CN105974240B - 一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法，所述方法包括，判断所述氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，否则自愈成功；其中，所述氢气浓度变化参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率或者增长率变化。本发明通过氢气浓度变化参数来进行自愈失败的检测，不仅避免了金属化膜电容器在自愈成功的情况下正常情况下产气，而造成对自愈情况的保护误动作，判定依据更为可靠；并且能更快的检测出自愈失败的情况，从而提高了保护效率。

Description

一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法

技术领域

本发明属于电气设备技术检测领域，更具体地，涉及一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法。

背景技术

当金属化膜电容器内部介质出现明显老化、运行于高温环境、耐受电压过高或以上因素同时作用时，金属化膜会出现自愈失败，发生击穿，电容器会出现鼓肚现象，在金属化膜电容器元件发生自愈失败的同时，击穿点的高温会导致聚丙烯膜的分解，产生大量气体。如不能及时检测出金属化膜电容器内部出现的自愈失败，在产气的作用下金属化膜电容器可能会发生爆炸等事故。因此，及时有效地对电容器内部出现的自愈失败进行检测，具有重要意义。

专利文献CN201510348500中公开了一种干式金属化膜电容器气敏保护装置和方法，该方法通过设置氢气浓度的阈值对干式金属化膜电容器自愈失败的情况进行检测和断电保护；然而，一方面干式金属化膜电容器在长期工作的时候，常常会出现自愈成功，而氢气浓度仍然超过设定的阈值，从而使得装置出现误判；另一方面从自愈失败到氢气含量增长达到阈值需要一定的时间，从而使得耽误了自愈失败的及时检测。

发明内容

针对现有技术的不足以及改进需求，本发明提出了一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法，其目的在于，通过氢气浓度变化参数对自愈失败的情况进行检测，从而使得检测更加准确和及时。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法，判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，否则自愈成功；其中，所述氢气浓度变化参数包括金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率或者增长率变化。

优选地，所述氢气浓度参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，所述氢气浓度的增长率A＝(N－N’)/Δt；其中，N为当前金属化膜电容器内的氢气浓度，N’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度。

作为进一步优选地，所述变化率阈值ξ为0.40％/s～0.80％/s。

作为进一步优选地，所述时间段Δt为5s～60s。

优选地，所述氢气浓度参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率变化，所述氢气浓度的增长率变化η＝A/A’；其中，A为当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，A’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率。

作为进一步优选地，当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率A＝(N－N’)/Δt，时间段Δt之前金属化膜电容器的氢气浓度的增长率A’＝(N’－N₀)/Δt；其中，N为当前金属化膜电容器内的氢气浓度，N’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度，N₀为在时间段2Δt之前金属化膜电容器的氢气浓度。

作为进一步优选地，所述变化率阈值ρ＝1.5～20。

优选地，所述金属化膜电容器包括氢气检测装置以及保护装置，所述氢气检测装置的检测端设置于所述金属化膜电容器内部，输出端连接保护装置的输入端；所述检测方法包括：

所述氢气检测装置获得所述金属化膜电容器内的氢气浓度并输出；所述保护装置根据所述氢气浓度，获得氢气浓度变化参数，并判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，切断金属化膜电容器与外部电源的连接，否则不作任何处理。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于通过氢气浓度变化参数来进行自愈失败的检测，具有以下优点：

1、通过氢气浓度的变化，而不是氢气浓度本身作为标准进行自愈失败的检测，避免了金属化膜电容器在自愈成功的情况下正常情况下产气，而造成对自愈情况的保护误动作，判定依据更为可靠；

2、对氢气浓度变化参数的检测，比氢气浓度本身能更快的检测出自愈失败的情况，从而提高了保护效率；

3、以氢气浓度的增长率变化作为检测标准，能更好的区分金属化膜电器中元件击穿时刻的产气突然增加的情况，进一步区别了金属化膜电容器在自愈成功以及自愈失败情况下的产气。

附图说明

图1是本发明实施例1-4金属化膜电容器元件的产气量、电压以及加压时间关系示意图；

图2是本发明实施例5所用的金属化膜电容器的示意图；

图3为本发明实施例5所用的保护电路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明公开了一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法，包括判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，否则自愈成功；其中，所述氢气浓度变化参数包括金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率A＝(N－N’)/Δt或者增长率变化η＝A/A’；其中，N为当前金属化膜电容器内的氢气浓度，N’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度，A为当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，A’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，时间段Δt为5s～60s。

当氢气浓度变化参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率时，变化率阈值ξ可根据金属化膜电容器内元件的型号和数量、充电电压以及金属化膜电容器内部空隙的大小设置为0.40％/s～0.80％/s。当金属化膜电容器内部空隙较小且使用较大的充电电压时，可将变化率阈值设置为较大值，反之则设置为较小值。

当氢气浓度参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率变化时，变化率阈值ρ可根据检测时间间隔Δt以及金属化膜电容器内元件的数量设置为1.5～20，当检测时间间隔较短，且金属化膜电容器内元件的数量小于5时，由于其中一个元件击穿就能对氢气浓度的增长率造成明显影响，可将变化率阈值设置为较大值，反之则设置为较小值。

该金属化膜电容器可通过安装氢气检测装置以及保护装置利用该方法实现保护功能，将氢气检测装置的检测端设置于所述金属化膜电容器内部，输出端连接保护装置的输入端；所述氢气检测装置获得所述金属化膜电容器内的氢气浓度并输出；所述保护装置根据所述氢气浓度，获得氢气浓度变化参数，并判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，切断金属化膜电容器与外部电源的连接，否则不作任何处理。

实施例1

本实施例1所用的金属化聚丙烯薄膜电容器的元件型号为27μF-7.5Ω/□，对该元件施加电压，并利用排油法测量元件所产生的气体，具体步骤如下：

在0min～30min施加期间900V的电压，平均产气速率为0.17ml/min；30～150min期间施加960V的电压，平均产气速率为0.38ml/min；150～160min期间施加1100V的电压，平均产气速率为0.9ml/min；160～163min期间施加1150V的电压，163min时元件击穿，产生大量气泡，击穿后的产气速率为20ml/min，击穿后的总产气量为60ml。

实施例2

实施例2和实施例1所用的元件型号相同，对该元件施加电压，并利用排油法测量元件所产生的气体，具体步骤如下：

在0min～30min期间施加900V的电压，该期间的平均产气速率为0.17ml/min，30～106min期间施加1000V的电压，平均产气速率为0.61ml/min，106min时元件击穿，产生大量气泡，击穿后的产气速率为14.5ml/min，击穿后的总产气量为87ml。

实施例3

实施例3和实施例1所用的元件型号相同，对该元件施加电压，并利用排油法测量元件所产生的气体，具体步骤如下：

在0min～10min期间施加800V的电压，该期间无产气，10min～60min期间施加950V的电压，该期间的平均产气速率为0.2ml/min，60～220min期间施加1000V的电压，平均产气速率为0.25ml/min，220～237min期间施加1150V的电压，平均产气速率为0.25ml/min，237min时元件击穿，产生大量气泡，击穿后的产气速率为8.65ml/min，击穿后的总产气量为147ml。实施例4

实施例4和实施例1所用的元件型号相同，对该元件施加电压，并利用排油法测量元件所产生的气体，具体步骤如下：

在0min～30min期间施加900V的电压，该期间产气速率为0.17ml/min，30min～60min期间施加950V的电压，该期间的平均产气速率为0.5ml/min，60～70min期间施加1000V的电压，平均产气速率为0.5ml/min，70min时元件击穿，产生大量气泡，击穿后的产气速率为4.5ml/min，由于击穿后的总产气量为45ml。

实验结果分析

实施例1-实施例4的产气量、电压以及加压时间之间的关系如图1所示。可以看出，在电容器元件施加的电压为900V～1100V时，仍然可能在产气的情况下自愈成功，而产气速度约为0.17ml/min～0.9ml/min，这里因为击穿之后恢复绝缘的过程中，击穿点处的聚丙烯由于分解而仍然会缓慢产气；而当电容器元件被击穿时的产气速度约为4.5ml/min～20ml/min。电容器元件的产气中约85％为氢气，因此，对于一个内部空隙约为10ml，有四个电容器元件的金属化膜电容器，当以氢气浓度的增长率为自愈失败的判定标准时，将变化率阈值ξ设置为0.65％/s即可成功实现检测。从图上还可以看出，以元件被击穿的那一刻为分界点，之前和之后的产气速度几乎是线性变化的，而且击穿那一刻产气速率增加了8倍，即使在金属化膜电容器中有多个元件存在的情况下，该变化仍然十分明显，考虑到在实际氢气浓度的检测中，由于氢气传感器很难做到完全的实时响应，当以氢气浓度的增长率变化为判定标准时，可将变化率阈值ρ设置为1.5～20。然而，在现有技术中，当元件自愈成功而缓慢产气时，如果完全以氢气浓度作为自愈失败的判定标准，该方法将会造成判定失误。

实施例5

如图2所示的金属化膜电容器内部包括四个如实施例1所示的元件，金属化膜电容器的间隙大小约为10ml；氢气检测装置的检测端设置于金属化膜电容器内部的顶部，其输出端连接保护装置，保护装置的输出端连接保护开关，所述保护开关设置于外部电源与金属化膜电容器之间。

氢气检测装置的电路示意图如图3所示，包括氢气传感器、加热器电压源V_H、测试电压源V_C、分压电阻R_L以及PZ114A电压计；其中，加热器电压源V_H＝5V±0.1V，用于为氢气传感器提供特定的工作温度，测试电压源V_C＝5V±0.1V用于为分压电阻R_L提供测试的电压，分压电阻R_L＝4.7kΩ，氢气传感器为MQ-8可燃性气体传感器，该氢气传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当传感器所处环境中存在氢气时，传感器的电导率随空气中氢气浓度的增加而增大。所述氢气传感器的第一端连接分压电阻的第一端，分压电阻的第二端连接测试电压源的第一端，测试电压源的第二端连接氢气传感器的第二端；氢气传感器作为氢气检测装置的检测端，电压计与分压电阻并联，电压计的输出端作为氢气检测装置的输出端。

本实施例的检测方法包括以下步骤

(1)该氢气传感器的工作温度为20℃±2℃，使用前需要不少于48小时的预热时间，将氢气传感器置于氢气体积浓度为N₁的环境中，实施例中为2％，并用PZ114A电压计测量此时检测电路的输出电压值U₁＝3V，将该值存储于保护装置中；

将氢气传感器置于氢气体积浓度为N₂的环境中，使得N₂＞1.2N₁，在本实施例中N₂＝3％，测量此时检测电路的输出电压值U₂＝4V，将该值存储于保护装置中；

则氢气检测装置获得的氢气传感器获得的氢气浓度N与检测电路的输出电压U之间的关系为

即

(2)将检测装置安装于金属化膜电容器的顶部，将金属化膜电容器接入电源，当金属化膜电容器内部有元件被击穿，则出现自愈失败，聚丙烯发生分解，电容器内部有大量气体生成，生成的气体最终聚集到金属化膜电容器的空隙处；保护装置判断金属化膜电容器内部的氢气浓度在短时间Δt＝10s的增长率是否超过增长率阈值0.65％/s，若超过则检测到了金属化膜电容器内部出现的自愈失败所引发的故障，保护装置向保护开关发出控制信号，使保护开关切断金属化膜电容器与外部电源间的连接。

实施例6

以所述的相同步骤重复实施例5，区别在于，在所述步骤2中，保护装置判断金属化膜电容器内部的增长率变化η＝A’/A在短时间Δt＝10s的增长率是否超过变化率阈值9，其中，A’为当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，A为时间段Δt之前金属化膜电容器的氢气浓度的增长率；若超过则检测到了金属化膜电容器内部出现的自愈失败所引发的故障，保护装置向保护开关发出控制信号，使保护开关切断金属化膜电容器与外部电源间的连接。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属化膜电容器自愈失败的检测方法，其特征在于，

在金属化膜电容器的施加电压从低压上升到高压的过程中，实时判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，若是，则自愈失败，若否，则自愈成功；其中，所述氢气浓度变化参数包括金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率或者增长率变化；

所述金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率A＝(N－N’)/Δt；其中，N为当前金属化膜电容器内的氢气浓度，N’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度；

所述金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率变化η＝A/A’；其中，A为当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率，A’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率；

当氢气浓度变化参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率时，变化率阈值ξ根据金属化膜电容器内元件的型号和数量、充电电压以及金属化膜电容器内部空隙的大小设置；当金属化膜电容器内部空隙较小且使用较大充电电压时，将变化率阈值设置为较大值，反之则设置为较小值；

当氢气浓度参数为金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率变化时，变化率阈值ρ根据检测时间间隔Δt以及金属化膜电容器内元件的数量设置，当检测时间间隔较短，且金属化膜电容器内元件的数量小于五时，将变化率阈值设置为较大值，反之则设置为较小值。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述氢气浓度的增长率的变化率阈值ξ为0.40％/s～0.80％/s。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述时间段Δt为5s～60s。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，当前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率A＝(N－N’)/Δt，时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度的增长率A’＝(N’－N₀)/Δt；其中，N为当前金属化膜电容器内的氢气浓度，N’为在时间段Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度，N₀为在时间段2Δt之前金属化膜电容器内的氢气浓度。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述氢气浓度的增长率变化变化率阈值ρ＝1.5～20。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述金属化膜电容器包括氢气检测装置以及保护装置，所述氢气检测装置的检测端设置于所述金属化膜电容器内部，输出端连接保护装置的输入端；所述检测方法包括：

所述氢气检测装置获得所述金属化膜电容器内的氢气浓度并输出；所述保护装置根据所述氢气浓度，获得氢气浓度变化参数，并判断氢气浓度变化参数是否大于变化率阈值，是则自愈失败，切断金属化膜电容器与外部电源的连接，否则不作任何处理。

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