CN112214950A - 电容器容量异常检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的电容器容量异常检测方法，提出在无法拆卸电力电子电容器的条件下，采取分析容量特性的失效甄别手段，实现准确地检测与判断出电容器容量过度衰减与否，从而在较低的成本前提下达到消除电容使用周期内可靠的测试目标、避免发生电路元件拆卸繁琐与现场作业费力费时的问题。包括以下步骤：1)数学建模；2)设计分析；3)背景采集；4)测试与对比，对比结果是判断电容器容量是否在正常使用范围内的结论，判断依据采用磁场数据为素材，分析出电容器容量是否存在异常衰减。

Description

电容器容量异常检测方法

技术领域

本发明涉及一种针对以电力电子电容器为容量主体的电气回路是否存在电容器容量过度衰减的检测方法，属于电气设计技术领域。

背景技术

电力电子电容器的设计和实际寿命较长，通常可达20年以上。但在其使用寿命周期内，考虑到安全性和可靠性问题，依然要对电容器进行容量等内容的状态检查。其中，容量衰减是目前电容器最主要的失效模式，也是状态检查的最重要内容。

如应用于现有高速轨道车辆上各类电气系统的电力电子电容器，均具有体积大、容量大等特征，同时受到安装与使用车体结构的限制，此类包含大容量电容器的电路还具有拆卸难度大、放电时间长等问题。因此，在检修检测时，要花费较长时间去等待其放电到安全电压，再从电路中拆卸下检测,然后再重新安装到原位。整个过程拆解繁琐、费力费时。并且，如果放电不到位，容易在测试或者接线时造成安全问题。

理论上，正常运行时交流电容器电压电流关系为I＝C×du/dt，其中I为电流、C为电容容量、du/dt为电压变化率。可见电流与电容器容量成正比例关系，电流峰值的大小取决与du/dt最大变化率和电容容量，在du/dt不变的情况下，电容容量决定了电流峰值。因此，可通过对电流值敏感的专用接收设备获取这个电流参数或相关量的数据，并利用这个数据反推电容容量。

而且，绝大数非纯阻性的电子电气设备的启动电流大于几倍的额定电流。电容器也是如此，其在上电瞬态的过程，是一个电压从无到有，和突然增大的突变过程。在微观角度，电容器上电瞬态，两极板的电压相同，两个极板开始从零或者近似零开始积累电荷。容量越大的电容，累积的电荷q的能力就越大。在这个电荷累积的过程，I＝dq/dt，dt是瞬态的，因此，电容器在上电瞬态电流值会很大。另一个角度，上电瞬态，电容器未完成正常的充放电过程，瞬态电流值由电容两端电压和其“内阻”决定，“内阻”与电容器的等效串联电阻R_ESR密切相关，R_ESR主要由电容器结构和电容容量决定，测量等效串联电阻R_ESR是型式试验的一个常规项点，如某芯组结构的680uF电力电子电容器的RESR为220mΩ(100Hz时)，某芯组结构的4000uF电力电子电容器的R_ESR为26mΩ(100Hz时)，容量越大，R_ESR一般会越小。同型号的电容器结构不会变化，因此可认为电容器容量直接影响R_ESR。由于大容量的电力电子电容器的R_ESR一般很小，为mΩ级别，所以上电瞬态，电流会很大，对上电瞬态电容的电流表现，也可通过对电流值敏感的专用接收设备获取这个电流参数或相关量的数据，并利用这个数据反推电容容量。

但是，现有技术中采取的测试正常工况或是瞬态工况的电容器电流检测方式，都需要通过对电容器增加电流传感器进行测试，如果没有预埋这些传感器，则不得不拆卸电容器周围一些部件，传感器也不一定很方便的安装到测点位置，传感器的电流搜集装置也不一定准备及时。另一方面，现有均方根值的检波方式和峰值检波方式均不能有效地获取瞬态电流值，也这导致了对电流搜集装置功能和性能要求比较高。即使电流传感器和终端搜集装置均提前安装在回路，每个回路安装一套这样的装置，量产的成本是巨大的，得不偿失。第三，在实际的电路中少见纯电容电路，必然会有其他器件和电容的电流相叠加或影响。因此，在非纯电容电路中，不经换算，仅仅单纯的通过测试获取电容器的电流数据而直接判断电容容量的方法也是无效的。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请所述的电容器容量异常检测方法，目的在于解决上述现有技术存在的问题而提出在无法拆卸电力电子电容器的条件下，采取分析容量特性的失效甄别手段，实现准确地检测与判断出电容器容量过度衰减与否，从而在较低的成本前提下达到消除电容使用周期内可靠的测试目标、避免发生电路元件拆卸繁琐与现场作业费力费时的问题。

为实现上述设计目的，本申请所述的电容器容量异常检测方法包括以下步骤：

1)数学建模

基于原理图构架、各相关元件参数，依据包含电容器的电路建立等效电路，形成等效LCR(电感、电容、电阻)参数的数学模型；

其中，原理图构架是将影响电容磁场数据相关的电路元件划出以确认元件范围和简化等效电路；

确定元件参数，是统计出原理图构架范围内的元件各类参数，以用于后续步骤中找出影响磁场数据和检测误差的因素；

构建LCR等效模型，是建立目标监测电路；电容器电流是模型电路电流的重要组成部分，其容量变化导致的电流相关参数差异变化能够被清晰甄别。同时，目标电容器容值为LCR等效模型的容量主体；特别地，由于同一电路不同频率下L、C、R值会有不同，本申请所述的LCR等效模型具有频谱特性；

2)设计分析

基于上述步骤1)中的LCR等效模型，建立目标电路等效LCR参数，以及与电容容值参数变化的关联性关系，以明确在等效电路中电容容量变化范围对测试数据的影响和构成这种影响的元件参数变化范围；

3)背景采集

获取被检测电容器同类型样品在初始状态下的容量正常、衰减的相关数据，以生成用于本申请所述检测方法的对比基准值的模板确认；即在合格电容器容值状态下，通过测试获取基准值以创建模板、用于后续差异性对比；

其中，上述样品检测过程中使用电磁辐射分析仪测量磁场数据的变化；

4)测试与对比

包括建立初始条件与需求测试，初始条件是将上述步骤1)至3)中得到的数据生成对比输出值；需求测试是根据实际需求的某一周期或时间点，采用“模板确认”中相同的测试手段检测目标电容器测试，检测后的数据与初始条件中的模板数据进行对比，找出以磁场性质为特征的数据差异；

在测试过程中，获取同一测试条件下的不同时期的电磁场参数，在目标电容器的主工作频率范围内，基于低频磁场不易被屏蔽的特性，测试相关磁场数据。其中主要包括两类：一是磁场强度(标准单位：A/m),二是磁感应强度(标准单位：T)；获取磁场强度数据，用以判断被测点因电流产生的磁场；获取磁感应强度数据，用以试探实际感受到的磁场强度，两类数据互相纠正偏差与确认测试数据的有效性；

对比结果是判断电容器容量是否在正常使用范围内的结论，判断依据采用磁场数据为素材，分析出电容器容量是否存在异常衰减。

如上述主要方案特征，本申请所述的检测方法针对现有电力电子电容器容量较大(一般从几十微法到几千微法，甚至更大)而可产生较大的电流幅度、更易被磁场测试设备捕捉与分析的特点，利用电流产生的低频磁场穿透力强、不易被屏蔽、测试电磁场较简捷的特性，以测试低频磁场代替测试电流的方式，从而获取电容器低频磁场的相关数据，通过数学建模与设计分析等手段，提出一种具有较高可行性的检测方法，通过数据处理将与电容相关的数据属性甄别出，从而间接得出电容容量的衰减特性，有效地进行失效甄别，解决了大容量、大体积特征的电力电子电容器在不拆卸的条件下的失效与否的检测。

综上，本申请所述电容器容量异常检测方法具备以下优点：

1、实现了以电容器为容量主体的电气回路的准确检测，通过测量电容器测点位置产生的磁场数据，有效、准确地检测分析出容量是否存在衰减异常，为整体系统回路的正常、安全使用提供了可靠前提条件，现实应用前景较为广阔。

2、测试时电容器无需拆卸、也无需进行单体测试和放电，磁场数据的获取兼顾电容器瞬态上电磁场和稳态工作磁场，能够实现将磁场数据与电容器容量相对应，检测手段较为简捷，对应结果直接反映出容量变化结果，真实有效。

3、所获取的磁场数据，约束了测点距离、屏蔽材料、孔缝泄漏、天线方向等因素影响，保证了同一测试可重复性、数据一致性均较强。

4、本申请获取的磁场数据有两种，即磁场强度与磁感应强度，能够保证相同测试在不同时期数据的一致性，方便选择有效的对比数据。

5、在非拆卸状态下完成对电容器容量是否过度衰减的判断，解决电容器拆卸繁琐、费力费时问题。

附图说明

现根据以下附图具体地说明本申请的设计要点。

图1是本申请所述电容器容量异常检测方法的流程示意图；

图2是应用本申请的电路检测原理图；

图3是所述稳态等效电路示意图；

图4是所述上电瞬态等效电路示意图；

图5是设备不通电工作时的磁场示意图；

图6是瞬态启动时的磁场示意图；

图7是直流环节支撑电容器Cd所在主回路原理图；

图8是直流环节支撑电容器Cd所在主回路原理图等效电路图；

图9是环境背景电磁噪声的磁场示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1，某机车车辆供电系统内安装有三相电力电子电容器，安装在三相变压器的次边，规定每隔运行一定公里数或年限进行检修。根据安全操作的要求，既有传统的检修方式须在机车车辆断电大于30分钟后，才允许打开车底盖板、设备箱盖板等安装件，并在局促的空间内，将电容器的端子接线拆解下，进行容量测试，再此过程中不允许机车车辆上电。测试完毕后，恢复所有拆解，并进行扭矩检查等工作。既有传统的检修方式整个过程耗时需几个小时。

本申请所述的电容器容量异常检测方法，如图1所示，包括原理图构架、元件参数确认、等效电路、等效LCR、数学建模、设计分析、背景采集、模板确认、需求测试、数据差异分析、等效容量分析、容量变化判断等多个环节组成。

在图1中，项目初期设计阶段，针对电力电子电容器的安装回路和相关原理图，确认能引起本电力电子电容器接线端子处供电变化的元器件种类和相关参数，摒弃不相关电路支路和元器件。图2为本实施例获取的电容器所在回路的一个电路示意原理图。

进一步地，根据图2原理图开展原理图构架分析。可以确认出，变压器隔离了原边和次边电路，原变电路的原边负载等部件正常时不应引起次边变化，因此被测“电容器”仅与次边电路相关，原边电路为非必要分析电路。这个环节确认了有效原理图分析范围，摒弃不相关电路支路和元器件。可以了解，在可选的实施例中，如果电容器安装在变压器原边绕组侧，那么次边电路为非必要分析电路。

在以图2电容器电路结构的本实施例中，变压器次边绕组在上电时，有电容器参与的供电回路，有部分负载被供电工作，如次边负载1、次边负载n等，这些次边负载，连同次边绕组的电感、电容器的容量，为必要元件，此些元件构成等效电路。必要性筛选的原则应着重于电路回路完整性、电流影响相关性。如：电容被监测电路必须构成一个回路，这个回路的组成部件对回路电流产生影响，则本部件必须考虑在内，且这个回路应尽可能的范围最小。

进一步地，确认被监测的电容器为等效电路的容量主体，以及确认等效电路中所有必要元件的电气参数，包括额定值、最大值、最小值、现实值、频率特性。

在本实施例中，电容器作为容性元器件，容值为几百微法，回路其余元件的容值特性可以忽略，且都是无源部件；以及本回路电源主频率为50Hz，电源主谐波频率为150Hz、250Hz、350Hz，高频容性特性也可以忽略，那么，进一步的，在不同频率下，分别等效出这些频率特性对应的LCR。可以了解，在可选的实施例中，如以电力电子电容器为容量主体的直流电路，因主频率特性为直流，其组成回路中的元器件等效LCR，只关注直流特性。

在本实施例中，等效LCR参数的确认，由回路所有元件组成。分别根据频率等效成电感量L、电容量C、电阻量R，拓扑结构见图3。此参数的确认，可通过专用仪表仪器完成，如通过LCR测试仪，设定不同频率，分别测试等效L、C、R。完成下表：

序号	频率	等效电感L	等效电容C	等效电阻R
					1	50Hz(基波)	L1’	C1’	R1’
2	150Hz(3次谐波)	L2’	C2’	R2’
					3	250Hz(5次谐波)	L3’	C3’	R3’
4	350Hz(7次谐波)	L4’	C4’	R4’

表1：不同频率下的等效LCR数据

进一步地，清晰的分析出等效LCR的L、C、R分别由哪些分量组成，清晰分析出被监测的“电力电子电容器”在各等效L、C、R的比例和数学关系，形成正常供电稳态工况时的数学模型。此模型可推导出电容容量变化、或任一必要元件参数变化对回路电流产生的影响。见图3。具体的，分析等效L可由最主要的主体变压器绕组L1、回路连接线L2组成(次要的)；等效电阻可由最主要的主体次边负载1至n组成；等效C可由最主要的主体电力电子电容器C1、次要的变压器匝间电容组成。那么在基波50Hz条件下，L1’就近似等于变压器次边绕组L1在此频率下的电感量，C1’等于本电力电子电容器C1在此频率下的电容量，R1’等于变压器次边绕组下负载的并联阻抗。计算出50Hz下的阻抗，见下表表2，其他频率计算可参考。

表2

根据图3，在稳定状态时，根据欧姆定律，电容器两端电压主要由等效电阻在电路中的分压决定，U_R＝R1’/(R1’+Z_L1)，电容器两端电流I_c1＝U_R/Z_c1。此电流会形成一个磁场H_c1，经过一定距离和屏蔽结构后，衰减到H’_c1,被磁场监测探头所接收。电容器容量衰减，必然会影响到实测到的H’_c1，容量越小，H’_c1越小。根据测点距离、屏蔽结构数据、组成部件的参数值(额定值、最大值、最小值、现实值、频率特性)，通过分析和计算，建立电容器容量变化和H’_c1的公式关系。如，输出电压不变时(等效电感为额定值)、在额定负载功率下(等效电阻为额定值时)，容量每下降10uF，磁场强度下降xx A/m或uT。在可选的实例中，可知，因测点距离不同、电容器容量不同、电压不同、屏蔽体材质和厚度不同等原因，容量下降和实测磁场的变化的对应数据是不一样的，必须不同项目区别的针对性的对待。

在本实施例中，上电瞬态过程，供电回路类似被电容器短路，其他负载被此电容器旁路，电感在低频的匝间电容特性可以被忽略，在此瞬态工况回路类似仅有电容被供电，图2被针对性简化，见图4。此作为一个特殊的过程，建立测点在电容上电瞬态的数学模型表达式：I＝U/R_ESR。其中R_ESR为回路在上电瞬态电容器的等效串联电阻,U为电容器两端电压。存在逻辑关系：在瞬态上电时，电容大容量衰减，电容的内阻会增大，此时电流数据会减小。此电流也会形成一个磁场，经过一定距离和屏蔽结构后，被磁场监测探头所接收。同样的，可建立容量下降和接收磁场的对应关系。

在同一测点获取磁场强度和磁感应强度在X、Y、Z三个方向的磁场数据。需要说明的，应根据电容器的时间安装位置、内部芯组卷绕结构，结合右手定则，判断电容器磁场的主要发射方向，如磁场监测探头的X方向就是电容器磁场的主要发射方向，那么，这个X方向的数据应是最关键数据，重复测试时，如果X方向值变化不大，Y、Z两个方向的数据有差异，可忽略。

在本实施例中，设计分析也将电容器周围的安装的不锈钢金属材料屏蔽性能进行评估，确认此屏蔽性能对测试数据影响很小，以及造成的误差很小。可以了解，在可选实例中，如果被测电容周围有对低频磁场抑制效果高的高磁导率材料，如非晶合金等，则应考虑测点的位置，以降低屏蔽材料造成的磁场衰减对测试结果的影响。

背景采集环节根据合理可行的采集方法，用于获取各种工况的采集数据。其中合理可行的采集方法至少应考虑安全性、设备有效性、测点有效性、测试数据可重复性、操作可行性等实际需求。如背景采集环节，测得新装合格电容器在测点的磁场强度为d1 A/m，是用同一测试方法、重复测试获得的，测试时方便可行。

安全性相关的内容有：防止触电、防止非电离辐射等人身安全因素；防止试验设备造成设备故障、防止试验设备被损坏等设备安全因素。

设备有效性相关的内容有：设备具有满足获取测试数据的功能和性能。本实例测试磁场强度和磁感应强度采用专用的低频磁场测试设备，能精确测量400KHz以下的电磁场。

测点有效性相关的内容有：保证测点能有效获取因电容而产生的磁场数据，如尽量靠近电容器、摒弃危险因素、防止磁场数据被物理屏蔽等。如上述的磁场强度为d1 A/m数据，是探头已经最靠近电容器的位置。

测试数据可重复性相关内容有：使测试方法应规范，保证重复测试同一工况时，获取同等水平的数据。如本实施例中要求测试设备的XZ面与电容器的竖直外侧面平行等细节。

操作可行性相关的内容包括：测点合理、测试方法合理，能有效实施；如本案例测试磁场时要求测点距离盖板5cm处，测点周围空阔、无金属遮挡、安装环境固定，不存在测试设备探头无法介入、试验人员无法固定探头等因素。

背景采集环节的各种工况应根据设备功能进行，本实例的工况包含设备不通电工作时、设备无电容器通电工作时、安装有正常电容器正常工作时、安装有正常电容器瞬态上电时、安装有异常容量电容器(如容量衰减20％、50％、100％)正常工作时、安装有异常容量电容器瞬态上电时。

其中“设备不通电工作时”工况，确认无电环境背景电磁噪声；

“设备无电容器通电工作时”工况，确认电容容量为“零”，测点位置的磁场数据；

“安装有正常电容器正常工作时”工况，确认额定电容容量时，测点位置正常工作时的磁场数据；

“安装有正常电容器瞬态上电时”工况，确认额定电容容量时，测点位置正常瞬态上电时的磁场数据；“安装有异常常电容器正常工作时”工况，确认异常电容容量时，测点位置正常工作时的磁场数据；“安装有异常电容器瞬态上电时”工况，确认异常电容容量时，测点位置正常瞬态上电时的磁场数据；

上述背景数据，均可用于后续测试的数据比对和分析。进行容量异常简单判断时，可用同一测试方法，和“安装有正常电容器正常工作时”、安装有正常电容器瞬态上电时”的数据进行比对即可。

在背景采集环节，可与前述建立一个容量衰减和磁场变化的关系。比如建立最简单的数学模型公式：

H_实测＝k1*C_容量

其中，H_实测为实测磁场强度，k1为磁场数据和电容容量时的转换比，C_容量为实际电容容量。在这个数学模型公式中，k1可以通过前期工作分析出，假设额定电容容量1000uF时，上电瞬态时，测点所测的磁场强度为10A/m，那么k1为0.01，亦即此时k1代表着每1A/m将造成10％的容量变化；

本实例中的模板确认环节，将综合背景采集的所有要素，进行测试方法、测试要求规范化，并在测试数据基础上形成在各个工况下的模板数据，比如确保k1这个系数精准。如在测点位置使用规范化测试方法，设备不通电工作时,获取图5所示磁场强度数据；在安装有正常电容器瞬态上电时，获取图6所示磁场强度数据。最终形成设备在某一工况下，采用规范测试方法、在测点位置时应该的磁场数据值，用于后续需求测试时数据的比对。

初始条件环节将综合设计分析、数学建模、模板确认的内容，为后续测试的分析和比对建立基础。

需求测试根据实际需求，在机车车辆运行一定时间或里程后，采用“模板确认”环节相同的测点、测试方法进行数据获取。所获数据和初始条件进行对比，找出直观数据差异，这个阶段的数据差异主要是磁场数据差异，如某需求测试环节得出额定值1000uF电容器瞬态上电时工况50Hz的磁场强度为8.0A/m，比模板确认环节同等条件下的正常值差异了2.0A/m；那么根据此工况的转换系数k1＝0.01,容量差异了2.0/k1＝200uF，理论上衰减了200/1000＝20％，并且经过和背景采集环节安装有衰减容值20％的异常容量电容器测试数据对比，确定了磁场数据偏低且和背景测试时的20％异常容量的电容测试数据相似，理论计算和测试背景数据都显示容量衰减了20％，从而得出电容器容量过度衰减的结论，判断出电容已经异常。

同样地，如某需求测试环节得出此电容器瞬态上电时工况50Hz的磁场强度为10A/m，和模板确认环节同等条件下的正常值差异性微乎其微；那么等效成电容器容量无衰减，从而分析得出电容器容量正常，判断出电容正常。

可能的案例，上述数据经过数学建模分析，理论上容量衰减了70％，但是背景采集环节对异常电容只进行了容量衰减50％的实测，经过比对实测数据和容量衰减50％背景测试数据，实测数据的强度更小；证明衰减程度严重于50％。也能判断出容量衰减超标。

实施例2，选取直流环节支撑电容器为例进行测试。此电容器安装在高压直流电路,额定容量4000uF，用于稳定本直流回路的电压。

根据图1的工作逻辑图，在项目初期设计阶段，针对电力电子电容器的安装回路和相关原理图，确认能引起本电力电子电容器接线端子处供电变化的元器件种类和相关参数，摒弃不相关电路支路和元器件。图7为本实施例展示的直流环节支撑电容器所在主回路的简易原理图。

根据图7的原理图，开展原理图构架分析。可以确认出，变压器隔离了原边和次边电路，被测“电容器Cd”仅与次边支路电路L2绕组相关，原边电路和其他绕组支路为非必要分析电路。同时次边电路的线圈绕组和IGBT之间为交流电路，IGBT整流后为直流电路。经确认IGBT整流后电压非常稳定，为1800VDC。因此，等效电路将忽略交流侧相关电路和元件。电路进一步简化，只保留直流侧电路，等效电路拓扑结构被尽可能的简化。

在元件参数确认环节，用高精度LCR测试仪获取如下述表3所示的几组电容器产品的数据：

表3

获得图7中放电电阻R2、R3的额定直流阻抗为27000Ω，二者串联后为图8中的Rz，因此Rz的直流阻抗为54000Ω，进一步分析，Rz远大于ESR的阻抗。因此，在上电瞬间，Rz类似于被电容器Cd旁路。由此，确认了等效LCR参数为：输入电压1800UDC，等效电容为直流环节支撑电容器Cd，由于工作在直流电路，无高频特性，其他部件的等效电容、等效电感可忽略，上电瞬态，回路电阻主要为电容器的ESR。进一步简化上电瞬态的电路，成图4拓扑结构。

数学建模阶段，根据上述数据确认正常工况电路理论的上电瞬态电流I＝U/R_ESR。

由于本实施例的大容量的直流环节支撑电容器在正常稳态脉动电压较小，电容充放电能量波动很小，确认上电瞬态工况更有效，不进行稳态磁场测试。

背景采集的实测环节，确认了电容器安装在变流器箱内，变流器为3mm厚钢结构金属箱体，有点磁场屏蔽效果。因此测试时记录了屏蔽体对测试结果有影响，以及屏蔽体的材质、厚度、接地、大致形状、孔缝位置，一旦后期测试这些因素有变化，应重新进行相应评估。

测点位置选择环节，确认了测点在变流器箱外5cm处，也是在电容器的正下方位置，采用的磁场采集装置的XZ方向和变流器箱的底面平行。

测试时，钢结构材质对磁场有一定影响，因此测试时磁感应强度和磁场强度。以方便对比。

根据上述数据和统计，得出更接近直流频率的100Hz条件下测点位置的磁场强度在某一范围，如12至15A/m，代表了容量范围4000uF-4400uF，得出1A/m的变化是约130uF的容量变化引起的设计分析数据。后续用同样方法对相同对象测试时，如果磁场强度低于9A/m，可推断出电容衰减了约390uF，接近或者低于的-10％下限，可判断为容量衰减过大。必要时，对此电容拆解进行容量实测确认。

本实施例可能的测试案例，由于背景采集后正式生产环节变化了变流器箱的厚度或者金属材质，如厚度由3cm变为5cm，导致了箱体屏蔽效能更佳，应重新评估电容正常时可能的磁场范围，以及1A/m或1uT的变化可能引起多大的容量变化。

实施例3，与上述实施例1和2的主要不同之处在于背景采集环节。

背景采集环节是模板确认的前期环节，采用实物测试的方式，通过专用测试设备，获取正常状态下的电容容量正常、容量衰减样品的相关数据。此类数据将作为一个基准值，连同获取此数值时的测试方法、测试要求等保证重复测试一致性的相关技术要求，形成基准性质的规范化的模板文件，用于后续不同时期同等测试的数据差异性比对。此环节也会测试容量衰减异常的数据。其中测试电磁场的设备可为电磁辐射分析仪。

如实例1所述的采集环节至少应考虑安全性、设备有效性、测点有效性、测试数据可重复性、操作可行性等实际需求。

本实施例图9环境背景电磁噪声的磁场，是在测试某50Hz主工作频率三相交流电力电容器不上电工况所获取的磁场强度，通过实测数据，50Hz频率下大约有0.2A/m的磁场强度，将会对测试结果造成影响。因此，应对此相应处理。比如，在技术角度，如果能判断出这个磁场是由被测电容器附近不得不开启的用电设备引起的，这个强度是稳定的、在后续测试时能保持一致性的，那么此强度将作为一个固定参数记录在设计分析和模板确认中。如果，这个磁场强度是由于非必要用电设备引起，是偶然的、不固定的电磁噪声源，如是由于测试时附近乘凉所需的电风扇引起，应对其关闭，总之，应尽可能的关闭所有不必要的噪声源，使其尽量取得图5的效果。为保证可重复性，背景采集环节应记录所有影响测试磁场的设备工况，如记录测试时所有开启的负载、这些负载与测点的距离。在需求测试环节，将核实测试工况是否和背景采集一致。如不一致，应分析这些不一致对测试数据的影响。

由于电磁场是矢量场，测试时选择测试X、Y、Z三个方向的数据是十分必要的，为保证测试可重复性，测试模板定义了探头在测点的方向，如实施例1的“要求测试设备的XZ面与电容器的竖直外侧面平行”，这种技术约束不但保证了测试方式固定可重复，也能有效地相应对比X、Y、Z三个方向的数据。比如，电容器由于安装位置的约束，使电磁场主要的发射方向是X方向，那么X方向的数据将会大于其它两个方向，对比实测数据果然如此，也说明测点合理和正确。同样的，如果在不上电测试背景噪声环节，如果X、Y、Z三个方向数据大小一致，则表明测点电磁场均匀，如图5所示的测试数据，说明测点环境电磁噪声很小且均匀，对上电的测试结果分析非常有利。相反的，如果环境背景噪声如图9所示，则可以通过查看X、Y、Z三个方向哪个强度大，来分析和查找背景噪声的方向来源，如不能关闭这个背景噪声的设备，应记录这个方向下的设备种类、强度。

实施例3基于背景采集和模板确认环节可作为设计分析的一部分，便于判断误差、有效性。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种电容器容量异常检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)数学建模

基于原理图构架、各相关元件参数，依据包含电容器的电路建立等效电路，形成等效LCR(电感、电容、电阻)参数的数学模型；

其中，原理图构架是将影响电容磁场数据相关的电路元件划出以确认元件范围和简化等效电路；

确定元件参数，是统计出原理图构架范围内的元件各类参数，以用于后续步骤中找出影响磁场数据和检测误差的因素；

构建LCR等效模型，是建立目标监测电路；

2)设计分析

基于上述步骤1)中的LCR等效模型，建立目标电路等效LCR参数，以及与电容容值参数变化的关联性关系，以明确在等效电路中电容容量变化范围对测试数据的影响和构成这种影响的元件参数变化范围；

3)背景采集

获取被检测电容器同类型样品在初始状态下的容量正常、衰减的相关数据，以生成用于本申请所述检测方法的对比基准值的模板确认；即在合格电容器容值状态下，通过测试获取基准值以创建模板、用于后续差异性对比；

4)测试与对比

包括建立初始条件与需求测试，初始条件是将上述步骤1)至3)中得到的数据生成对比输出值；需求测试是根据实际需求的某一周期或时间点，采用“模板确认”中相同的测试手段检测目标电容器测试，检测后的数据与初始条件中的模板数据进行对比，找出以磁场性质为特征的数据差异；

对比结果是判断电容器容量是否在正常使用范围内的结论，判断依据采用磁场数据为素材，分析出电容器容量是否存在异常衰减。

Images