CN111366826A - 自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法 - Google Patents

自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法 Download PDF

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马玉圣
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祝文婷
陆红玉
张立茜
许蔚翔
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Abstract

本发明公开了自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法，采用声发射传感器拾取该自愈放电产生的超声信号；利用前置放大器对该自愈放电的微弱超声信号进行放大，并经带通滤波模块对该信号做模拟滤波；利用高分辨率A/D采集板卡将信号传输至上位机，由上位机对该超声信号进行处理识别，判断待检测电容器的自愈放电次数，并以电压传感器实时获取的直流电源输出电压值为依据，判断当前自愈式并联电容器自愈放电的检测阶段，最后给出检测报告。本发明安全便携，操作简单，通过检测电容器自愈放电产生的超声信号判断放电过程，适用于自愈式并联电容器的自愈放电检测场合，为交流电力系统用自愈式并联电容器提供了一种可靠准确的检测手段。

Description

自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及超声技术及交流电力系统用自愈式并联电容器的性能检测领域，具体是自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法。
背景技术
自愈式电容器采用单层聚丙烯膜做为介质，表面蒸镀了一层薄金属做为导电电极。当施加过高的电压时，聚丙烯膜电弱点被击穿，击穿点阻抗明显降低，流过的电流密度急剧增大，使金属化镀层产生高热，击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。
上述过程为自愈式并联电容器的一次自愈过程，检测该自愈过程是评判自愈式并联电容器自愈能力的重要标准，是评价自愈式电容器性能的重要步骤，目前电容器的自愈击穿现象主要利用示波器、声响法或者高频实验法进行。上述方法均需要人为判断自愈击穿现象是否发生，灵敏度较低，容易漏检且人为误差很大。因此本发明针对现有技术的不足，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统及其方法，通过检测电容器自愈放电产生的超声信号判断放电过程，适用于自愈式并联电容器的自愈放电检测场合，为交流电力系统用自愈式并联电容器提供了一种可靠准确的检测手段。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，包括依次连接的声发射传感器、前置放大器、带通滤波模块、A/D转换模块及上位机；所述声发射传感器贴合在待检测自愈式电容器表面，拾取所述待检测自愈式电容器自愈放电时的超声信号；所述待检测自愈式电容器连接有可调直流高压电源，为所述待检自愈式电容器产生自愈放电提供直流激励；所述可调直流高压电源与所述上位机连接并通过所述上位机控制其输出至所述待检测样品的电压；所述上位机内预设有用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值，接收经所述A/D转换模块输入的放电脉冲超声信号，并将所述放电脉冲超声信号幅值与所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值进行对比，判断是否发生自愈放电，并最终得到自愈放电超声检测报告。
在所述可调直流高压电源与所述上位机之间连接有电压传感器，所述电压传感器实时获取所述可调直流高压电源输出的直流电压值，为所述上位机控制所述可调直流高压电源输出电压提供实时电压参考。
所述带通滤波模块内置四级有源带通滤波模拟电路。
所述A/D转换模块采用18位高分辨率A/D采集板卡。
所述上位机为笔记本电脑内置的自愈放电超声检测软件。
在所述上位机上设有数字滤波器，通过所述数字滤波器对放电超声信号进行数字滤波处理，得到易分辨的放电脉冲超声信号。
所述上位机还包括存储模块，所述存储模块存储检测期间所有的信号波形；用户通过所述存储模块查看任意检测期间的信号波形。
所述上位机与所述前置放大器连接，并控制所述前置放大器的放大倍数。
一种自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测方法，包括步骤：
步骤一：输入待检测自愈式电容器的耐压值UN，上位机控制直流高压电源缓慢提升到3.04UN的电压值；
步骤二：当直流高压电源输出达到3.04UN时，上位机执行判断：如果10s内上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤三：上位机控制直流高压电源缓慢提升至4.95UN，在此期间上位机执行判断：如果上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤四：当直流高压电源输出达到4.95UN时，上位机执行判断：如果10s后上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值大于0次，则结束实验，输出检测报告；否则，重复本步骤；
步骤五：等待后续命令：停止命令则结束实验，输出实验报告；继续命令，返回步骤四。
上位机将所述放电脉冲超声信号幅值与所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值对比结果进行判断，如果放电脉冲超声信号幅值大于所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值，则计数值加1。
本发明的有益效果：
本发明利用上位机控制可调直流高压电源输出直流电压，激励自愈式并联电容器自愈放电；之后，采用声发射传感器拾取该自愈放电产生的超声信号；利用前置放大器对该自愈放电的微弱超声信号进行放大，并经带通滤波模块对该信号做模拟滤波，滤除背景噪声；利用高分辨率A/D采集板卡将信号传输至上位机，由上位机对该超声信号进行处理识别，判断待检测电容器的自愈放电次数，并以电压传感器实时获取的直流电源输出电压值为依据，判断当前自愈式并联电容器自愈放电的检测阶段，最后给出检测报告。该装置安全便携，操作简单，通过检测电容器自愈放电产生的超声信号判断放电过程，适用于自愈式并联电容器的自愈放电检测场合，为交流电力系统用自愈式并联电容器提供了一种可靠准确的检测手段。
附图说明
图1为本发明自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统的组成框图；
图2为本发明中的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测流程图；
图3为本发明中自愈放电检测波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，本发明基于超声技术的自愈式并联电容器的自愈放电自动检测系统包括依次连接的声发射传感器、前置放大器、带通滤波模块、高分辨率18位AD采集板卡及上位机；其中，所述待检测样品连接有可调直流高压电源，所述可调直流高压电源内含电源变压器、滤波器、稳压器等单元，能够输出受控直流高压，用于为待检自愈式电容器产生自愈放电提供安全的直流激励，其与所述上位机连接，并通过所述上位机控制输出至所述待检测样品的电压；在所述可调直流高压电源与所述上位机之间连接有电压传感器，用于实时获取所述可调直流高压电源输出的直流电压值，为所述上位机控制所述可调直流高压电源输出电压提供实时电压参考。
所述声发射传感器由压电效应原理制成，结合超声耦合剂紧紧贴合在待检测样品表面，实现所述待检测样品自愈放电所引发的超声信号的拾取；
在本发明中，所述前置放大器用于放大所述声发射传感器所拾取的超声信号，在所述前置放大器内置有模拟电路，用于实现阻抗匹配及变换，用于前后级信号的无失真传输；所述带通滤波模块内置四级有源带通滤波模拟电路，用于滤除经过所述前置放大器放大的超声信号中的噪声成分，保留有效的自愈放电所引发的超声信号频段(40k～80k)；所述高分辨率A/D采集板卡具有18位采集精度，用于将经过所述前置放大器和所述带通滤波模块放大滤波后的模拟放电超声信号转换成数字放电超声信号并上传到上位机；所述上位机为笔记本电脑内置的自愈放电超声检测软件，在其内预设有用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值；在所述上位机上设有数字滤波器，通过所述数字滤波器对放电超声信号进行数字滤波处理，得到易分辨的放电脉冲超声信号；所述上位机控制检测进程和所述直流高压电源，并对经过模拟放大滤波后的放电超声信号进行数字处理，采用阈值比较的方式分析及判断处理后的信号得到自愈放电次数，并根据判断结果控制直流高压电源和推进实验进程，最终输出自愈放电超声自动检测报告，包括检测时间，样品编号，各个升压阶段的自愈放电次数，自愈放电波形以及最终的自愈放电总次数。
在本发明中，所述上位机还包括存储模块，所述存储模块用于存储检测期间所有的信号波形，从而可以实现数据回放功能，通过数据回放功能用户可查看任意检测期间的信号波形。
在本发明中，所述上位机与所述前置放大器连接，用于控制所述前置放大器的放大倍数。
其中，如图2所示，所述上位机控制检测进程的步骤，具体为：
步骤一：首先输入待检测自愈式电容器的耐压值UN，上位机输出直流高压电源控制信号，控制直流高压电源缓慢提升到3.04UN的电压值；
步骤二：上位机实时获取电压传感器的数据值，并实时显示当前直流高压电源的输出电压值；
步骤三：当直流高压电源输出达到3.04UN时，上位机执行判断：如果10s内上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤四：继续输出直流高压电源控制信号控制直流高压电源缓慢提升至4.95UN；
步骤五：在步骤四输出直流高压电源控制信号控制直流高压电源输出升压期间，上位机执行判断：如果上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤六：当直流高压电源输出达到4.95UN时，上位机执行判断：如果10s后累计自愈放电脉冲计数值大于0次，则结束检测，输出检测报告；否则，执行后续步骤；
步骤七：等待后续命令：停止命令则结束实验，输出实验报告；根据国标要求，如果没有发生自愈，应继续试验直到获得至少一次自愈或中断试验而对另一相同单元或元件上重新试验，由制造方选择具体方案；即继续命令，返回步骤六。
其中自愈放电脉冲值计数的方法，该方法具体步骤如下：
步骤(1)：首先用户设置数字滤波器的相关参数，利用该滤波器对放电超声信号进行数字滤波处理，得到易分辨的放电脉冲超声信号，如图3所示，将其显示在上位机波形显示窗口并将波形文件保存到本地；其中，数字滤波器的相关参数包括其上下截止频率，采样频率，通带增益，阻带抑制及滤波器类型(巴特沃斯、贝塞尔、切比雪夫)；
步骤(2)：然后对得到的易分辨的放电脉冲超声信号进行阈值比较，判断放电脉冲超声信号幅值是否大于用户设定门限值，如果放电脉冲超声信号幅值大于门限值，则计数值加1；
步骤(3)：上位机脉冲计数窗口内实时更新自愈放电脉冲计数值。
本发明利用上位机控制可调直流高压电源输出直流电压，激励自愈式并联电容器自愈放电；之后，采用声发射传感器拾取该自愈放电产生的超声信号；利用前置放大器对该自愈放电的微弱超声信号进行放大，并经带通滤波模块对该信号做模拟滤波，滤除背景噪声；利用高分辨率A/D采集板卡将信号传输至上位机，由上位机对该超声信号进行处理识别，判断待检测电容器的自愈放电次数，并以电压传感器实时获取的直流电源输出电压值为依据，判断当前自愈式并联电容器自愈放电的检测阶段，最后给出检测报告。该装置安全便携，操作简单，通过检测电容器自愈放电产生的超声信号判断放电过程，适用于自愈式并联电容器的自愈放电检测场合，为交流电力系统用自愈式并联电容器提供了一种可靠准确的检测手段。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：包括依次连接的声发射传感器、前置放大器、带通滤波模块、A/D转换模块及上位机；所述声发射传感器贴合在待检测自愈式电容器表面，拾取所述待检测自愈式电容器自愈放电时的超声信号；所述待检测自愈式电容器连接有可调直流高压电源，为所述待检自愈式电容器产生自愈放电提供直流激励；所述可调直流高压电源与所述上位机连接并通过所述上位机控制其输出至所述待检测样品的电压；所述上位机内预设有用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值，接收经所述A/D转换模块输入的放电脉冲超声信号，并将所述放电脉冲超声信号幅值与所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值进行对比，判断是否发生自愈放电。
2.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：在所述可调直流高压电源与所述上位机之间连接有电压传感器，所述电压传感器实时获取所述可调直流高压电源输出的直流电压值，为所述上位机控制所述可调直流高压电源输出电压提供实时电压参考。
3.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：所述带通滤波模块内置四级有源带通滤波模拟电路。
4.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：所述A/D转换模块采用18位高分辨率A/D采集板卡。
5.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：所述上位机为笔记本电脑内置的自愈放电超声检测软件。
6.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：在所述上位机上设有数字滤波器，通过所述数字滤波器对放电超声信号进行数字滤波处理，得到易分辨的放电脉冲超声信号。
7.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：所述上位机还包括存储模块，所述存储模块存储检测期间所有的信号波形；用户通过所述存储模块查看任意检测期间的信号波形。
8.根据权利要求1所述的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统，其特征在于：所述上位机与所述前置放大器连接，并控制所述前置放大器的放大倍数。
9.一种根据权利要求1～8任一权利要求的自愈式并联电容器自愈放电的超声自动检测系统的超声自动检测方法，其特征在于：包括步骤：
步骤一：输入待检测自愈式电容器的耐压值UN，上位机控制直流高压电源缓慢提升到3.04UN的电压值；
步骤二：当直流高压电源输出达到3.04UN时，上位机执行判断：如果10s内上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤三：上位机控制直流高压电源缓慢提升至4.95UN，在此期间上位机执行判断：如果上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值达到5次，则结束检测，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤四：当直流高压电源输出达到4.95UN时，上位机执行判断：如果10s后上位机判断得到的待检测自愈式电容器累计自愈放电脉冲计数值大于0次，则结束实验，输出检测报告；否则执行后续步骤；
步骤五：等待后续命令：停止命令则结束实验，输出实验报告；继续命令，返回步骤四。
10.根据权利要求9所述的超声自动检测方法，其特征在于：所述自愈放电脉冲值计数具体为：上位机将所述放电脉冲超声信号幅值与所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值对比结果进行判断，如果放电脉冲超声信号幅值大于所述用户设定的放电脉冲超声信号幅值门限值，则计数值加1。
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