簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 陳瑋珉
Wei-Min Chen
論文名稱: 開發以監控系統為基礎之電容器配電盤狀態維護與管理系統
Development of a SCADA-based CBM and Management Systems for Capacitor Banks Panel
指導教授: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
口試委員: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
楊明達
Ming-Ta Yang
黃培華
Pei-Hwa Huang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 電容器並聯共振狀態維護監控系統
外文關鍵詞: Capacitor, CBM, SCADA, parallel resonance
相關次數: 點閱:200下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 功率因素改善之電力電容器,其電容值可能因系統過電壓、環境溫度、頻繁投切或材料老化等因素而衰減,使電容器與系統短路阻抗所形成之並聯共振頻率產生偏移,提高諧波電流放大的可能性而導致電容器或其它電力設備因過電流而故障。傳統上,電力電容器之保養基於經濟因素採定期維護(TBM)方式,對於其電容值之衰減及並聯共振危機,無法即時得知並加以防範。
    為解決上述問題,本論文建置一套以SCADA為基礎之電容器配電盤狀態維護與管理系統。電容器盤內之智慧型電子裝置(IED)、自動功因調整器(APFR)與溫度傳感器,用以量測包括開關投切資訊在內之系統與電容器相關參數,並透過Modbus TCP/IP通訊協定,將資訊傳回後端之監控系統平台。在此平台,電容器配電盤狀態維護與管理系統已被成功開發,用以進行分析與決策。狀態維護與管理系統功能包含演算、保護、電錶與狀態顯示四大部分,利用演算與狀態顯示功能,可即時呈現電容器的投切狀態與電容值,針對電容量的衰減做線上監測,則可預先發現可能的危險共振現象並加以防範。最後,應用模糊理論與證據理論找出電容器潛在故障因素。


    Capacitance decay of power capacitors may be caused by many factors, such as system over-Voltage, high ambient temperature, frequently switching or material aging. It lead to deviate the parallel resonance which is determined by short-circuit impedance of system and equivalent impedance of load. It also may increase the probability of resonance due to harmonic issues and cause capacitors or other equipment harm by overcurrent. Traditionally, Time Based Management (TBM) of capacitor maintenance is introduced since economic consideration. Unfortunately, it not been able to find out capacitance values decayed and parallel resonance deviated in time.
    In order to solve the mention problems, a Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)-based maintenance and management systems for capacitor banks panel is presented. Using the Intelligent Electronic Device (IED), Automatic Power Factor Regulator (APFR) and temperature module within the capacitor banks panel to measure the system and capacitor associated data, including the capacitor switching information, Then, those data will send back to SCADA platform using Modbus TCP/IP communication protocol. In this platform, a Condition Based Maintenance (CBM) and management systems for capacitor banks panel has been successfully developed to perform analysis and decision making. The main function of the system includes calculation, protection, metering and state display. By calculation and state display function, the capacitance and operating status of capacitor can be presented in time. In such a way, it became possible to monitoring capacitance online. Therefore, the dangerous parallel resonant can be discover and prevent in advance. Finally, the fuzzy and evidence theory are apply to reveal the inherent failure factors of capacitor.

    中文摘要I AbstractIII 誌謝V 目錄VII 圖目錄XI 表目錄XVII 第一章、緒論1 1.1研究背景與動機1 1.2研究方法與步驟2 1.3論文架構3 第二章、低壓電容器配電盤相關標準5 2.1前言5 2.2電容器配電盤種類5 2.2.1被動式濾波器6 2.2.1.1調諧濾波器7 2.2.1.2閘流體調諧濾波器7 2.2.1.3諧波濾波器8 2.2.1.4三相四線式第三諧波濾波器8 2.2.2主動式濾波器9 2.3電容器規範10 2.3.1電容器穩態規範11 2.3.2電容器暫態規範13 2.4小結14 第三章、監控系統與控制及保護裝置之整合15 3.1前言15 3.2監控系統與控制及保護裝置整體架構與功能15 3.3監控系統16 3.3.1Elipse power Studio 架構17 3.3.2Elipse power Studio 功能18 3.4自動功因調整器19 3.4.1APFR操作原理與功能20 3.4.2APFR通訊協定28 3.5智慧型電子裝置33 3.5.1IED簡介33 3.5.2IED工作原理與功能34 3.5.3IED通訊協定38 3.5.4弧光感測器40 3.5.5偵煙感測器40 3.6監控系統與各設備之整合41 3.6.1系統架構41 3.6.2各設備之通訊設定42 3.6.3弧光偵測保護架構與功能47 3.7小結49 第四章、設備維護方式及軟體規劃51 4.1前言51 4.2設備維護方式52 4.2.1故障維護52 4.2.2定期維護52 4.2.3狀態維護53 4.3軟體程式規劃54 4.3.1主要功能54 4.3.2程式流程66 4.4小結68 第五章、低壓電容器配電盤狀態維護評估方法69 5.1前言69 5.2模糊理論69 5.2.1模糊化70 5.2.2歸屬函數70 5.3證據理論72 5.3.1D-S證據理論介紹73 5.3.2合併法則73 5.4小結77 第六章、電容器容量衰減監測之模擬分析79 6.1前言79 6.2ETAP軟體介紹79 6.3電容器容量衰減之效應79 6.4模擬系統架構與參數84 6.5模擬結果與討論85 6.6小結89 第七章、狀態維護管理系統平台之建立與測試91 7.1前言91 7.2電容器配電盤維護管理系統平台之建立91 7.3維護管理系統平台之測試99 7.3.1測試環境99 7.3.2監視畫面呈現100 7.3.3即時警報與歷史事件紀錄104 7.3.4結果比對105 7.3.5系統狀態分析109 7.4小結114 第八章、結論與未來研究方向117 8.1結論117 8.2未來研究方向118 參考文獻119 附錄A125

    [1]費龍文,「諧波對工業配電電容器影響之研究」,成功大學碩士論文,1989年。
    [2]江榮城、陳士麟、顏士雄,「諧波管制標準研擬」,台電工程月刊,第526期,1992年。
    [3]C. Wang, T. C. Cheng, G. Zheng, Y. D, L. Mu, B. Palk, and M. Moon, “Failure Analysis of Composite Dielectric of Power Capacitors in Distribution Systems,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation , Vol. 5, No. 4, pp. 583-588, Aug. 1998.
    [4]J. H. Wu, H. L. Jou, “A New UPS Scheme Provides Harmonic Suppression and Input Power Factor Correction,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 42, No. 6, pp. 629-635, Dec. 1995.
    [5]「電力濾波器」,高雄應用科技大學,電力電子實驗室,2015年。
    [6]H. L. Jou, “Performance Comparison of Three-Phase Active-Power-Filter Algorithms,” IEEE Transactions on Generation, Transmission and Distribution, Vol. 142, No. 6, pp. 646-652, Nov. 1995.
    [7]H. L. Jou, J. C. Wu, and H. Y. Chu, “New Single-Phase Active Power Filter,” IEE Transactions on Electric Power Applications, Vol. 141, No. 3, pp. 129-134, May 1994.
    [8]J. R. Harbaugh, J. E. Harder, “Important Considerations for Capacitor Applications in the Petroleum and Chemical Process Industries,” IEEE Transactions on Industrial Applications, Vol. IA-18, No. 1, pp.31-40, Jan/Feb. 1982.
    [9]IEEE Std18, Shunt Power Capacitor, 2012.
    [10]王聰榮,「電力電容器設計與保護之探討」,台電工程月刊,第476期,第46-69頁,1988年。
    [11]韋磊,「並聯電容器與諧波的相互影響及解決措施」,建材與裝飾之電力建設,2013年。
    [12]王烈准,「並聯電容器的諧波放大與諧波抑制的措施」,皖西學院學報,第23卷第5期,2007年。
    [13]曹冉、程剛、黨曉強、雷霞,「冶煉企業中電力諧波對並聯電容器的危害分析與防範措施」,電器應用,第24期,2010年。
    [14]「高低壓電容器設至參考要項」,裕昌電機。
    [15]李永飈、邱兵濤,「電容器運行維護及異常現象的處理方法」,精密製造與自動化,第04期,2014年。
    [16]S. R. McCormick, K. Hur, S. Santoso, A. Maitra, and A. Sundaram, “Capacitor bank predictive maintenance and problem identification using conventional power quality monitoring systems,” in Proceeding of Power Engineering Society General Meeting, pp. 1846-1850, Denver, 10-10 Jun., 2004.
    [17]J. Endrenyi, R. N. Allan, G. J. Anders, S. Asgarpoor, R. Billinton, N. Chowdhury, E. N. Dialynas, R. H. Fletcher, J. McCalley, S. Meliopoulos, T. C. Mielnik, P. Nitu, N. D. Reppen, L. Salvaderi, and A. Schneider, “The present status of maintenance strategies and the impact of maintenance on reliability,” IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 16, No. 4, pp. 638-646, Nov. 2001.
    [18]G. M. Minamizaki, S. U. Ahn, G. L. Torres, L. E. Borges, N. C. Jesus, “Technical solutions for harmonic resonance at MV: Relocatable capacitor bank technique” IEEE/PES in Proceeding of Transmission and Distribution Conference and Exposition: Latin America, pp. 99-103, Sao Paulo, 8-10 Nov., 2010.
    [19]R. A. Barr, and V. J. Gosbell, “Introducing power system Voltage droop as a new concept for harmonic current allocation,” IEEE Transactions on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), pp. 1-5, Bergamo, 26-29 Sept., 2010.
    [20]L. Zhijun, D. Zhihui, and J. Yanjun, “Research on condition-based maintenance strategy of protection systems based on multistage fuzzy comprehensive evaluation,” IEEE Transactions on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery (FSKD), pp. 268-272, Xiamen, 19-21 Aug., 2014.
    [21]W. Huifang, L. Dongyang, Q. Jian, A. Leilei, D. Zhendong, and H. Benteng, “Research on Multiobjective Group Decision-Making in Condition-Based Maintenance for Transmission and Transformation Equipment Based on D-S Evidence Theory,” IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 6, No. 2, pp. 1035-1045, March 2015.
    [22]Z. Long, L. Wentao, and L. Canbing, “Graphics model analysis for the grid equipment condition-based maintenance,” in Proceeding of Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), pp. 1-5, Hong Kong, 7-10 Dec., 2014.
    [23]Z. Dabo, L. Wenyuan, and X. Xiaofu, “Overhead Line Preventive Maintenance Strategy Based on Condition Monitoring and System Reliability Assessment,” IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 29, No. 4, pp. 1839-1846, July, 2014.
    [24]「諧波抑制」,高雄應用科技大學,電力電子應用實驗室,2015年。
    [25]王國龍,「主動式電力品質之研究與分析」,雲林科技大學碩士論文,2007年。
    [26]傅燕章,「可變虛功混合式電力濾波器」,高雄應用科技大學碩士論文,2011年。
    [27]「主動式電力濾波器」,高雄應用科技大學,電力電子應用實驗室,2015年。
    [28]日本工業標準調查會,JIS C 4901低圧進相ヵ⑦Ы⑦Д,2000年。
    [29]中國國家標準,CNS 1179/7002低壓電容器,1985年。
    [30]NEMA CP 1-2000, Shunt Capacitors, 2008.
    [31]IEEE Std18, Standard for Shunt Power Capacitors, 2012.
    [32]IEC 831-1, Manufacturing Standard for Power Factor Correction Capacitors, 1988.
    [33]蘇文志,「應用阻抗演算法偵測靜態電容器組故障之研究」,中原大學碩士論文,2001年。
    [34]陳億成、李秀峰,「遠端電力監控系統之研製」,中華技術學院學報,2003年。
    [35]P. X. Bi, J. Xue, J. L. Ni, H. Y. Zhang, T. Feng, and M. Y. Li, “Practice and Strategy for Condition Based Maintenance of Power Supply Equipment,” in Proceeding of Transmission and Distribution Conference and Exhibition : Asia and Pacific, pp. 1-5, Dalian, 2005.
    [36]林柏君,「應用智慧型電子裝置及智慧型方法於斷路器可靠性維護評估之研究」,國立台灣科技大學博士論文,2014年。
    [37]「自動功因調節器」,高雄應用科技大學,電力電子應用實驗室,2015年。
    [38]辜志承、柯唯翔,「智慧型各相非同步補償自動功因調整器之設計」,產學合作計劃書,2012年。
    [39]施有為,「電力監控系統與資訊末端設備之演進」,電機月刊第九卷第八期,第156~162頁,1999年。
    [40]郭明錫,「電力自動化的架構與通訊協定」,電機月刊第九卷第十一期,第151~156頁,1999年。
    [41]林志銘,「三相不平衡閉環路配電系統接地故障保護策略之研究」,國立台灣科技大學碩士論文,2005年。
    [42]林震邦,「IEC 61850通訊協定應用於變電所自動化技術」,台灣電力公司研究報告,2008年。
    [43]劉純貴,「整合智慧型電子裝置及監控系統於斷路器之預知性維護」,國立台灣科技大學碩士論文,2012年。
    [44]陳金龍,「配電盤弧光閃絡保護與危險等級分析之探討」,國立台灣科技大學碩士論文,2009年。
    [45]S. Walker, “MCI Photoelectric vs Ionization Smoke Alarms,” CREIA Spring Conference, Apr. 25, 2012.
    [46]吳桂媛,「並聯電容器過電壓和過電流的產生及防護」,蘭州供電公司,甘肅科技,第28卷14期,2012年。
    [47]「諧波對電容器組的危害」,網站:http://3g.autooo.net/utf8-classid109-id130138.html,2014年。
    [48]李允中、王小璠、蘇木春,模糊理論及其應用,全華科技圖書股份有限公司,2004年。
    [49]林樹禮,「節合證據理論的層級分析法於多準則決策之研究」,屏東科技大學碩士論文,2009年。
    [50]S. Hong, C. Zheng, F. Lei, and X. Xing, “Research on the Parallel Capacitor Series Reactance Rate Parameter Design,” in Proceeding of Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), pp. 1-4, Shanghai, 27-29 March, 2012.

    無法下載圖示 全文公開日期 2018/07/22 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE