52] 步驟二，在微處理器CPU內(nèi)設(shè)定有加速度幅值閾值；對(duì)每個(gè)電容器和對(duì)應(yīng)的加速 度傳感器進(jìn)行編號(hào)，并將編號(hào)存儲(chǔ)到微處理器CPU中，微處理器CPU實(shí)時(shí)接收到加速度信號(hào) 后，與所述加速度幅值閾值進(jìn)行比較；加速度信號(hào)大于所述加速度幅值閾值時(shí)，判定對(duì)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(hào)，并記錄發(fā)生元件擊穿的 電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)，并將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊 穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)傳輸給顯示器。
[0053] 雖然電容器內(nèi)熔絲炸斷時(shí)產(chǎn)生的殼體振動(dòng)加速度的幅值較大，但很不固定，頻譜 分布極寬，且中心頻率隨放電能量的變化極大，必須通過綜合手段才能將其從干擾信號(hào)中 識(shí)別出來，本實(shí)施例考慮到了電容器運(yùn)行中的可能對(duì)熔絲炸斷識(shí)別造成干擾的情況。
[0054] (1)微處理器CPU剔除低于和等于設(shè)定加速度幅值閾值的加速度信號(hào)。
[0055] 電容器正常運(yùn)行時(shí)，元件內(nèi)流過工頻電流，產(chǎn)生的電動(dòng)力會(huì)引起元件周期性的膨 脹與收縮，從而引起外殼振動(dòng)，該振動(dòng)頻率固定為2倍的電流頻率，且幅值較低，微處理器 (PU剔除低于和等于設(shè)定振動(dòng)幅值閾值的加速度信號(hào)，以消除這一干擾。
[0056] 與被監(jiān)測電容器并聯(lián)的其他電容器發(fā)生元件擊穿時(shí)，其電容量大約變化1 %~ 2%，電流會(huì)重新分配，導(dǎo)致被測電容器內(nèi)產(chǎn)生重分配電流，導(dǎo)致被監(jiān)測外殼發(fā)生振動(dòng)。由于 單個(gè)元件擊穿對(duì)整個(gè)電容器的電容量影響很小，且電流變化會(huì)分配到與之并聯(lián)的所有元件 上，所以對(duì)于被監(jiān)測電容器來說重分配電流值很小，引起的電容器外殼振動(dòng)加速度很小。與 之相反，電容器內(nèi)部元件擊穿時(shí)，與之相連的熔絲會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)熔斷并釋放大量能量， 引起電容器的外殼振動(dòng)加速度比較顯著。
[0057] (2)微處理器CPU對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行倒頻譜分析，將振動(dòng)源信號(hào)和傳遞函數(shù)分離， 剔除有特征峰存在的加速度干擾信號(hào)。
[0058] 電容器投入時(shí)，會(huì)有大電流對(duì)電容器內(nèi)的元件進(jìn)行充電，充電電流的頻率主要與 系統(tǒng)電感和電容量有關(guān)，表達(dá)式如下式所示
[0059]
( 3 )
[0060] 式中，
[0061] C為電容器電容量；
[0062] L為線路等效電感；
[0063] 電容器補(bǔ)償回路以及系統(tǒng)主回路一旦建成，線路電感L和電容C即為較為固定的 值，一般中心頻率f為150Hz~500Hz，此時(shí)充電電流會(huì)引起電容器外殼發(fā)生中心頻率f為 300Hz~1000Hz的振動(dòng)（在實(shí)際使用中通常會(huì)在電容器前端串聯(lián)一臺(tái)電抗器，投入過程中 的頻率可能低于該頻率），由于電流衰減系數(shù)和介質(zhì)傳遞函數(shù)的存在，充電電流引起的外殼 振動(dòng)將以中心頻率為中點(diǎn)，向兩側(cè)發(fā)生一定擴(kuò)展。本發(fā)明利用倒頻譜分析將振源頻率和傳 遞函數(shù)分離，如下式所示。
[0064] Cf= F [log R (f) ] (4)
[0065] 式中，
[0066] Cf為信號(hào)的倒頻譜；
[0067] R為電容器外殼振動(dòng)時(shí)的頻域信號(hào)；
[0068] 倒頻譜的原理如下：
[0069]
[0070] 式中，
[0071] r，R分別為電容器外殼振動(dòng)時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)；
[0072] e，E為電容器內(nèi)振動(dòng)源的時(shí)域信號(hào)和頻率信號(hào)；
[0073] h，H為由振動(dòng)源至外殼的傳遞系數(shù)的時(shí)域表示和頻域表示；
[0074] F表示傅里葉變換。
[0075] 由上面推導(dǎo)可知，倒頻譜運(yùn)算可將振動(dòng)源信號(hào)與傳遞函數(shù)頻率響應(yīng)分離。由于熔 絲炸斷時(shí)產(chǎn)生頻帶很寬且有很大能量的振動(dòng)信號(hào)，而電容器充電時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率圍繞其 充電電流的中心頻率f，頻帶較窄，與傳遞函數(shù)倒頻譜不同，在充電電流的中心頻率f處有 特征峰存在，以此為依據(jù)將熔絲炸斷振動(dòng)信號(hào)與電容器充電振動(dòng)信號(hào)區(qū)分開。
[0076] (3)微處理器CPU對(duì)加速度信號(hào)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(hào)。
[0077] 當(dāng)電容器外殼受到正常碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與電容器外殼固有頻率相關(guān)的振動(dòng)，該振 動(dòng)的幅值可能很大，并且頻率范圍與熔絲炸斷振動(dòng)的頻率范圍重合。但與熔絲釋放能量不 同，受到正常碰撞時(shí)，殼體上質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)基本圍繞平衡位置進(jìn)行，對(duì)質(zhì)點(diǎn)加速度進(jìn)行兩次積 分（即位移）后接近于零。而熔絲炸斷時(shí)釋放的能量被封閉在箱殼內(nèi)，會(huì)受到瞬時(shí)沖擊波 載荷和長時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)載荷，導(dǎo)致殼體發(fā)生膨脹，對(duì)質(zhì)點(diǎn)加速度進(jìn)行兩次積分后，其結(jié)果不為零 且具有明顯方向性。以此方法將熔絲炸斷與殼體正常碰撞區(qū)別開。
[0078] 步驟三，顯示器顯示發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì) 次數(shù)。
[0079] 微處理器CPU將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù) 傳輸給存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)器所保存的信息可由微處理器CPU讀取并在顯示器上顯示。
[0080] 微處理器CPU也可將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì) 次數(shù)傳輸給通訊模塊，通訊模塊將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿 累計(jì)次數(shù)傳輸給外部后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，以便工作人員檢查，或由外部后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)發(fā)出 警示信號(hào)。
[0081] 本發(fā)明的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法，可以實(shí)現(xiàn)電容器擊穿的 在線監(jiān)測，監(jiān)測電容器在運(yùn)行過程中是否發(fā)生擊穿，記錄發(fā)生元件擊穿的電容器的編號(hào)、擊 穿時(shí)刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)，定位故障電容器并將電容器的擊穿累計(jì)次數(shù)以及擊 穿時(shí)刻傳輸至顯示器進(jìn)行顯示；避免電容器在對(duì)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。
[0082] 盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述 的具體實(shí)施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制 性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在說明書的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍 的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置，其特征在于，包括微處理器CPU，設(shè)置在每個(gè) 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(hào)、擊穿時(shí)間和擊穿累計(jì)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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝 置還包括用于存儲(chǔ)元件擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)間和擊穿累計(jì)次數(shù)的存儲(chǔ)器，所述存 儲(chǔ)器與所述微處理器CPU電連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述監(jiān)測裝 置還包括通訊模塊和外部后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)，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(tái)管理計(jì)算機(jī)電連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置，其特征在于，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(diǎn)距離大側(cè)面上邊沿為0. 5H， 距離大側(cè)面左邊沿為0. 35W。5. -種電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，加速度傳感器采集電容器的外殼上的加速度信號(hào)，并將該加速度信號(hào)傳輸給 微處理器CPU; 步驟二，在微處理器CPU內(nèi)設(shè)定有加速度幅值閾值；對(duì)每個(gè)電容器和對(duì)應(yīng)的加速度傳 感器進(jìn)行編號(hào)，并將編號(hào)存儲(chǔ)到微處理器CPU中，微處理器CPU實(shí)時(shí)接收到加速度信號(hào)，獲 取當(dāng)前加速度幅值，將當(dāng)前加速度幅值與所述加速度幅值閾值進(jìn)行比較；當(dāng)前加速度幅值 大于所述加速度幅值閾值時(shí)，判定對(duì)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(hào)，并記錄發(fā)生元件擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累 計(jì)次數(shù)，并將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)傳輸給顯示 器； 步驟三，顯示器顯示發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，在步驟二中， 微處理器CPU剔除加速度幅值小于等于設(shè)定加速度幅值閾值的加速度信號(hào)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，在步驟二中， 微處理器CPU對(duì)加速度信號(hào)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(hào)。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，在步驟二中， 微處理器CPU將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)傳輸給存 儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，在步驟二中， 微處理器CPU對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行倒頻譜分析，將振動(dòng)源信號(hào)和傳遞函數(shù)分離，剔除有特征 峰存在的加速度干擾信號(hào)。10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測方法，其特征在于，在步驟三 中，微處理器CPU將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)經(jīng)通 訊模塊傳輸給外部后臺(tái)管理計(jì)算機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容器元件擊穿的振動(dòng)監(jiān)測裝置及振動(dòng)監(jiān)測方法。該監(jiān)測裝置包括微處理器CPU，設(shè)置在每個(gè)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(hào)、擊穿時(shí)間和擊穿累計(jì)次數(shù)的顯示器。該監(jiān)測方法在微處理器CPU內(nèi)設(shè)定有加速度幅值閾值；加速度信號(hào)大于所述幅度加速度幅值閾值時(shí)，判定對(duì)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(hào)，并記錄發(fā)生元件擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻、和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)，并將發(fā)生擊穿的電容器的編號(hào)、擊穿時(shí)刻和已經(jīng)發(fā)生的擊穿累計(jì)次數(shù)傳輸給顯示器。該裝置和方法可避免電容器累積故障造成更大的損失，也可快速定位故障電容器。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號(hào)】CN104914360
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510259432
【發(fā)明人】龔鵬, 朱繼紅, 張鶴飛
【申請(qǐng)人】朱繼紅
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月20日