZD-I，继续算出25个采样窗口的Kf，即共算出50个连续的采样窗口的Kf，若计算出的50个连续的采样窗口的Kf中有30个或30个以上的采样窗口的Kf大于或等于KfZD-I，则保护启动后，延时
其中， h为谐波次数，Uh为电容器两端的第h次谐波电压，N是指谐波次数，U1P为 倍的电容器组额定电压。
2.根据权利要求1所述的一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法，其特征在于，所述周期的取值为0.6s。
一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统安全领域，尤其涉及一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法。
背景技术
[0002] 《并联电容器装置设计规范》规定，并联电容器装置应装设过电压保护。正常情况下，过电压保护能够保证电容器组及电力系统的安全运行。然而，近年来，随着电力电子装置的广泛应用，用电负荷的结构发生了重大的变化。大量的非线性负荷如电弧炉、电铁、晶闸管调压及变频调速装置的运行，向电力系统注入大量谐波电流，导致电网的电压波形畸变。谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害。据统计由于谐波而损坏的电气设备中，电容器约占40%，其串联电抗器约占30%，而其他被损坏的电气设备也有一部分与电容器有很大关系。由此可见，谐波对电力电容器的使用寿命造成了很大的影响。
[0003] 影响电力电容器寿命的因素有很多，例如温度、电压、谐波以及其它因素等。相关理论及试验研究表明，在谐波含量较大的情况下，电压（基波电压与谐波电压共同作用）是影响电容器老化的关键性因素，包括电压峰值、电压方均根值及电压波形因数。而现有的电容器过电压保护，一方面在谐波含量较大的环境下可能会出现拒动及误动的情况，不能有效地保护电容器；另一方面现有的过电压保护大多只涉及到方均根值过电压保护，而没有考虑电压峰值和电压波形因数对电容器的影响，因此在谐波严重的环境下，不能有效地保护电容器。
发明内容
[0004] 针对背景技术中提到的现有的电容器保护在谐波含量较大的环境下，不能有效地保护电容器的问题，本发明提出了一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法。
[0005] 一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
[0006] 步骤1：对电容器电压信号进行采样；
[0007] 步骤2：分别通过方均根值过电压保护方法、电压峰值保护方法或电压波形保护方法对电力电容器是否过电压进行判断，并进行相应的动作。
[0008] 所述采样的电容器电压信号从电容器放电线圈处取得。
[0009] 所述方均根值过电压保护方法的具体步骤包括：
[0010] 步骤201：将过电压保护装置的整定值设置为电容器额定电压的1.1倍；
[0011] 步骤202：将采集到的电容器电压信号的方均根值与过压保护装置的整定值进行比较；
[0012] 步骤203：当采集到的电容器电压信号的方均根值大于1.1倍电容器额定电压时，则保护启动后，延时小于60s，继电器跳闸；或者当采集到的电容器电压信号的方均根值等于1.1倍电容器额定电压时，保护报警。
[0013] 所述电压峰值保护方法的具体步骤包括：
[0014] 步骤211：取30个连续的周期作为一个采样窗口，对电容器电压进行采样；每个周期内得到一个最大值，计算窗口内所有周期最大值的平均值UP，计算出峰值系数KP；
[0015] 步骤212：设定电压峰值保护I段整定值KPZD-I和II段整定值KPZD-II；
[0016] 步骤213：若KP≥KPZD-I，则保护启动；连续算出25个采样窗口的KP，若25个采样窗口的KP均大于或等于KPZD-I，则保护启动后，延时15s，继电器跳闸；若存在KP小于KPZD-I，则继续算出25个采样窗口的KP，即一共算出50个连续的采样窗口的KP，若计算出的50个连续的采样窗口的KP中有30个或大于30个采样窗口的KP大于或等于KPZD-I，则保护启动后，延时30s，继电器跳闸；若小于30个，继电器返回；
[0017] 步骤214：若KP
[0018] 所述峰值系数KP的计算公式为：
[0019] KP=UP/U1P
[0020] 其中，U1P为 倍的电容器组额定电压；UP就是指窗口内所有周期最大值的平均值。
[0021] 所述电压波形保护方法的具体步骤包括：
[0022] 步骤221：取30个连续的周期作为一个采样窗口，对电容器电压进行采样，对窗口内的采样值进行离散傅里叶分解，根据傅里叶分解得到的基波和各次谐波分量，求出波形因数Kf；
[0023] 步骤222：设定电压波形保护I段整定值KfZD-I和II段整定值KfZD-II；
[0024] 步骤223：若Kf≥KfZD-I，则保护启动，连续算出25个采样窗口的Kf，若25个采样窗口的Kf均大于或等于KfZD-I，则保护启动后，延时15s，继电器跳闸；若存在Kf小于KfZD-I，继续算出25个采样窗口的Kf，即共算出50个连续的采样窗口的Kf，若计算出的50个连续的采样窗口的Kf中有30个或30个以上的采样窗口的Kf大于或等于KfZD-I，则保护启动后，延时30s，继电器跳闸；若小于30个，则继电器返回；
[0025] 步骤224：若Kf
[0026] 所述波形因数Kf的计算公式为：
[0027]
[0028] 其中， h为谐波次数，Uh为电容器两端的第h次谐波电压，N是指谐波次数，U1P为 倍的电容器组额定电压。
[0029] 所述周期的取值为0.6s。
[0030] 本发明的有益效果是：在保留方均根值过电压保护的基础上，针对电压峰值及电压波形因数对电容器的影响提出了电压峰值保护和电压波形因数保护，并利用概率的思想实现了这两种保护策略，弥补了现有过电压保护存在的缺陷，在谐波严重的情况下既能够有效地保护电容器安全稳定运行，免受过电压的影响，同时又能达到延长电容器使用寿命的目的。
附图说明
[0031] 图1为本发明提供的一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法的电压峰值保护流程图；
[0032] 图2为本发明提供的一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法的电压波形保护流程图；
[0033] 图3为本发明提供的一种谐波环境下电力电容器组的过电压保护方法的电容器过电压保护总流程图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0035] 通过谐波与电容器寿命关联性研究试验可以得出电压峰值及电压波形因数与电容器容值变化的关系，即对电容器寿命影响程度。试验采用10kV大容量扰动发生装置，产生较大畸变谐波，对所选择的电容器试品进行了多次、长时间的寿命试验。试品电容器型号为 分为两组（每组3台，单星形接线）同时进行试验，两组电容器分别串联1%和6%的电抗器，每次试验持续192h。对试验前后电容器容值变化与电压峰值及电压波斜率之间的关系进行了详细分析，根据以上两个因素对电容器寿命的影响程度及持续时间的不同，设定保护的两段整定值。
[0036]容值变化率 0.1% 0.14% 0.22%
电压峰值系数KP 0.74 1.08 1.4
电压波形因数Kf 1.13 1.13 1.3
[0037] 根据试验数据及分析结果，可以分别设定电压峰值保护和电压波形保护的两段整定值。
[0038]过电压保护策略 I段保护整定值 II段保护整定值
电压峰值保护（KP） 1.4 1.08
电压波形保护（Kf） 1.3 1.13
[0039] 1.电压峰值保护的实现
[0040] （1）I段保护，整定值KP=1.4
[0041] 对电容器两端电压进行采样，每个周期内得到一个最大值，取30个连续的周期（0.6s）作为一个采样窗口，计算窗口内所有周期最大值的平均值，得到UP，计算出峰值系数KP=UP/U1P，若KP≥1.4，则保护启动，连续算出25个采样窗口的KP，若KP均大于或等于1.4，则保护动作于跳闸（保护启动后延时15s动作）；若有KP小于1.4，则继续算出25个采样窗口的UP，即一共算出50个连续的采样窗口的KP，若KP大于或等于1.4的窗口数多于30个，则保护动作（延时30s动作跳闸），若少于30个，则继电器返回。
[0042] （2）II段保护，整定值KP=1.08
[0043] 对电容器电压进行采样，每个周期内得到一个最大值，取30个连续的周期（0.6s）作为一个采样窗口，计算窗口内所有周期最大值的平均值，得到UP，计算出峰值系数KP=UP/U1P，若KP≥1.08则保护启动。连续算出50个采样窗口的KP，若KP均大于或等于1.08，则保护动作于跳闸（保护启动后延时30s动作）；若有KP小于1.08，则继续算出50个采样窗口的KP，即算出100个连续的采样窗口的KP，若KP大于或等于1.08的窗口数多于60个，则保护动作（保护启动后延时60s动作），若少于60个，则继电器返回。
[0044] 2.电压波形保护的实现
[0045] （1）I段保护，整定值Kf=1.3
[0046] 对电容器电压进行采样，取30个连续的周期（0.6s）作为一个采样窗口，对窗口内的采样值进行离散傅里叶分解，根据傅里叶分解得到的基波和各次谐波分量，求出波形因数Kf，若Kf≥1.3则保护启动。连续算出25个采样窗口的Kf，若Kf均大于或等于1.3，则保护动作于跳闸（保护启动后延时15s动作）；若有Kf小于1.3，继续算出25个采样窗口的Kf，即共算出50个连续的采样窗口的Kf，若Kf大于或等于1.3的窗口数多于30个，则保护动作于跳闸（保护启动后延时30s动作），若少于30个，则继电器返回。
[0047] （2）II段保护，整定值Kf=1.13
[0048] 对电容器电压进行采样，取30个连续的周期（0.6s）作为一个采样窗口，对窗口内的采样值进行离散傅里叶分解，根据傅里叶分解得到的基波和各次谐波分量，求出波形因数Kf，若Kf≥1.13则保护启动。连续算出25个采样窗口的Kf，若Kf均大于或等于1.13，则保护动作于跳闸（保护启动后延时30s动作）；若有Kf小于1.13，则继续算出50个采样窗口的Kf，即一共算出100个连续的采样窗口的Kf，若Kf大于或等于1.13的窗口数多于60个，则保护动作于跳闸（保护启动后延时60s动作），若少于60个，则继电器返回。
[0049] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
