energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2016-59-6-563-572energy-1041Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGМЕТОДИКА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ КОНДЕНСАТОРОВ НА АНОРМАЛЬНЫЙ НАГРЕВTHE DIAGNOSIS TECHNIQUE OF ABNORMAL HEATING OF POWER CAPACITORSЗализныйД. И.ZaliznyD. I.

Адрес для переписки: Зализный Дмитрий Иванович – Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, просп. Октября, 48а, корп. 2, 246746, г. Гомель, Республика Беларусь Тел.: +375 232 40-57-64  kaf_power@gstu.by

kaf_power@gstu.byГомельский государственный технический университет имени П. О. СухогоБеларусьPavel Sukhoi State Technical University of GomelBelarus201601122016596563572Copyright © Зализный Д.И., 20162016Зализный Д.И.Zalizny D.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1041

Существующие системы защиты и диагностики не способны выявлять анормальный нагрев силовых конденсаторов, обусловленный развитием их внутренних неисправностей. В статье предлагается методика, позволяющая на ранней стадии обнаружить такой нагрев. Данная методика содержит аппаратную часть и алгоритмы. Аппаратная часть состоит из микропроцессорного прибора, разработанного автором, измерительных трансформаторов тока и датчиков температуры. Это оборудование необходимо подключить к конденсаторной установке с номинальным напряжением 380 В. В процессе работы прибор осуществляет непрерывное измерение температуры поверхности корпуса каждого конденсатора установки, температуры внешней окружающей среды, напряжений и токов со стороны источника питания. Измеренные величины используются в математической модели тепловых процессов, позволяющей рассчитывать температуру наиболее нагретой точки каждого конденсатора в режиме реального времени. Затем выполняется расчет характеристической разности Dq1 между среднесуточными значениями температуры диэлектрика и начальным среднесуточным значением этой температуры за вторые сутки от начала измерений. Если величина Dq1превысит значение абсолютной погрешности моделирования, то формируются диагностические сигналы уровней опасности анормального нагрева: низкий, средний, высокий и очень высокий. Также необходимо выполнять расчет скорости изменения ΔΘ1° и учитывать полученные значения при формировании уровней опасности. При низком и среднем уровнях опасности анормального нагрева рекомендуется работа системы диагностирования на визуальный сигнал, при высоком уровне – работа на визуальный и звуковой сигналы, а при очень высоком уровне – на отключение конденсатора от сети. Приведенные алгоритмы разработаны эвристически. Окончательное их формирование возможно только после многолетней эксплуатации предлагаемой системы диагностирования на реальных объектах. Внедрение разработанной системы снизит вероятность внезапного отказа конденсаторных установок и соответственно повысит надежность системы электроснабжения предприятия.

The existing system of protection and diagnostics are not able to detect abnormal heating of the power capacitors caused by its internal malfunction formation. The paper contains a proposal of a technique that enables to detect such heat at its early study. This technique consists of a hardware and an algorithms. The hardware consists of a microprocessor-based instrument developed by the author, of measuring transformers of current and of temperature sensors. This equipment must be connected to the condenser unit with a rated voltage of 380 V. In operation, the device performs continuous measurement of the surface temperature of the casing of each condenser, the temperature of the external environment, voltage and current from the power source. The measured values are used in the mathematical model of thermal processes that enables to calculate the temperature of the hottest point of each capacitor in real-time. Then the calculation of the intrinsic difference ΔΘ1° between the average temperature values of the dielectric and the base average value of this temperatures during the second day from the start of the measurements. If the Dq1 value exceeds the value of the absolute error of simulation, diagnostic signals of abnormal levels of heating, viz. low, medium, high and very high, are generated. It is also necessary to calculate the rate of change of ΔΘ1° and to consider the values obtained in the formation of hazard levels. For the low level and the average level of hazard the operation of diagnostic system with a visual signal is recommended, while for the high level of hazard it is recommended to use both visual and sound signals, and for the very high hazard level the capacitor ought to be turned off from the source. The algorithms have been developed heuristically. The final formation of the algorithms is possible only after the long-term operation of the proposed diagnosis system on real objects. The implementation of the developed system will reduce the probability of sudden failure of capacitor units and, correspondingly, will increase the reliability of power supply system of enterprise.

силовой конденсатордиагностикаанормальный нагревсистема диагностированияpower capacitordiagnosisabnormal heatingdiagnosis systemReferencesHao, Ma. Fault Diagnosis and Failure Prediction of Aluminum Electrolytic Capacitors in Power Electronic Converters / Ma Hao, Wang Linguo // 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005. IEEE, 2005. 6 p.Ma H., Wang L. (2005) Fault diagnosis and failure prediction of aluminum electrolytic capacitors in power electronic converters. 31st Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2005. IEEE. 6. DOI: 10.1109/IECON.2005.1569014Parler, S. G. Predicting Operating Temperature and Expected Lifetime of Aluminum-Electrolytic Bus Capacitors with Thermal Modeling / S. G. Parler, L. Macomber // Powersystems World International Conference & Exhibit (PCIM), November 9-11, 1999. Chicago, 1999. 9 p.Parler S. G., Macomber L. L. (1999) Predicting Operating Temperature and Expected Lifetime of Aluminum-Electrolytic Bus Capacitors with Thermal. Powersystems World International Conference & Exhibit (PCIM), November 9-11, 1999. Chicago. 9 p.Устройство непрерывного контроля состояния силовой конденсаторной батареи: пат. 2103778 РФ: МПК H02H7/16, G01R31/00 / Н. П. Александрова, К. М. Антипов, А. А. Филиппов; дата публ. 27.01.1998.Alexandrova N. P., Antipov K. M., Filippov A. A. (1998) Device for Continuous Monitoring of the State of Power Capacitor Bank. Patent Russian Federation no. 95117174 (in Russian).Intelligent Monitoring System for Capacitor Complete Device: pat. CN 203434604, H02H3/04; H02H7/16 / Fu Shengchun, Shi Juan; date publ.: 02.12.2014.Fu Shengchun, Shi Juan (2014) Intelligent Monitoring System for Capacitor Complete Device: ?atent CN 203434604.Device for Capacitor Bank Protection and State Monitoring and Method Thereof: рat. CN 101609977 (A): H02H7/16 / Xiaoxiang Ping, Xiangyu Liu, Changxing Yang; publ. date: 23.12.2009.Xiaoxiang Ping, Xiangyu Liu, Changxing Yang (2009) Device for Capacitor Bank Protection and State Monitoring and Method Thereof. Patent CN 101609977 (A).Dynamic Self-Adaptive Protection Device of Power Capacitor and Control Method: рat. CN102130443 B: H02H7/16 / Zairong Lin, Xuebao Liu; publ. date: 20.07.2011.Zairong Lin, Xuebao Liu (2011) Dynamic Self-Adaptive Protection Device of Power Capacitor and Control Method. Patent CN 102130443.Intelligent Power Capacitor with Overcurrent and Overtemperature Protection: рat. CN 203352146, H02H7/16 / Zhao Jiasong, Wang Guanlin, Hu Guofu; publ. date: 18.12.2013.Zhao Jiasong, Wang Guanlin, Hu Guofu (2013) Intelligent Power Capacitor with Overcurrent and Overtemperature Protection. Patent CN 203352146.Method and Device for Predicting Electrolytic Capacitor Defects, Converter and Uninterruptible Power Supply Equipped with Such a Device: рat. US 8090548 B2: G01R 27/2605, G01R 31/028, G01R 31/40 / A. Karim, R. Christophe, R. Gerard, V. Pascal; publ. date: 03.01.2012.Karim A., Christophe R., Gerard R., Pascal V. (2012) Method and Device for Predicting Electrolytic Capacitor Defects, Converter and Uninterruptible Power Supply Equipped with Such a Device. Patent US 8090548 B2.Разработка методов и средств для раннего диагностирования электродвигателей и силовых конденсаторов по тепловым параметрам: отчет о НИР (заключ.) : / Гомельский госуд. техн. ун-т имени П. О. Сухого ; рук. Д. И. Зализный. Гомель, 2015. 177 с. № ГР 20141241.Zalizny D. I. (2015) Development of Methods and Tools for Early Diagnosis of Electrical Motors and Power Capacitors According to their Thermal Parameters: a Concluding Report on Research Work. Number of State Reg. 20141241.Gomel, Sukhoi State Technical University of Gomel. 177 (in Russian).Кучинский, Г. С. Силовые электрические конденсаторы / Г. С. Кучинский. М.: Энергоатомиздат, 1992. 320 с.Kuchinsky G. S. (1992) Electrical Power Capacitors. ?oscow, Energoatomizdat. 320 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.