一種電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置及振動監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電容器在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電容器元件擊穿的振動監(jiān)測 裝置及振動監(jiān)測方法，適用于高壓油浸電容器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電容器故障監(jiān)測常用的方法有內(nèi)部不平衡、電容量、溫度、壓力、局部放電、 微水、油氣譜等監(jiān)測。
[0003] 內(nèi)部不平衡監(jiān)測在電容器裝置中作為電容器內(nèi)部故障保護廣泛應(yīng)用，根據(jù)不同的 接線形式，內(nèi)部不平衡保護的靈敏度和應(yīng)用場合不同。不管是哪一種內(nèi)部不平衡保護都存 在對稱故障條件下，內(nèi)部不平衡保護將無法監(jiān)測的情況。
[0004] 理論上和實際測量中都可以發(fā)現(xiàn)，電容器元件的擊穿是整組電容器元件隨機擊 穿。拿橋式接線方式的內(nèi)部不平衡保護來看，如圖1所示，當(dāng)某一橋臂(^電容器發(fā)生元件 擊穿后，四個橋臂中電容器C2或電容器C 3發(fā)生元件故障將會使橋臂重新恢復(fù)平衡。因此， 只有當(dāng)電容器C1或電容器C 4再次發(fā)生元件故障時，才能擴大不平衡直到內(nèi)部不平衡監(jiān)測報 警，其他的內(nèi)部不平衡監(jiān)測接線都存在同樣的問題。這說明，傳統(tǒng)的內(nèi)部不平衡監(jiān)測有50% 左右的可能性將故障累積，直到發(fā)生電容器雪崩式大量損壞或爆炸等嚴(yán)重故障。
[0005] 電容器在運行過程中電容量會隨時間發(fā)生變化，也會隨著溫度發(fā)生變化，這是由 電容器本身的特性所決定的。這些因素會影響利用絕對電容量來反映電容器故障的可靠 性。因此，在線監(jiān)測電容量的方法最近幾年雖然有些變電站嘗試使用，但是沒有得到廣泛應(yīng) 用。
[0006] 隨著國內(nèi)輸電容量以及電壓等級的提高，電容器組的容量也越來越大。有資料顯 示±500kV的輸電系統(tǒng)將會使用800多萬kvar的電容器，±800kV的輸電系統(tǒng)將會使用 1200多萬kvar的電容器。按照國內(nèi)目前常用的電容器單臺容量在500kvar~600kvar之 間，一條直流輸電線使用的電容器數(shù)量將在1. 5萬臺~2. 4萬臺。而不平衡檢出法只可能 檢出電容器組中發(fā)生了元件擊穿，而對發(fā)生元件擊穿的電容器個數(shù)和位置無法確定，檢修 的時候需要對整個電容器組中的電容器進(jìn)行逐個測量，數(shù)量如此巨大的電容器在剔除故障 單元的過程中會耗費大量的人力物力。
[0007] 其他相關(guān)監(jiān)測手段如局放、油溫、油色譜等，均為間接監(jiān)測。目前尚無與這些參量 有關(guān)的實用的壽命模型，很難反映電容器的當(dāng)前狀態(tài)，同時，這些傳感器的安裝可能會破壞 電容器的密封性，目前僅在集合式電容器中少量使用。運行量最大的電容器組架裝置監(jiān)測 中尚未得到廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置及振動監(jiān)測方法，該 裝置和方法不僅可以監(jiān)測電容器在運行過程中是否發(fā)生元件擊穿，而且可以定位故障電容 器并將電容器的擊穿累計次數(shù)以及擊穿時刻輸出；能夠避免電容器在對稱故障下累積故障 造成更大的損失，也可以快速定位故障電容器，節(jié)約檢修的人力物力。
[0009] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0010] 方案一··
[0011] 一種電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置，其特征在于，包括微處理器CPU，設(shè)置在每 個電容器的外殼上的加速度傳感器，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的A\D轉(zhuǎn)換模塊，用于顯示元件擊穿的 電容器編號、擊穿時間和擊穿累計次數(shù)的顯示器；所述加速度傳感器的輸出端電連接A\D 轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，所述A\D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端電連接所述微處理器CPU的I/O輸入端，所 述微處理器CPU的I/O輸出端電連接所述顯示器的輸入端。
[0012] 本技術(shù)方案的特點和進(jìn)一步改進(jìn)在于：
[0013] 所述監(jiān)測裝置還包括用于存儲元件擊穿的電容器的編號、擊穿時間和擊穿累計次 數(shù)的存儲器，所述存儲器與所述微處理器CPU電連接。
[0014] 所述監(jiān)測裝置還包括通訊模塊和外部后臺管理計算機，所述通訊模塊的輸入端與 所述微處理器CPU電連接，所述通訊模塊的輸出端與外部后臺管理計算機電連接。
[0015] 所述加速度傳感器安裝在電容器的外殼的大側(cè)面的左向位置或右向位置。具體 地，設(shè)定電容器1的外殼的大側(cè)面上高為H，寬為W，加速度傳感器的具體安裝位置點距離大 側(cè)面上邊沿為0. 5H，距離大側(cè)面左邊沿為0. 35W。
[0016] 方案二：
[0017] 一種電容器元件擊穿的振動監(jiān)測方法，基于上述電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝 置，其特征在于，包括以下步驟：
[0018] 步驟一，加速度傳感器米集電容器的外殼上的加速度信號，并將該加速度信號傳 輸給微處理器CPU ;
[0019] 步驟二，在微處理器CPU內(nèi)設(shè)定有加速度幅值閾值；對每個電容器和對應(yīng)的加速 度傳感器進(jìn)行編號，并將編號存儲到微處理器CPU中，微處理器CPU實時接收到加速度信號 后，與所述加速度幅值閾值進(jìn)行比較；加速度信號大于所述加速度幅值閾值時，判定對應(yīng)電 容器中發(fā)生元件擊穿，提取發(fā)生元件擊穿的電容器的加速度信號，并記錄發(fā)生元件擊穿的 電容器的編號、擊穿時刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計次數(shù)，并將發(fā)生擊穿的電容器的編號、擊 穿時刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計次數(shù)傳輸給顯示器；
[0020] 步驟三，顯示器顯示發(fā)生擊穿的電容器的編號、擊穿時刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計 次數(shù)。
[0021] 本技術(shù)方案的特點和進(jìn)一步改進(jìn)在于：
[0022] 在步驟二中，微處理器CPU剔除小于等于設(shè)定加速度幅值閾值的加速度信號。
[0023] 在步驟二中，微處理器CPU對加速度信號進(jìn)行兩次積分，剔除兩次積分后結(jié)果為 零的加速度信號。
[0024] 在步驟二中，微處理器CPU將發(fā)生擊穿的電容器的編號、擊穿時刻和已經(jīng)發(fā)生的 擊穿累計次數(shù)傳輸給存儲器進(jìn)行存儲。
[0025] 在步驟二中，微處理器CPU對加速度信號進(jìn)行倒頻譜分析，將振動源信號和傳遞 函數(shù)分離，剔除有特征峰存在的加速度信號。
[0026] 在步驟三中，微處理器CPU將發(fā)生擊穿的電容器的編號、擊穿時刻和已經(jīng)發(fā)生的 擊穿累計次數(shù)經(jīng)通訊模塊傳輸給外部后臺管理計算機。
[0027] 本發(fā)明的電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置及其振動監(jiān)測方法，可以實現(xiàn)電容器元 件擊穿的在線監(jiān)測，監(jiān)測電容器在運行過程中是否發(fā)生元件擊穿，記錄發(fā)生元件擊穿的電 容器的編號、擊穿時刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計次數(shù)，定位故障電容器并將電容器的元件擊 穿累計次數(shù)以及擊穿時刻傳輸至顯示器進(jìn)行顯示并傳輸至后臺管理計算機；避免電容器在 對稱故障下累積故障造成更大的損失，節(jié)約檢修的人力物力；而且該裝置安裝使用方便。
【附圖說明】
[0028] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029] 圖1為【背景技術(shù)】中的橋式接線方式的內(nèi)部不平衡監(jiān)測方法的電氣連接示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明的電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置的電氣連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3為加速度傳感器的最佳安裝位置示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 參照圖1，為【背景技術(shù)】中的橋式接線方式的內(nèi)部不平衡監(jiān)測方法的電氣連接示意 圖。
[0033] 參照圖2,為本發(fā)明的電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置的電氣連接結(jié)構(gòu)示意圖。該 監(jiān)測裝置包括微處理器CPU，設(shè)置在每個電容器的外殼上的加速度傳感器，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的 A\D轉(zhuǎn)換模塊（A:analog signals模擬信號，D:digital signals數(shù)字信號，A\D轉(zhuǎn)換模塊 為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊），用于顯示元件擊穿的電容器編號、擊穿時間和擊穿累計次數(shù)的顯示器， 本實施例采用LED顯示器；加速度傳感器的輸出端電連接A\D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，A\D轉(zhuǎn)換 模塊的輸出端電連接微處理器CPU的I/O輸入端，微處理器CPU的I/O輸出端電連接顯示 器的輸入端。
[0034] 其中，監(jiān)測裝置還包括用于存儲元件擊穿的電容器編號、擊穿時間和擊穿累計次 數(shù)的存儲器，存儲器與微處理器CPU電連接。
[0035] 其中，監(jiān)測裝置還包括外部后臺管理計算機（即：外部后臺管理系統(tǒng)），用于與外 部后臺管理計算機通訊的通訊模塊；通訊模塊的輸入端與微處理器CPU電連接，通訊模塊 的輸出端與外部后臺管理計算機電連接。
[0036] 參照圖3,加速度傳感器2安裝在電容器1的外殼的大側(cè)面的左向位置或右向位 置。設(shè)定電容器1的外殼的大側(cè)面上高為H，寬為W，加速度傳感器的具體安裝位置點距離大 側(cè)面上邊沿為0. 5H，距離大側(cè)面左邊沿為0. 35W。這樣，加速度傳感器2的檢測效果最佳。
[0037] 將該電容器元件擊穿的振動監(jiān)測裝置安裝好后可以進(jìn)行監(jiān)測，其電容器元件擊穿 的振動監(jiān)測方法，包括以下步驟：
[0038] 步驟一，加速度傳感器米集電容器的外殼上的加速度信號，并將該加速度信號傳 輸給微處理器CPU。
[0039] 以有內(nèi)熔絲的電容器為例進(jìn)行詳細(xì)說明，具有內(nèi)熔絲的電容器的元件擊穿時，與 之相連的熔絲會在極短的時間內(nèi)熔斷并釋放大量能量，引起電容器的外殼振動，此時，外殼 上某質(zhì)點的位移隨時間t的關(guān)系如下式所示：
[0040]
(I)
[0041] 式中，
[0042] x為外殼上發(fā)生振動的某質(zhì)點的位移；
[0043] A為振動的幅值，與該質(zhì)點受到的作用力大小，殼內(nèi)介質(zhì)傳遞函數(shù)與路徑有關(guān)；
[0044] ω為振動角頻率，與殼內(nèi)能量源特性有關(guān)；
[0045]識為相角，與殼內(nèi)介質(zhì)傳遞函數(shù)與路徑有關(guān)；
[0046] η為衰減系數(shù)，與殼體材料、外形等有關(guān)；
[0047] i表示該振動由不同的頻率分量疊加而成。
[0048] 則該質(zhì)點振動時的加速度a(t)如下所示：
[0049] _ λ (2)
[0050] 由式（1)、式（2)可知，振動加速度與振動位移有相同的頻率分量，并且振動位移 可由振動加速度經(jīng)積分求得。
[0051] 本發(fā)明通過在電容器的外殼上安裝加速度傳感器來監(jiān)測電容器的外殼振動的加 速度，并將振動的加速度信號傳遞至微處理器CPU進(jìn)行分析，從時域、頻域以及倒頻譜進(jìn)行 綜合判斷，以識別電容器擊穿時在電容器單元外殼上產(chǎn)生的振動信號。
[00