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摘 要：高压并联电容器是常见的电网无功补偿器件，随着电网负荷的快速增长，对高压电容器的故障保护尤为关键，本文主要分析国内外该技术领域的专利申请量、重要申请人等，对国内外专利申请趋势和技术发展路线进行了梳理，得到了该领域专利技术发展的一定规律。
关键词：高压电容器；故障检测；继电保护
前言：电力系统的负荷主要以感性负荷为主，如变压器、中低压输配电线路和大多数用电设备等。当电网中母线上的感性负荷过多时，母线电压就会下降，因此，电网中大量的负荷需要进行容性无功补偿，实现无功平衡。通过补偿电容器进行无功功率补偿，可以达到对感性无功功率的补偿。电容器保护主要由电容器组内部保护和系统保护两大部分组成。系统保护主要针对系统浪涌电压、工频系统过电压、超负荷谐波电流等。内部保护主要针对故障电容器元件、电容器单元内连线故障、电容器持续过电压等。早在上世纪二十年代，美国便在并联电容器的保护方面开始申请专利，从在电网的连接方式来看，星型连接和三角型连接是最普遍的连接方式，而星型连接更适合电压等级较高的环境。到上世纪六十年代前后，各种连接方式的结构已趋完善。我国的电力电容器的保护技术发展较晚，但是从九十年代后期开始电容器的保护技术进入较快的发展期。
本文从专利文献的角度对并联电容器的故障检测和保护技术的发展进行了分析，总结了与并联电容器的故障检测和保护相关的国内和国外专利的申请趋势，并从中得到一定的规律。
1 高压电容器保护技术概述
并联电容器最基本的连接方式包括星型连接和三角型连接，电容器组的内部接线，一般为先并联后串联，这样的电路结构使得故障发生时熔断器能够快速熔断，不会受健全电容器的容抗限制。此外，电容器组每一相还可以设置成桥式结构的接线，这种接线有利于不平衡电流的检测。
电容器的故障检测，主要包括对电压和电流的检测，早期的电容器组故障保护，直接通过电流继电器过流或熔丝的熔断来实现，尚不涉及电参数的检测；随着电流互感器和电压互感器等测量元件的引入，通过不同的测量位置的设置，可以对三相电压、三相电流、接地电流、不平衡电流、不平衡电压等进行测量，从多个角度感测过流或过压以配合继电器进行保护动作。
电容器的故障保护可以包括系统异常情况的保护和装置内事故的保护，针对外部系统异常的保护包括1）系统过电压保护；2）过负荷电流保护和母线相间短路故障电流保护；3）系统失压和低电压保护；4）操作过电压保护和防雷保护。装置内事故的保护则较为复杂，针对装置内事故的保护，可分为两种类型，即熔断器保护和继电保护。
2专利申请分析
2.1 国外专利申请分析
2.1.1国外专利申请趋势
国外专利申请的变化主要经历了三个阶段：
1）发展期（1920年代～1960年代）。这一阶段的申请人对于并联电容器的无功补偿装置的保护，主要依靠过流继电器响应各相电流来进行，随着检测手段的发展，申请人开始从检测手段、保护元件、连接方式等不同角度去考虑保护技术的改善。例如美国西屋公司在1956年的专利申请（公开号为US2933652A）中，并联电容器的设置采用了星型连接、每相并联后串联的形式。
2）成熟期（1970年代～1990年代）。这一时期，高压电容器保护技术日趋成熟，德国、日本和前苏联成为了这一时期重要的申请国；如德国西门子、日本东芝等公司，较为集中的针对高压电容器保护技术进行了研究和改进，总体来说，模拟/数字电路、半导体元件得到了广泛的应用，使得继电保护更为准确、有效，同时不平衡保护的方式也更多样化。例如，德国西门子公司在1981年的专利申请（公开号为DE3020107A1）中，其中性点接地单星型电容器组，就使用了整流电路、低通滤波器、数字放大器等元件，以更准确及时地检测到不平衡电流以便可靠地进行保护。
3）平稳期（2000年至今）。这一时期，我国已成为高压电容器保护技术领域全球范围的重要申请人，这一时期国外的专利申请比起申请量快速增长的上一时期，业已减少不少；微机保护在这一时期的高压电容器保护技术中成为重要的研究方向，技术的改进点主要是故障检测的准确化和继电保护整定判据的优化。
2.1.2国外专利重要申请人分析
结合上一节给出的三个时期，对申请人的专利申请进行分析：
1）阶段性的申请人。最早开始系统研究高压电容器保护技术的是美国的西屋公司，申请主要涉及改进并联电容器的接线方式，基本由继电器、熔断器等保护元件进行简单的保护；b.苏联/俄罗斯的三位重要申请人的申请均分布在“成熟期”，另外，德国的西门子公司，日本的东芝和电容器公司的主要申请也都分布在这一时期。
2）延续性的申请人。例如瑞士的ABB公司在每一时间段申请量较为均衡，从结构和接线方式、故障检测和保护方式等不同角度都申请了专利。
2.2 国内专利申请分析
我国在高压电容器保护技术方面，早期基本借鉴苏联、日本等国的技术，没有形成自主的知识产权，直到上世纪九十年代后期才开始出现该领域的专利申请。然而近年来我国在该技术领域的专利申请量呈明显的上升趋势。
国内专利申请人集中在以下几个方面：
1）电网、电力公司、设计院。这一类申请人比较注重实际的工程应用需要，从较为细小的技术特征上进行改进。
2）企业。这一类申请人与第1）类申请人类似，相对在发明创新上不及前者。
3）高校。高等院校在该技术领域方面的申请不多，但创新程度较高。
4）个人。个人申请在该领域较为稀少，专利的申请，主要利用发展较为成熟的技术经验，创新程度较低。
从申请量上，国内重要的申请人包括国家电网、南方电网超高压输电公司检修试验中心、电力科学研究院等。这些重要申请人已经开始从提高故障检测水平、改进电容器内部结构、优化保护判据等角度出发，对现有技术做出创新。
3高压电容器故障检测和保护技术发展的前景
高压电容器故障检测和保护技术在技术层面上主要包括三个方面：1）结构和接线方式；2）故障检测；3）故障保护；技术发展也包括这三个方面。近年来，国内外的申请人都开始将研究的重点放在检测精度的提高、算法及整定判据的优化，这些研究重点实际反映的是电量采集的快速化和故障保护的准确化。
1）电量采集。采用高精度的采样元件以及快速准确的算法是电量采集的关键，随着电力领域中电气量采集和计算水平的提高，电容器的不平衡电流、不平衡电压等的检测水平也将逐步提高。
2）故障保护。故障保护准确的要求主要是减少、杜绝保护误动以及提高灵敏度。一方面，故障保护依靠准确的电量采集，另一方面，故障保护的判据还需切实可行。如电容器组对称故障的识别就要比不对称故障的识别来得更为困难一些，国内的申请人如南方电网，已经针对对称故障识别进行了整定判据的改进。再如通过相角和不平衡电流来判断故障电容器的数量，ABB公司已就此给出了进一步判断具体哪些故障电容器出现故障，这也是故障保护细致化的表现。
3）智能电网是如今电网发展的主流方向，施耐德公司使用IED对多组并联电容器进行保护，可以较好地适应电网发展需要。
4结语
本文对高压电容器故障检测和保护技术进行了梳理，同时分析了国内外在该技术领域的专利申请趋势，以及重要申请人等等。通过上述分析，可以看出高压电容器故障检测和保护技术经历了一个较长的发展期，该技术领域的技术改进基本与上位的电力领域的技术发展是同步的，在此基础上，国内外的申请人更注重针对电容器组的结构特点来改进相关技术。
关键词：高压电容器；故障检测；继电保护
前言：电力系统的负荷主要以感性负荷为主，如变压器、中低压输配电线路和大多数用电设备等。当电网中母线上的感性负荷过多时，母线电压就会下降，因此，电网中大量的负荷需要进行容性无功补偿，实现无功平衡。通过补偿电容器进行无功功率补偿，可以达到对感性无功功率的补偿。电容器保护主要由电容器组内部保护和系统保护两大部分组成。系统保护主要针对系统浪涌电压、工频系统过电压、超负荷谐波电流等。内部保护主要针对故障电容器元件、电容器单元内连线故障、电容器持续过电压等。早在上世纪二十年代，美国便在并联电容器的保护方面开始申请专利，从在电网的连接方式来看，星型连接和三角型连接是最普遍的连接方式，而星型连接更适合电压等级较高的环境。到上世纪六十年代前后，各种连接方式的结构已趋完善。我国的电力电容器的保护技术发展较晚，但是从九十年代后期开始电容器的保护技术进入较快的发展期。
本文从专利文献的角度对并联电容器的故障检测和保护技术的发展进行了分析，总结了与并联电容器的故障检测和保护相关的国内和国外专利的申请趋势，并从中得到一定的规律。
1 高压电容器保护技术概述
并联电容器最基本的连接方式包括星型连接和三角型连接，电容器组的内部接线，一般为先并联后串联，这样的电路结构使得故障发生时熔断器能够快速熔断，不会受健全电容器的容抗限制。此外，电容器组每一相还可以设置成桥式结构的接线，这种接线有利于不平衡电流的检测。
电容器的故障检测，主要包括对电压和电流的检测，早期的电容器组故障保护，直接通过电流继电器过流或熔丝的熔断来实现，尚不涉及电参数的检测；随着电流互感器和电压互感器等测量元件的引入，通过不同的测量位置的设置，可以对三相电压、三相电流、接地电流、不平衡电流、不平衡电压等进行测量，从多个角度感测过流或过压以配合继电器进行保护动作。
电容器的故障保护可以包括系统异常情况的保护和装置内事故的保护，针对外部系统异常的保护包括1）系统过电压保护；2）过负荷电流保护和母线相间短路故障电流保护；3）系统失压和低电压保护；4）操作过电压保护和防雷保护。装置内事故的保护则较为复杂，针对装置内事故的保护，可分为两种类型，即熔断器保护和继电保护。
2专利申请分析
2.1 国外专利申请分析
2.1.1国外专利申请趋势
国外专利申请的变化主要经历了三个阶段：
1）发展期（1920年代～1960年代）。这一阶段的申请人对于并联电容器的无功补偿装置的保护，主要依靠过流继电器响应各相电流来进行，随着检测手段的发展，申请人开始从检测手段、保护元件、连接方式等不同角度去考虑保护技术的改善。例如美国西屋公司在1956年的专利申请（公开号为US2933652A）中，并联电容器的设置采用了星型连接、每相并联后串联的形式。
2）成熟期（1970年代～1990年代）。这一时期，高压电容器保护技术日趋成熟，德国、日本和前苏联成为了这一时期重要的申请国；如德国西门子、日本东芝等公司，较为集中的针对高压电容器保护技术进行了研究和改进，总体来说，模拟/数字电路、半导体元件得到了广泛的应用，使得继电保护更为准确、有效，同时不平衡保护的方式也更多样化。例如，德国西门子公司在1981年的专利申请（公开号为DE3020107A1）中，其中性点接地单星型电容器组，就使用了整流电路、低通滤波器、数字放大器等元件，以更准确及时地检测到不平衡电流以便可靠地进行保护。
3）平稳期（2000年至今）。这一时期，我国已成为高压电容器保护技术领域全球范围的重要申请人，这一时期国外的专利申请比起申请量快速增长的上一时期，业已减少不少；微机保护在这一时期的高压电容器保护技术中成为重要的研究方向，技术的改进点主要是故障检测的准确化和继电保护整定判据的优化。
2.1.2国外专利重要申请人分析
结合上一节给出的三个时期，对申请人的专利申请进行分析：
1）阶段性的申请人。最早开始系统研究高压电容器保护技术的是美国的西屋公司，申请主要涉及改进并联电容器的接线方式，基本由继电器、熔断器等保护元件进行简单的保护；b.苏联/俄罗斯的三位重要申请人的申请均分布在“成熟期”，另外，德国的西门子公司，日本的东芝和电容器公司的主要申请也都分布在这一时期。
2）延续性的申请人。例如瑞士的ABB公司在每一时间段申请量较为均衡，从结构和接线方式、故障检测和保护方式等不同角度都申请了专利。
2.2 国内专利申请分析
我国在高压电容器保护技术方面，早期基本借鉴苏联、日本等国的技术，没有形成自主的知识产权，直到上世纪九十年代后期才开始出现该领域的专利申请。然而近年来我国在该技术领域的专利申请量呈明显的上升趋势。
国内专利申请人集中在以下几个方面：
1）电网、电力公司、设计院。这一类申请人比较注重实际的工程应用需要，从较为细小的技术特征上进行改进。
2）企业。这一类申请人与第1）类申请人类似，相对在发明创新上不及前者。
3）高校。高等院校在该技术领域方面的申请不多，但创新程度较高。
4）个人。个人申请在该领域较为稀少，专利的申请，主要利用发展较为成熟的技术经验，创新程度较低。
从申请量上，国内重要的申请人包括国家电网、南方电网超高压输电公司检修试验中心、电力科学研究院等。这些重要申请人已经开始从提高故障检测水平、改进电容器内部结构、优化保护判据等角度出发，对现有技术做出创新。
3高压电容器故障检测和保护技术发展的前景
高压电容器故障检测和保护技术在技术层面上主要包括三个方面：1）结构和接线方式；2）故障检测；3）故障保护；技术发展也包括这三个方面。近年来，国内外的申请人都开始将研究的重点放在检测精度的提高、算法及整定判据的优化，这些研究重点实际反映的是电量采集的快速化和故障保护的准确化。
1）电量采集。采用高精度的采样元件以及快速准确的算法是电量采集的关键，随着电力领域中电气量采集和计算水平的提高，电容器的不平衡电流、不平衡电压等的检测水平也将逐步提高。
2）故障保护。故障保护准确的要求主要是减少、杜绝保护误动以及提高灵敏度。一方面，故障保护依靠准确的电量采集，另一方面，故障保护的判据还需切实可行。如电容器组对称故障的识别就要比不对称故障的识别来得更为困难一些，国内的申请人如南方电网，已经针对对称故障识别进行了整定判据的改进。再如通过相角和不平衡电流来判断故障电容器的数量，ABB公司已就此给出了进一步判断具体哪些故障电容器出现故障，这也是故障保护细致化的表现。
3）智能电网是如今电网发展的主流方向，施耐德公司使用IED对多组并联电容器进行保护，可以较好地适应电网发展需要。
4结语
本文对高压电容器故障检测和保护技术进行了梳理，同时分析了国内外在该技术领域的专利申请趋势，以及重要申请人等等。通过上述分析，可以看出高压电容器故障检测和保护技术经历了一个较长的发展期，该技术领域的技术改进基本与上位的电力领域的技术发展是同步的，在此基础上，国内外的申请人更注重针对电容器组的结构特点来改进相关技术。