随着社会的不断发展和进步,电力系统中的感性无功负荷越来越多,系统对于无功电源的需求也越来越高。现有的无功补偿装置种类繁多,但在众多的无功补偿装置中,电力电容器成套装置因具有制造简单、成本低、运行可靠性高等优点而得到广泛应用。串联电抗器和电力电容器是电力电容器成套装置无功补偿回路中最主要的电气设备,然而在实际的运行过程中,往往会发生一些故障,若故障设备得不到及时发现和处理,不仅会影响电力电容器成套装置的利用率而且会威胁电力系统中其他电力设备的安全运行。因此研究串联电抗器和电力电容器的故障特征及故障机理,探求反映设备故障的最敏感参量,实现电气设备运行状态的实时监测并发出相应信号显得尤为重要。由于电力电容器成套装置现有的监测手段并不能有效地反映串联电抗器的故障,因此本文重点对串联电抗器的故障机理及其物理特征展开研究。本文首先研究分析了串联电抗器和电力电容器的故障类型及其故障机理,并对串联电抗器和电力电容器的等效电路及其基本参数计算做了简要分析;然后借助COMSOL有限元仿真软件建立串联电抗器二维轴对称模型,重点研究分析了串联电抗器在发生匝间短路故障后其磁场、短路环电流、等效电阻、等效电感、等效阻抗、损耗因数以及功率因数等电磁参数的变化情况;最后在COMSOL仿真计算得到的等效参数的基础上又借助电路仿真模块Matlab/simulink,研究分析了串联电抗器的匝间短路故障对无功补偿回路电流、电抗器电压、电抗器消耗的有功功率产生的影响。研究结果表明:电抗器匝间短路故障点的位置不同,各电磁参数变化程度也不同。整体而言,磁场的畸变严重程度和电气参数变化率的绝对值都呈现出由端部向中部、由内层向外层增大的趋势,但在电气参数中损耗因数的变化率最大,对匝间短路故障反应最为灵敏,因此可用于干式空心串联电抗器匝间短路故障的在线监测与保护。鉴于电力电容器成套装置各参数之间存在紧密联系,不同参数对故障的反映程度存在差别,因此本文提出了多参量状态监测的技术路线。文章提出了电力电容器成套装置的整体监测方案,通过硬件方面的设计和软件方面的设计,最终研制出一套电力电容器成套装置在线监测装置。该装置一方面实现了电力电容器成套装置运行状态的实时监测,另一方面又可对故障设备发出告警信号并发出跳闸指令,为电力电容器成套装置的安全运行提供了有力保障。