CN109738706A - 一种电容器容值衰减检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容器容值衰减检测方法，涉及低压电力电容器领域，包括如下步骤：检测任两相的电流波形数据并计算其当前基波电流有效值；计算剩余相的当前基波电流有效值；检测任两相的电压波形数据并计算其当前基波电压有效值；计算每个电容对应相的额定基波电流有效值、每相额定电压下当前基波电流有效值；每相的额定电压下当前基波电流有效值除以其额定基波电流有效值得到容值衰减比例，本发明所提供的方法无需人工检测，精度高。
Description
【技术领域】
本发明属于低压电力电容器领域，特别涉及一种电容器容值衰减检测方法。
【背景技术】
现有技术中，低压并联电容器基本都是“自愈式”金属膜电容器，当出现击穿或漏电故障可以自动修复。但电容器的容量可能会降低。如果电容器的容量下降幅度不大而且是三相基本平衡，则可以继续投入运行。如果电容器的容量下降过多或三相电容量不平衡，则必须更换新的电容器。
衰减了的电容器，其电流值会比额定电流值低。因此，为知道正在投运中的电容器的容值是否降低，现有技术一般采用钳形电流表，人工检查对应的电容器的工作电流并与其标牌上的额定电流数据作比较，根据误差大小判断是否需要更换电容器。
而现有技术中的这种检测方式，需要配电房操作人员定期打开电容柜门，在电容器投入运行状态时用钳形电流表手工检测并比对额定电流值，这就提高了对操作人员的安全防护和专业水平的要求。同时，电容柜内一般都有多组电容器，每组电容器均需要测量，因此工作量庞大。并且，由于电网电压的波动以及谐波电压、电流均会影响电流的测量值，因此，用钳形电流表检测的电容电流的准确度较低。
此外，电容器的容值衰减变化既可能是长期缓慢的过程，也可能在突然的时刻发生质变，因此，人工测量的方法既浪费人力资源，又耗费工时。
【发明内容】
为解决前述问题，本发明提供了一种电容器容值衰减检测方法，无需人工进行检测，即可计算出电容器的衰减变化。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电容器容值衰减检测方法，所述方法用于测算三相共补电容器的容值衰减比例，所述三相共补电容器包括并联于任意两相之间的电容，所述方法包括以下步骤：
步骤一：获取任意两相的电流波形数据，并根据每一相的电流波形数据计算出该相的当前基波电流有效值；
步骤二：将步骤一中每一相的电流波形数据转换成该相的电流值，并计算出步骤一中两相的电流值之间的相位角度值；
步骤三：根据步骤一中两相的当前基波电流有效值和步骤二中的相位角度值计算出另外一相的当前基波电流有效值；
步骤四：获取任意两相之间的电压波形数据，并根据所述电压波形数据计算出这两相之间的当前基波电压有效值；
步骤五：根据每个电容的额定电压和额定容量计算出每一相的额定基波电流有效值；
步骤六：每一相的当前基波电流有效值乘以当前电压修正系数得到该相的额定电压下当前基波电流有效值，所述当前电压修正系数为步骤四中两相之间的电容的额定电压值与步骤四中两相之间的当前基波电压有效值的比；
步骤七：每一相的额定电压下当前基波电流有效值除以该相的额定基波电流有效值得到每个电容器在其对应相的电流衰减比例，所述电流衰减比例即为所述容值衰减比例。
进一步地，步骤一中的两相和步骤四中的两相为相同的两相。
可选地，步骤一和步骤二中的电流波形数据包括若干采样点的电流数值，由共补电容器电流采样电路从ADC采样通道获取；步骤四中的电压波形数据包括若干采样点的电压数值，由共补电容器电压采样电路从ADC采样通道获取。
进一步地，步骤二中的电流值通过将若干采样点的电流数值进行ADC转换得到。
可选地，在步骤一中，采用FFT快速傅里叶变换计算每一相的当前基波电流有效值；在步骤四中，采用FFT快速傅里叶变换计算每一相的当前基波电压有效值。
可选地，步骤三中采用余弦定理计算出另外一相的当前基波电流有效值。
可选地，步骤二中的相位角度值通过公式Φ＝(T1-T2)/T×2π计算得到，其中，T为一个周期，T1为步骤二中两相的一相电流过零点时间，T2为步骤二中两相的另一相电流过零点时间。
可选地，步骤五中的额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U1为额定电压，Q1为额定容量，I1为额定基波电流有效值。
可选地，所述三相共补电容器的每一相均串联有电抗器。
进一步地，串联电抗器后，步骤五中的额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U2为额定电压，Q2为额定容量，I2为额定基波电流有效值，K为电抗率，所述电抗率为所述电抗器的电抗值与所述三相共补电容器的容抗值之比。
本发明具有如下有益效果：本发明所提供的电容器容值衰减检测方法，通过单片机以及相应的采样电路，实现了电容器容值衰减比例的实时自动检测及计算。并且，本发明所提供的方法，通过单片机以及相应的采样电路可外接液晶显示屏，通过液晶显示屏界面显示电容的衰减信息，无需操作人员人工测量电流值，因此，降低了对操作人员的要求，也减少了操作人员的工作量。同时，本发明所提供的方法，通过单片机以及相应的采样电路还可连接网络，实现远程在线监测电容器容值衰减信息，可保证电容器容值衰减状况信息获取的实时性，无需操作人员经常到现场进行检测，节省了人力资源以及相应的工时。
另外，本发明所提供的电容器容值衰减检测方法，由于采用单片机以及相应的采样电路进行采样及检测，因此，在电压和电流等数据的测量精度方面，相比现有技术中的人工检测精度提高了数倍。
并且，本发明还在每一相中均串联了电抗器，可通过电抗器过滤掉影响三相共补电容器使用寿命的谐波及杂波，延长三相共补电容器的使用寿命。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例一的电路原理框图；
图2是本发明实施例二的电路原理框图。
其中，1-共补电容器，11-第一电容器，12-第二电容器，13-第三电容器，14-第一电抗器，15-第二电抗器，16-第三电抗器，2-电源电路，3-共补电容器C相电流采样电路，31-C相电流互感器，4-共补电容器A相电流采样电路，41-A相电流互感器，5-共补电容器AC相电压采样电路，6-磁保持继电器开关状态检测及控制电路，61-第一继电器，62-第二继电器，7-单片机，8-液晶显示屏，9-RS485电路。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
下面结合具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明：
实施例一：
本实施例提供一种电容器容值衰减检测方法，用于测算三相共补电容器的容值衰减比例，所使用的电路的原理框图如图1所示：
在本实施例所使用的电路中，A相、B相、C相呈三角形连接，由电源电路2进行供电。电源电路2为本领域常用的供电电路，包括变压器、整流器、稳压器等部件，属于本领域的现有技术，在此不做限定。在A相和B相之间并联有第一电容器11，在A相和C相之间并联有第二电容器12，在B相和C相之间并联有第三电容器13，第一电容器11、第二电容器12和第三电容器13共同构成共补电容器1。本实施例所使用的电路还包括共补电容器A相电流采样电路4和共补电容器C相电流采样电路3，共补电容器A相电流采样电路4设有A相电流互感器41，用于采集A相电流，共补电容器C相电流采样电路3设有C相电流互感器31，用于采集C相电流。A相和C相之间的电压通过共补电容器AC相电压采样电路5进行采集。本实施例中所使用的电压采样电路和电流采样电路均属于本领域的现有技术，可采用运算放大器、计量芯片等形式，在此不做限定。在本实施例所使用的电路中，A相设有第一继电器61，C相设有第二继电器62，而为控制第一继电器61以及第二继电器62的断开与闭合，本实施例所使用的电路还设有磁保持继电器开关状态检测及控制电路6，通过电压脉冲的形式控制第一继电器61和第二继电器62。磁保持继电器开关状态检测及控制电路6属于现有技术，在此亦不做限定。电源电路2、共补电容器C相电流采样电路3、共补电容器A相电流采样电路4、共补电容器AC相电压采样电路5以及磁保持继电器开关状态检测及控制电路6均与单片机7连接，并由单片机7控制。在本实施例中，单片机7采用意法半导体有限公司所产的STM8S207RBT6型号单片机，也可采用其他供应商所产的功能相同的单片机，在此不做限定。为了进行功能的扩充，单片机7还连接了液晶显示屏8，以显示电容的衰减信息，RS485电路9，以实现网络连接。
本实施例所提供的电容器容值衰减检测方法包括以下步骤：
步骤一：获取A相和C相的电流波形数据，并根据A相和C相的电流波形数据采用FFT快速傅里叶变换计算出A相和C相的当前基波电流有效值。
在其他实施例中，步骤一也可以是“获取A相和B相的电流波形数据并根据A相和B相的电流波形数据采用FFT快速傅里叶变换计算出A相和B相的当前基波电流有效值”；还可以是“获取B相和C相的电流波形数据并根据B相和C相的电流波形数据采用FFT快速傅里叶变换计算出B相和C相的当前基波电流有效值”。而本实施例以“获取A相和C相的电流波形数据，并根据A相和C相的电流波形数据采用FFT快速傅里叶变换计算出A相和C相的当前基波电流有效值”作为步骤一进行后续的计算。本领域技术人员应该明白，无论步骤一采用哪一种形式，均属于本发明的保护范围。
在步骤一中，电流波形数据包括若干采样点的电流数值，具体到本实施例中，共采用三十二个采样点。电流波形数据由共补电容器A相电流采样电路4和共补电容器C相电流采样电路3分别从各自的ADC采样通道获取，ADC采样通道以及采用FFT快速傅里叶变换均属于本领域的现有技术。
步骤二：将步骤一中A相的电流波形数据转换成A相的电流值，C相的电流波形数据转换成C相的电流值，并计算出A相的电流值和C相的电流值之间的相位角度值。
在步骤二中，A相的电流值和C相的电流值，通过将本实施例中32个采样点的电流数值进行ADC转换得到，而ADC转换属于本领域的现有技术。相位角度值通过公式Φ＝(T1-T2)/T×2π计算得到，其中，T为一个周期，T1为A相电流过零点时间，T2为C相电流过零点时间。
步骤三：根据步骤一中A相的当前基波电流有效值和C相的当前基波电流有效值以及步骤二中的相位角度值计算出B相的当前基波电流有效值。
在本实施例中，由于A相的当前基波电流有效值和C相的当前基波电流有效值呈矢量三角形，因此，采用余弦定理计算出B相的当前基波电流有效值。
步骤四：获取A相和C相之间的电压波形数据，并根据电压波形数据采用FFT快速傅里叶变换计算出这两相之间的当前基波电压有效值。
在步骤四中，电压波形数据包括若干采样点的电压数值，具体到本实施例中，共采用三十二个采样点。电压波形数据由共补电容器AC相电压采样电路5从其ADC采样通道获取，ADC采样通道以及采用FFT快速傅里叶变换均属于本领域的现有技术。
由于在步骤一中获取了A相和C相的电流数据，因此，在步骤四中采用了A相和C相之间的电压，采用这种方式不仅可以节约电路成本，也可减少运算步骤。而在其他实施例中，也可采用A相和B相之间的电压或B相和C相之间的电压，还需将电路以及运算步骤进行适应性调整即可。
步骤五：根据每个电容的额定电压和额定容量计算出每一相的额定基波电流有效值，额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U1为额定电压，Q1为额定容量，I1为额定基波电流有效值。
步骤六：每一相的当前基波电流有效值乘以当前电压修正系数就得到该相的额定电压下当前基波电流有效值。当前电压修正系数为A相和C相之间的电容的额定电压值与A相和C相之间的当前基波电压有效值的比；
步骤七：每一相的额定电压下当前基波电流有效值除以该相的额定基波电流有效值得到每个电容器在其对应相的电流衰减比例，即电容器容值衰减比例。
需要提到的是，以上每一步，均由单片机7控制完成。
实施例二：
本实施例与实施例一不同的是，三相共补电容器1的每一相均串联有电抗器。具体到本实施例中，A相串联有第一电抗器14、B相串联有第二电抗器15，C相串联有第三电抗器16。串联电抗器以后，步骤五中的额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U2为额定电压，Q2为额定容量，I2为额定基波电流有效值，K为电抗率，电抗率为电抗器的电抗值与三相共补电容器的容抗值之比。
在本实施例中，每一相均串联有电抗器，可通过电抗器过滤掉影响三相共补电容器使用寿命的谐波及杂波，延长三相共补电容器的使用寿命。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种电容器容值衰减检测方法，其特征在于，所述方法用于测算三相共补电容器的容值衰减比例，所述三相共补电容器包括并联于任意两相之间的电容，所述方法包括以下步骤：
步骤一：获取任意两相的电流波形数据，并根据每一相的电流波形数据计算出该相的当前基波电流有效值；
步骤二：将步骤一中每一相的电流波形数据转换成该相的电流值，并计算出步骤一中两相的电流值之间的相位角度值；
步骤三：根据步骤一中两相的当前基波电流有效值和步骤二中的相位角度值计算出另外一相的当前基波电流有效值；
步骤四：获取任意两相之间的电压波形数据，并根据所述电压波形数据计算出这两相之间的当前基波电压有效值；
步骤五：根据每个电容的额定电压和额定容量计算出每一相的额定基波电流有效值；
步骤六：每一相的当前基波电流有效值乘以当前电压修正系数得到该相的额定电压下当前基波电流有效值，所述当前电压修正系数为步骤四中两相之间的电容的额定电压值与步骤四中两相之间的当前基波电压有效值的比；
步骤七：每一相的额定电压下当前基波电流有效值除以该相的额定基波电流有效值得到每个电容器在其对应相的电流衰减比例，所述电流衰减比例即为所述容值衰减比例。
2.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤一中的两相和步骤四中的两相为相同的两相。
3.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤一和步骤二中的电流波形数据包括若干采样点的电流数值，由共补电容器电流采样电路从ADC采样通道获取；步骤四中的电压波形数据包括若干采样点的电压数值，由共补电容器电压采样电路从ADC采样通道获取。
4.根据权利要求3所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤二中的电流值通过将若干采样点的电流数值进行ADC转换得到。
5.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：在步骤一中，采用FFT快速傅里叶变换计算每一相的当前基波电流有效值；在步骤四中，采用FFT快速傅里叶变换计算每一相的当前基波电压有效值。
6.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤三中采用余弦定理计算出另外一相的当前基波电流有效值。
7.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤二中的相位角度值通过公式Φ＝(T1-T2)/T×2π计算得到，其中，T为一个周期，T1为步骤二中两相的一相电流过零点时间，T2为步骤二中两相的另一相电流过零点时间。
8.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：步骤五中额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U1为额定电压，Q1为额定容量，I1为额定基波电流有效值。
9.根据权利要求1所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：所述三相共补电容器的每一相均串联有电抗器。
10.根据权利要求9所述的电容器容值衰减检测方法，其特征在于：串联电抗器后，步骤五中的额定电压、额定容量和额定基波电流有效值的关系为：其中，U2为额定电压，Q2为额定容量，I2为额定基波电流有效值，K为电抗率，所述电抗率为所述电抗器的电抗值与所述三相共补电容器的容抗值之比。
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