CN111856171A - 基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气设备状态维修技术领域，且公开了基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括磁场检测部，所述磁场检测部的输出端和切换器的输入端电信号连接，所述切换器的输入端和电流检测部的输出端电信号连接，所述切换器的输出端和选择性放大电路的输入端电信号连接，所述选择性放大电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接。该基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，通过运用非接触式电流谐波采集变频器和电力电容器运行状态下的实时数据，检测结果直接反映变频器和电力电容器运行状况，实现了预测电器异常部位的目的，进而提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生。

Description

基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统

技术领域

本发明涉及电气设备状态维修技术领域，具体为基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统。

背景技术

随着我国经济的高速发展，企业对电力用变频器和电力电容器设备运行的可靠性要求不断提高，传统检修的局限性也越来越突出，计划检修和大修容易形成过度维修造成浪费，另外停产检修不同于运行条件，有些隐患具有潜伏期和发展期，停产检修无法排除潜在的隐患，或出现漏报、误报和早报的情况，预警式设备状态监测越来越重要，既不影响设备的正常运行又能客观反映设备的运行状态，比传统检修更为及时可靠，能判断设备的劣化部位和发展趋势，在出现异常运行之前及时维修更换零部件，避免突发安全事故和经济损失。

设备状态监测的方法和手段有很多，例如中国专利CN 103293435 B中涉及一种用于在线监测和诊断变电站电容器故障的系统及其方法，该系统包括启动信号采集的控制模块、采集并输出电容器运行特征信号的远端信号采集模块、接收所述远端信号采集模块输出信号的信号接收模块、存储信号数据的数据存储模块以及对所述存储单元的信号数据进行信号分析并输出分析结果的数据分析模块，本发明可以方便的实时监测电容器的运行状态，一旦发现故障隐患，即可以发出警示，防止后续重大事故，但是不能够但是不能够可预测出电器异常的部位，导致对设备不能够进行长期的跟踪和维护，使变频器和电力电容器设备运行得到的安全保障降低。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，具备可预测出电器异常的部位等优点，解决了现有的电气检测系统不能够可预测出电器异常的部位，导致对设备不能够进行长期的跟踪和维护，使变频器和电力电容器设备运行得到的安全保障降低的问题。

(二)技术方案

为实现上述预测电器异常部位的目的，本发明提供如下技术方案：基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括磁场检测部，所述磁场检测部的输出端和切换器的输入端电信号连接，所述切换器的输入端和电流检测部的输出端电信号连接，所述切换器的输出端和选择性放大电路的输入端电信号连接，所述选择性放大电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，所述A/D转换器的输出端和输出电路的输入端电信号连接，所述输出电路的输出端和中央处理器的输入端电信号连接，所述中央处理器的输出端和总线的输入端电信号连接，所述总线和程序记忆电路双向连接，所述输出电路的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，所述顺序控制电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，所述顺序控制电路的输出端和波形记忆电路的输入端电信号连接，所述顺序控制电路的输入端和波形选择电路的输出端电信号连接，所述波形选择电路的输入端和地址产生计数器的输出端电信号连接，所述地址产生计数器的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，所述地址产生计数器和波形记忆电路均与总线双向连接，所述总线和输出端口双向连接，所述输出端口的输出端和显示装置的输入端电信号连接，所述总线的输入端口双向连接，所述输入端口的输出端和操作装置的输入端电信号连接，所述总线和辅助记忆电路双向连接，所述总线和主记忆电路双向连接。

优选的，所述选择性放大电路、A/D转换器、顺序控制电路和波形选择电路组成信号处理装置，所述电流检测部夹紧装置为非接触状态，磁场检测部使用搜索式线圈感应器和霍尔元件感应器或磁阻传感器等，进行磁通量测定的话较为合适，因为其产生的磁通量和通过电流检测部测定的电流成比例，所以代替测定电流的磁通量，通过磁场检测部进行测定方便省事，电流检测部和磁场检测部之间的转换用切换器实现，通过数据信号向运算处理装置通信。

优选的，所述总线、地址产生计数器、秩序记忆电路、波形记忆电路、中央处理装置、输出端口、输入端口、辅助记忆电路和主记忆电路组成运算处理装置，所述切换器的信号，在选择性放大电路中，与电流检测部或磁场检测部所测定的信号等级相对应，然后被选择性放大，输入A/D转换器，A/D转换器将选择性放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，顺序控制电路是以移位寄存器为中心构成的。

优选的，所述波形记忆电路的内容通过中央处理装置的控制作为运算数据被存储，辅助记忆电路存储变频器和电力电容器设备的运行数据，并进行变频器和电力电容器设备的额定值和运行值的条件设定，此时设定值的输入通过输入端口实现，操作装置由按钮和开关、触摸按钮组成，输出端口将中央处理装置的运算结果向外部输出，并拥有通过输出信号驱使显示装置，显示装置包括LCD液晶面板和打印机。

优选的，所述该地址产生计数器有着输入测定波形、输出测定波形和程序传送(FFT方式)的功能，通过程序记忆电路，系统启动时FFT程序全部被传送至中央处理装置，并将开始指令传达给的串行通信电路，顺序控制电路接受到开始指令后，便重复以下操作步骤，将波形数据传送至波形记忆电路、重启地址产生计数器和将波形记忆电路内的波形数据传输给中央处理装置，波形地址选择电路根据地址产生计数器的操作选择波形地址区域。

本发明要解决的另一技术问题是提供基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括以下步骤：

1)通过切换器选择诊断对象，并将变频器或电力电容器和输入端口连接，并使用操作装置调用中央处理装置中对应测量模块；

2)将步骤1)中和系统连接的变频器或电力电容器通过波形记忆电路和中央处理装置测出总谐波失真率，需要测出总谐波失真率的谐波次数该设定为2次到40次，用各次数的谐波含有率除以总谐波失真率，得出指数THk；

3)将步骤2)中得出的指数THk进行判定，通过运算处理装置调用主记忆电路中的CHk，CHk是K次谐波的判定基准，比较CHk和THk的大小，并将结果进行储存；

4)将步骤3)中判定的结果通过中央处理装置进行运算，看是否处于劣化状态，不处于则显示正常，若属于中央处理装置调用中央处理器进行数据库的对比，生成数据对比图并存储；

5)将步骤4)中生成的数据对比图进行运算预测分析，将结果存储并通过显示装置将其显示或打印。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，具备以下有益效果：

1、该基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，通过运用非接触式电流谐波采集变频器和电力电容器运行状态下的实时数据，谐波是指基本频率的整数倍，具有规则性，一般情况下频率与噪音往往会混同在一起，但通常谐波包括基波的分数谐波，以3KHz～3.6KHz左右为对象，频率为从10KHz开始KHz等级的频率带的交流，指的是连续发生的交流，谐波在像发电机和电动机这样的旋转机器中，原理上是可以通过空间谐波而发生的，而在像变压器这样的固定设备中则是通过铁芯的非线性发生，而且利用晶体管和可控硅等半导体进行整流或者波形控制的变频器是代表性的谐波发生源更能反映变频器和电力电容器的故障情况，检测数据不需要专业人员现场分析，检测完后直接通过中央处理装置可以出检测报告，可实现提前对变频器和电力电容器健康状态预警和生成趋势图，该技术在不影响设备正常运行的情况下，判断变频器和电力电容器相应部位的异常状态，检测结果直接反映变频器和电力电容器运行状况，通过观察趋势图，可了解变频器和电力电容器劣化趋势，实现了预测电器异常部位的目的，进而提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生。

2、该基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，采用谐波技术对变压器、电力电容器的老化进行诊断，并利用中央处理器对设备进行长期的跟踪和维护，按照时间系列收集和分析诊断资料，生成检测报告，延长设备更换周期，减少设备的点检调整，实现了预测电器异常部位的目的，进而提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生。

附图说明

图1为本发明提出的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统框图；

图2为本发明提出的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统判断流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括磁场检测部，电流检测部夹紧装置为非接触状态，磁场检测部使用搜索式线圈感应器和霍尔元件感应器或磁阻传感器等，进行磁通量测定的话较为合适，因为其产生的磁通量和通过电流检测部测定的电流成比例，所以代替测定电流的磁通量，磁场检测部的输出端和切换器的输入端电信号连接，切换器的输入端和电流检测部的输出端电信号连接，切换器的输出端和选择性放大电路的输入端电信号连接，切换器的信号，在选择性放大电路中，与电流检测部或磁场检测部所测定的信号等级相对应，然后被选择性放大，输入A/D转换器，A/D转换器将选择性放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，选择性放大电路、A/D转换器、顺序控制电路和波形选择电路组成信号处理装置，通过磁场检测部进行测定方便省事，电流检测部和磁场检测部之间的转换用切换器实现，通过数据信号向运算处理装置通信，选择性放大电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，A/D转换器的输出端和输出电路的输入端电信号连接，输出电路的输出端和中央处理器的输入端电信号连接，中央处理器的输出端和总线的输入端电信号连接，总线和程序记忆电路双向连接，输出电路的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，顺序控制电路是以移位寄存器为中心构成的，顺序控制电路接受到开始指令后，便重复以下操作步骤，将波形数据传送至波形记忆电路、重启地址产生计数器和将波形记忆电路内的波形数据传输给中央处理装置，波形地址选择电路根据地址产生计数器的操作选择波形地址区域，顺序控制电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，顺序控制电路的输出端和波形记忆电路的输入端电信号连接，波形记忆电路的内容通过中央处理装置的控制作为运算数据被存储，顺序控制电路的输入端和波形选择电路的输出端电信号连接，波形选择电路的输入端和地址产生计数器的输出端电信号连接，地址产生计数器的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，该地址产生计数器有着输入测定波形、输出测定波形和程序传送(FFT方式)的功能，通过程序记忆电路，系统启动时FFT程序全部被传送至中央处理装置，并将开始指令传达给的串行通信电路，地址产生计数器和波形记忆电路均与总线双向连接，总线、地址产生计数器、秩序记忆电路、波形记忆电路、中央处理装置、输出端口、输入端口、辅助记忆电路和主记忆电路组成运算处理装置，总线和输出端口双向连接，输出端口的输出端和显示装置的输入端电信号连接，总线的输入端口双向连接，输入端口的输出端和操作装置的输入端电信号连接，总线和辅助记忆电路双向连接，总线和主记忆电路双向连接，辅助记忆电路存储变频器和电力电容器设备的运行数据，并进行变频器和电力电容器设备的额定值和运行值的条件设定，此时设定值的输入通过输入端口实现，操作装置由按钮和开关、触摸按钮组成，输出端口将中央处理装置的运算结果向外部输出，并拥有通过输出信号驱使显示装置，显示装置包括LCD液晶面板和打印机。

请参阅图2，本发明要解决的另一技术问题是提供基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括以下步骤：

1)通过切换器选择诊断对象，并将变频器或电力电容器和输入端口连接，并使用操作装置调用中央处理装置中对应测量模块；

2)将步骤1)中和系统连接的变频器或电力电容器通过波形记忆电路和中央处理装置测出总谐波失真率，需要测出总谐波失真率的谐波次数该设定为2次到40次，用各次数的谐波含有率除以总谐波失真率，得出指数THk；

3)将步骤2)中得出的指数THk进行判定，通过运算处理装置调用主记忆电路中的CHk，CHk是K次谐波的判定基准，比较CHk和THk的大小，并将结果进行储存；

4)将步骤3)中判定的结果通过中央处理装置进行运算，看是否处于劣化状态，不处于则显示正常，若属于中央处理装置调用中央处理器进行数据库的对比，生成数据对比图并存储；

5)将步骤4)中生成的数据对比图进行运算预测分析，将结果存储并通过显示装置将其显示或打印。

本发明的有益效果是：通过运用非接触式电流谐波采集变频器和电力电容器运行状态下的实时数据，谐波是指基本频率的整数倍，具有规则性，一般情况下频率与噪音往往会混同在一起，但通常谐波包括基波的分数谐波，以3KHz～3.6KHz左右为对象，频率为从10KHz开始KHz等级的频率带的交流，指的是连续发生的交流，谐波在像发电机和电动机这样的旋转机器中，原理上是可以通过空间谐波而发生的，而在像变压器这样的固定设备中则是通过铁芯的非线性发生，而且利用晶体管和可控硅等半导体进行整流或者波形控制的变频器是代表性的谐波发生源更能反映变频器和电力电容器的故障情况，检测数据不需要专业人员现场分析，检测完后直接通过中央处理装置可以出检测报告，可实现提前对变频器和电力电容器健康状态预警和生成趋势图，该技术在不影响设备正常运行的情况下，判断变频器和电力电容器相应部位的异常状态，检测结果直接反映变频器和电力电容器运行状况，通过观察趋势图，可了解变频器和电力电容器劣化趋势，采用谐波技术对变压器、电力电容器的老化进行诊断，并利用中央处理器对设备进行长期的跟踪和维护，按照时间系列收集和分析诊断资料，生成检测报告，延长设备更换周期，减少设备的点检调整，实现了预测电器异常部位的目的，进而提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，包括磁场检测部，其特征在于：所述磁场检测部的输出端和切换器的输入端电信号连接，所述切换器的输入端和电流检测部的输出端电信号连接，所述切换器的输出端和选择性放大电路的输入端电信号连接，所述选择性放大电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，所述A/D转换器的输出端和输出电路的输入端电信号连接，所述输出电路的输出端和中央处理器的输入端电信号连接，所述中央处理器的输出端和总线的输入端电信号连接，所述总线和程序记忆电路双向连接，所述输出电路的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，所述顺序控制电路的输出端和A/D转换器的输入端电信号连接，所述顺序控制电路的输出端和波形记忆电路的输入端电信号连接，所述顺序控制电路的输入端和波形选择电路的输出端电信号连接，所述波形选择电路的输入端和地址产生计数器的输出端电信号连接，所述地址产生计数器的输入端和顺序控制电路的输出端电信号连接，所述地址产生计数器和波形记忆电路均与总线双向连接，所述总线和输出端口双向连接，所述输出端口的输出端和显示装置的输入端电信号连接，所述总线的输入端口双向连接，所述输入端口的输出端和操作装置的输入端电信号连接，所述总线和辅助记忆电路双向连接，所述总线和主记忆电路双向连接。

2.根据权利要求1所述的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，其特征在于：所述选择性放大电路、A/D转换器、顺序控制电路和波形选择电路组成信号处理装置，所述电流检测部夹紧装置为非接触状态，磁场检测部使用搜索式线圈感应器和霍尔元件感应器或磁阻传感器等，进行磁通量测定的话较为合适，因为其产生的磁通量和通过电流检测部测定的电流成比例，所以代替测定电流的磁通量，通过磁场检测部进行测定方便省事，电流检测部和磁场检测部之间的转换用切换器实现，通过数据信号向运算处理装置通信。

3.根据权利要求1所述的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，其特征在于：所述总线、地址产生计数器、秩序记忆电路、波形记忆电路、中央处理装置、输出端口、输入端口、辅助记忆电路和主记忆电路组成运算处理装置，所述切换器的信号，在选择性放大电路中，与电流检测部或磁场检测部所测定的信号等级相对应，然后被选择性放大，输入A/D转换器，A/D转换器将选择性放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，顺序控制电路是以移位寄存器为中心构成的。

4.根据权利要求1所述的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，其特征在于：波形记忆电路的内容通过中央处理装置的控制作为运算数据被存储，辅助记忆电路存储变频器和电力电容器设备的运行数据，并进行变频器和电力电容器设备的额定值和运行值的条件设定，此时设定值的输入通过输入端口实现，操作装置由按钮和开关、触摸按钮组成，输出端口将中央处理装置的运算结果向外部输出，并拥有通过输出信号驱使显示装置，显示装置包括LCD液晶面板和打印机。

5.根据权利要求1所述的基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统，其特征在于：该地址产生计数器有着输入测定波形、输出测定波形和程序传送(FFT方式)的功能，通过程序记忆电路，系统启动时FFT程序全部被传送至中央处理装置，并将开始指令传达给的串行通信电路，顺序控制电路接受到开始指令后，便重复以下操作步骤，将波形数据传送至波形记忆电路、重启地址产生计数器和将波形记忆电路内的波形数据传输给中央处理装置，波形地址选择电路根据地址产生计数器的操作选择波形地址区域。

6.基于谐波法的变频器和电力电容器故障诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过切换器选择诊断对象，并将变频器或电力电容器和输入端口连接，并使用操作装置调用中央处理装置中对应测量模块；

2)将步骤1)中和系统连接的变频器或电力电容器通过波形记忆电路和中央处理装置测出总谐波失真率，需要测出总谐波失真率的谐波次数该设定为2次到40次，用各次数的谐波含有率除以总谐波失真率，得出指数THk；

3)将步骤2)中得出的指数THk进行判定，通过运算处理装置调用主记忆电路中的CHk，CHk是K次谐波的判定基准，比较CHk和THk的大小，并将结果进行储存；

4)将步骤3)中判定的结果通过中央处理装置进行运算，看是否处于劣化状态，不处于则显示正常，若属于中央处理装置调用中央处理器进行数据库的对比，生成数据对比图并存储；

5)将步骤4)中生成的数据对比图进行运算预测分析，将结果存储并通过显示装置将其显示或打印。

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