CN102879683B - 一种电力电容器耐爆能量检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电容器耐爆能量检测装置及其检测方法，所述检测装置包括光电隔离系统、数据采集系统、数据处理分析系统和人机交互显示系统四部分；光电隔离系统将接收数据实现电气隔离后送至数据采集系统，数据采集系统由衰减单元和采集器组成，通过配置衰减器的系数，将光电隔离系统发送的数据通过衰减器送入到采集器中，数据采集系统的输出端连接至数据分析处理系统的输入端，数据分析处理系统作为核心组件接收数据采集系统的数据并完成分析计算，数据分析处理系统的输出端连接至人机交互界面，人机交互界面负责完成试验任务的配置、控制和检测结果输出。该装置用于检测电容器耐爆能量的特性，能够方便的完成电容器壳体耐爆几率曲线的绘制。

Description

一种电力电容器耐爆能量检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于电容器测试技术领域，涉及一种能量检测装置，尤其是电力电容器耐爆能量检测装置及其检测方法。

背景技术

通过在远距离特高压输电线路中增加串接电容器，相当于抵消了输电线路的部分感抗，缩短了线路的电气距离，同时使得线路两端的相角差减小，抗干扰的裕度增大，提高了输电线路的系统稳定性。

电力线路中串接的电容器如果采用了不合理的电容器组接线，假如其中的某一台电容器发生击穿故障，同串联段与故障电容器并联的其它完好的电容器会向故障电容器放电而使故障电容器承受超出其能够耐受的能量，进而引起故障电容器爆破；同时有用户反映电容器在分合闸或运行时出现电容器群爆和部分电容器爆炸现象。为了得出电容器内部发生极间或极对外壳内部击穿时，引起外壳与套管破裂的最小能量，分析计算电容器的耐爆能量是非常必要的。目前，针对电容器耐爆能量的计算尚无专门装置来完成，在爆破能量计算时首先需要进行繁琐的试验接线，之后通过采集大量数据和利用复杂的计算公式实现能量计算，效率低下，对于绘制电容器壳体耐爆几率曲线不能有效完成，难以满足试验需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便检测电容器耐爆能量的装置及其检测方法，快捷的完成试验线路的接线，减小耐爆能量计算的偏差。该检测装置采用RLC回路电流法，以RLC回路衰减振荡放电理论为依据，实现电容器耐爆能量的计算，采用三条专用线缆快捷的连接到放电回路的两个电压测量端和一个电流测量端，将这三路测量信号通过输入通道送入到耐爆能量检测装置，通过对这三路信号的分析计算，得出试验的释放能量，即为试品电容器的耐爆能量，有效加快了试验进程，增加测量过程中抗干扰性，减小能量的计算误差，同时对于电容器壳体耐爆几率曲线的绘制提供了方便。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力电容器耐爆能量检测装置，包括主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道、试验回路的电流测量信号输入通道、光电隔离系统、数据采集系统和数据分析处理系统；光电隔离系统包括三个独立的光电隔离模块，主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道和试验回路的电流测量信号输入通道三路输入通道输入的信号接入光电隔离系统的三个独立的光电隔离模块，实现输入通道的数据接收；数据采集系统由衰减单元和采集器组成；衰减单元由三路独立的可调衰减器组成；衰减单元的三路独立的可调衰减器接收光电隔离系统的三个独立的光电隔离模块输出端发送的数据，并对接收到的数据进行衰减后通过采集器以波形和数据的方式完成采集存储；所述理数据采集系统连接数据处理分析系统。

本发明进一步的改进在于：数据处理分析系统利用处理数据采集系统采集到的数据计算出电力电容器耐爆能量。

本发明进一步的改进在于：所述采集器为多通道波形记录仪。

本发明进一步的改进在于：数据处理分析系统的输出信号通过人机交互显示系统实时展示。

本发明进一步的改进在于：人机交互显示系统连接有用于电容器耐爆试验的过程控制与参数配置的外部设备，即可自动实现试验回路的空载测试和帯载耐爆能量测试，同时可进行输入电压参数的手动配置，以实现耐爆能量的可调可控。

本发明进一步的改进在于：所述采集器为GEN7t高速数据采集系统。

本发明进一步的改进在于：所述电力电容器耐爆能量检测装置还包括屏蔽式外壳；光电隔离系统、数据采集系统和数据分析处理系统均设置于屏蔽式外壳内；主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道和试验回路的电流测量信号输入通道固定于屏蔽式外壳上。

一种利用电力电容器耐爆能量检测装置进行电力电容器耐爆能量检测的检测方法，

将电力电容器耐爆能量检测装置的主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道、试验回路的电流测量信号输入通道分别连接电力电容器耐爆能量实验回路的主充电电容器所接分压器的二次输出信号通道、试品电容器所接分压器的二次输出信号通道、检测电力电容器耐爆能量实验回路电流装置的二次输出信号通道；

主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道和试验回路的电流测量信号输入通道三路输入通道输入的信号接入光电隔离系统的三个独立的光电隔离模块，实现输入通道的数据接收；数据采集系统由衰减单元和采集器组成；衰减单元由三路独立的可调衰减器组成；衰减单元的三路独立的可调衰减器接收光电隔离系统的三个独立的光电隔离模块输出端发送的数据，并对接收到的数据进行衰减后通过采集器以波形和数据的方式完成采集存储；

检测时，将主充电电容器的电压测量结果实时的送入主电容器充电电压信号输入通道中，将试品电容器短接，然后将试品电容器短接时试验回路的电流测量信号实时的送入试验回路的电流测量信号输入通道中；然后通过放点球G瞬时放电，采集此放电过程的主电容器充电电压、试品电容器两端电压、试验回路电流分别通过主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道和试验回路的电流测量信号输入通道送入数据处理分析系统；数据处理分析系统利用处理数据采集系统采集到的数据计算出实验回路的等效电阻；

然后，将试品电容器接入实验回路，对试品电容器的两端电压进行测量，并将电压测量结果Uc实时的送入试品电容器电压信号输入通道中，然后通过放点球G瞬时放电，将采集的主电容器充电电压Us、试品电容器两端电压Uc、试验回路电流I_(t)分别通过主电容器充电电压信号输入通道、试品电容器电压信号输入通道和试验回路的电流测量信号输入通道送入数据处理分析系统；数据处理分析系统结合空载的试验回路参数计算出电力电容器耐爆能量。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1）本发明采用光电隔离单元实现多路接收数据的物理隔离和电气隔离，能够有效避免多路信号之间的相互干扰。

2）本发明装置将多路独立可调衰减器与多通道波形记录仪组合使用，扩大了采集数据的量测范围，同时提高了采集数据的波形分辨率和减小采集数据的误差。

3）本发明装置采用组件模块化设计思想，对于应用功能的添加和产品的系统升级提供极大的方便。

4）本发明将光电隔离系统、数据采集系统、数据分析处理系统等集合布置到装置内部，能够有效地提高电磁抗扰度，提高装置的可靠性与稳定性。

附图说明

图1为电容器耐爆能量检测装置的结构示意图；

图2为电容器耐爆能量检测线路连接示意图。

图中：1为主电容器充电电压信号输入通道，2为试品电容器电压信号输入通道，3为试验回路的电流测量信号输入通道，4为光电隔离系统，5为衰减单元，6为数据采集系统，7为数据处理分析系统，8为人机交互显示系统，9为外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参见图1，本发明的电力电容器耐爆能量检测装置，包括主电容器充电电压信号输入通道1（接收主充电电容器所接分压器的二次输出信号通道），试品电容器电压信号输入通道2（接收试品电容器所接分压器的二次输出信号通道），试验回路的电流测量信号输入通道3（接收检测回路电流装置的二次输出信号通道）、光电隔离系统4、数据采集系统6、数据分析处理系统7和人机交互显示系统8。光电隔离系统4包括三个独立的光电隔离模块，3路输入通道输入的信号接入三个独立的光电隔离模块，实现输入通道的数据接收。数据采集系统6由衰减单元5和采集器组成。衰减单元5由三路独立的可调衰减器组成，采集器由多通道波形记录仪组成。衰减单元5的三路独立的可调衰减器接收光电隔离系统4的三个独立的光电隔离模块输出端发送的数据，并对接收到的数据进行衰减后通过多通道波形记录仪以波形和数据的方式完成采集存储。数据处理分析系统7用来处理数据采集系统6采集到的数据并实现对可调衰减器的控制，同时将处理后的数据和波形以表征耐爆能量的方式通过人机交互显示系统8实时展示，人机交互显示系统8连接的外部设备可以方便的实现过程控制与参数的合理配置。

本发明的具体连接关系如下：

在电容器耐爆能量检测装置的外壳9上固定有3路信号输入通道：信号输入通道由主电容器充电电压信号输入通道1，试品电容器电压信号输入通道2和试验回路的电流测量信号输入通道3组成；信号输入通道将接收的数据输入到光电隔离系统4中，光电隔离系统4对接收到的3路信号实现电气隔离，并将接收到的数据发送至数据采集系统6中，依据接收信号的特征，通过配置衰减单元5的参数，进行精确采样，该数据采集系统6利用GEN7t高速数据采集系统实现，可根据环境温度的变化对采集信号进行补偿，避免温漂对采集数据准确度的影响。本发明的数据处理分析系统7通过解析通信协议，将数据采集系统6发送到的数据进行分析处理，该处理分析处理系统7选用高品质电子元器件进行硬件设计，以PLCIPC-610-L型嵌入式工控机作为硬件架构的基础，软件采用VC6.0作为开发工具；首先对数据采集系统发送到的数据采用离散傅里叶变换和拉普拉斯变换为数据分析基础方式进行初步处理，以提高采集到的数据准确性，参考电容器耐爆能力计算方法，利用RLC回路衰减振荡放电作为理论计算依据并，结合使用瞬时功率积分法实现完成能量计算，以此保证能量计算的准确度，提高整套装置的性能。人机交互显示系统8将处理的数据和波形以完全表征耐爆能量的方式实时显示，并将所得的数据、波形等进行输出、拷贝、打印等，同时可以通过人机交互显示系统的外部设备对处理系统进行试验配置，提高检测效率。整套装置采用屏蔽式外壳9进行整体屏蔽，一方面实现装置的稳定性和抗震性，另一方面可以有效减少外部干扰，提高耐爆能量计算结果的准确性。

本发明的工作原理如下：

结合图1和图2，本发明在实施耐爆能量检测时，首先通过控制调压器T1选取主电容器充电电压，并通过分压器将主电容器的电压测量结果Us实时的送入通道1中，将试品电容器通过开关K短接，通过电流测量装置将此试验回路的电流测量信号I实时的送入通道3中，待主电容器充电电压达到预估值时，利用放电球G实现瞬时放电，数据采集系统6将此放电过程测量的电压、电流信号经光电隔离系统4实现数据采集，并将采集的数据和波形送入到数据分析处理系统7，借助预先编制好的软件对数据进行处理、计算，得出空载情况下的试验回路参数，即通过RLC振荡回路放电电流理论，结合公式得出空载电阻值，其中R₀为空载情况下的试验回路的等效电阻，γ₀为电流波形衰减率，C₀为主电容器电容值，f₀为电流波形的震荡频率。之后把开关K打开，将试品电容器串入试验回路中，同时利用分压器对试品电容器的两端电压进行测量，并将电压测量结果Uc实时的送入通道2中，重复主电容器充电电压到空载情况时的电压值，通过放电球G完成放电过程，将此次试验采集的主电容器充电电压Us、试品电容器两端电压Uc、试验回路电流I_(t)送入数据分析处理系统，结合利用空载的试验回路参数，在处理软件中，由于放电过程是暂态且高频的过程，因此在软件中采用傅里叶算法，嵌入公式 $W{c}_x=\frac{1}{2}{C}_0(U{s}^2-U{c}^2)-{\∫I_{\left(t\right)}}^2{\·R}_0\mathrm{dt}$ 进行能量积分计算（Wc_x为试品电容器的能量），表征耐爆能量的技术参数将被存储、显示、打印或者以其它通信方式（如USB接口）进行输出，完成这些功能都是通过人机交互显示系统8来实现的。

综上所述，本发明的电容器耐爆能量检测装置数据输入接口采用专用连接头，通过光电隔离单元的配置，有效地减少信号输入通道之间的相互干扰，核心的数据处理系统使用专用的硬件处理架构，并采用独立的操作系统平台实现数据分析计算，响应速度快，可视化及可控操作相结合，试验结果简单直观的展现在操作界面上，操作简单易用，功能扩展性强，提高了测量结果的准确度和试验的工作效率。

Claims (5)

1.一种电力电容器耐爆能量检测装置，其特征在于，

包括主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)、试验回路的电流测量信号输入通道(3)、光电隔离系统(4)、数据采集系统(6)和数据分析处理系统(7)；

光电隔离系统(4)包括三个独立的光电隔离模块，主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)和试验回路的电流测量信号输入通道(3)三路输入通道输入的信号接入光电隔离系统(4)的三个独立的光电隔离模块，实现输入通道的数据接收；

数据采集系统(6)由衰减单元(5)和采集器组成；衰减单元(5)由三路独立的可调衰减器组成；衰减单元(5)的三路独立的可调衰减器接收光电隔离系统(4)的三个独立的光电隔离模块输出端发送的数据，并对接收到的数据进行衰减后通过采集器以波形和数据的方式完成采集存储；

所述数据采集系统(6)连接数据处理分析系统(7)；

所述数据处理分析系统(7)利用处理数据采集系统(6)采集到的数据计算出电力电容器耐爆能量；

数据处理分析系统(7)的输出信号通过人机交互显示系统(8)实时展示；

所述电力电容器耐爆能量检测装置还包括屏蔽式外壳(9)；光电隔离系统(4)、数据采集系统(6)和数据分析处理系统(7)均设置于屏蔽式外壳(9)内；主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)和试验回路的电流测量信号输入通道(3)固定于屏蔽式外壳(9)上。

2.根据权利要求1所述的一种电力电容器耐爆能量检测装置，其特征在于，所述采集器为多通道波形记录仪。

3.根据权利要求1所述的一种电力电容器耐爆能量检测装置，其特征在于，人机交互显示系统(8)连接有用于过程控制与参数配置的外部设备。

4.根据权利要求1所述的一种电力电容器耐爆能量检测装置，其特征在于，所述采集器为GEN7t高速数据采集系统。

5.一种利用权利要求1所述的电力电容器耐爆能量检测装置进行电力电容器耐爆能量检测的检测方法，其特征在于，

将电力电容器耐爆能量检测装置的主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)、试验回路的电流测量信号输入通道(3)分别连接电力电容器耐爆能量实验回路的主充电电容器所接分压器的二次输出信号通道、试品电容器所接分压器的二次输出信号通道、检测电力电容器耐爆能量实验回路电流装置的二次输出信号通道；

主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)和试验回路的电流测量信号输入通道(3)三路输入通道输入的信号接入光电隔离系统(4)的三个独立的光电隔离模块，实现输入通道的数据接收；数据采集系统(6)由衰减单元(5)和采集器组成；衰减单元(5)由三路独立的可调衰减器组成；衰减单元(5)的三路独立的可调衰减器接收光电隔离系统(4)的三个独立的光电隔离模块输出端发送的数据，并对接收到的数据进行衰减后通过采集器以波形和数据的方式完成采集存储；检测时，将主充电电容器的电压测量结果实时的送入主电容器充电电压信号输入通道(1)中，将试品电容器通过开关K短接，然后将试品电容器短接时试验回路的电流测量信号实时的送入试验回路的电流测量信号输入通道(3)中；然后待主电容器充电电压达到预估值时，通过放电球G瞬时放电，数据采集系统(6)将此放电过程测量的电压、电流信号经光电隔离系统(4)实现数据采集，并将采集的数据和波形送入到数据分析处理系统(7)；数据处理分析系统(7)利用处理数据采集系统(6)采集到的数据计算出空载情况下实验回路的等效电阻R₀；

γ₀为电流波形衰减率，C₀为主电容器电容值，f₀为电流波形的震荡频率；

然后，将试品电容器接入实验回路，对试品电容器的两端电压进行测量，并将电压测量结果Uc实时的送入试品电容器电压信号输入通道(2)中，然后通过放电球G瞬时放电，将采集的主电容器充电电压Us、试品电容器两端电压Uc、试验回路电流I_(t)分别通过主电容器充电电压信号输入通道(1)、试品电容器电压信号输入通道(2)和试验回路的电流测量信号输入通道(3)送入数据处理分析系统(7)；数据处理分析系统(7)结合空载的试验回路参数计算出电力电容器耐爆能量Wc_x， ${\mathrm{Wc}}_x=\frac{1}{2}{C}_0({\mathrm{Us}}^2-{\mathrm{Uc}}^2)-{I_{\left(t\right)}}^2\·R_0\mathrm{dt}.$