CN112986857B - 一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路检测技术领域，具体涉及一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路及方法，检测识别电路通过与电容器并联电路组合，通过实时监测分压模块处的电压，能够反应出电容器并联电路中各个电容器支路的通断情况，进一步分析得出该电容器支路中的电容是否出现短路故障。本发明通过检测识别电路的单端口电压检测结果逆向推断出电容器并联电路内出现短路故障的电容器支路，减少了对单片机和FPGA等数据处理器的占用需求，不仅更快捷地实现了故障检测和精准定位，还降低了整体成本。

Description

一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路及方法

技术领域

本发明涉及电路检测技术领域，具体涉及一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路及方法。

背景技术

电容器是电路中常用的元器件，当前的复杂电路中已经广泛多次地使用电容器，以达到电路中的多种需求。由于电容器的不导通特性，在电路中普遍承担分担电压和断路的功能，但长时间负载或瞬间高负载等均容易使电容器被击穿导致电路导通，再有电容器短路故障也会导致电路导通，从而电容器失去了分担电压和断路的功能，给电路造成安全隐患，或者造成电路无法正常继续工作的问题。

因此，需要时常对电路中的电容器部件进行检测，确定其是否击穿或存在短路故障。电容器短路故障状态检测常采用电阻分压检测。当电路中存在多个电容器时，各个电容器分布组成电容组后，需对每个电容组进行检测，并将各个电容组的检测值送入单片机或者FPGA进行状态上报。当电容组数量较多时，需占用单片机或FPGA的多个IO口或AD口资源。由于单片机或FPGA资源有限，极大地限制了大容量储能电容组的短路故障状态检测措施。

因此，目前对于规模化应用的电容器进行短路故障检测还存在亟待解决的问题，还没有针对大规模电容器并联的电路简单有效地进行短路故障检测的方法，因此需要对此进行优化改进，提出合理的技术方案，解决当前存在的技术问题。

发明内容

为了克服上述内容中提到的现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路及方法，旨在通过改进的故障检测电路对电容器并联电路进行短路故障检测，能够通过一个端口电压的变化值自动快速地发现电容器所在电路中的电容器短路故障，并确定短路电容器所在的位置。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，与电容器并联电路相连，电容器并联电路由直流母线供电，每个电容器所在的支路包括沿电势降低方向串联的保险模块和电容器模块；

所述的检测识别电路包括电源模块，电源模块依次连接电信号输送模块和分压模块，分压模块的两端并联设置有电压检测模块，当电信号输送模块被激活时电源模块为检测识别电路供电，电压检测模块用于检测分压模块两端的实际电压；

所述的分压模块包括若干并联设置的分压支路，每条分压支路上设置有分压单元且每条分压支路对应一条电容器支路；

所述的电容器支路两端并联有激发模块，激发模块与电信号输送模块相连并用于激发驱动电信号输送模块。

上述公开的检测识别电路，通过与电容器并联电路组合，通过实时监测分压模块处的电压，能够反应出电容器并联电路中各个电容器支路的通断情况，进一步分析得出该电容器支路中的电容是否出现短路故障。

本发明中，通过检测电路进行故障检测的原理如下：

电容器支路有电压时，激发模块上的电压等于电容器支路的电压，此时与电容器支路对应的分压支路被激活并接入检测识别电路。

每多一条电容器支路正常工作时，分压模块中就多一条分压支路接入检测识别电路工作，分压模块形成的阻值发生变化且阻值唯一确定。当电源单元供电时，电源单元提供的电压根据阻值比分配在第一限流单元和分压模块上，每种分压模块的电压值都对应一个阻值且对应唯一的一种分压支路连接方式，因此可以逆向推断出分压支路的接入情况。未接入的分压支路所对应的电容器支路上不存在电压，即表示该电容器短接，保险模块已经损毁导致断路，由此可识别并定位出故障所在的电容器支路。

直流电母线为电容器并联电路供电，当电容器正常工作时，电容作为不导通的元件，直流电母线的电压分配在电容器的两端，电容器支路的电流极小，保险模块不会损毁，此时激发模块两端的电压等于电容器两端的电压，电信号输送模块被激发驱动，则对应的分压支路被激活并接入检测识别电路；当电容器发生短路故障时，其所在的电容器支路短接，由于电阻值骤减导致该电容器支路的电流值过大，使保险模块损毁导致电容器支路短路，断路后的电容器支路上电压为零，激发模块的电压也为零，对应的分压支路不会被激活并无法接入检测识别电路。

无论是哪一条分压支路发生接入变化，分压模块的阻值均发生变化且变化量唯一确定，分压模块两端的分压值是唯一对应的电压值，电压检测模块检测该电压值后，由数据处理单元进行分析可推断得出未接入检测识别电路的分压支路，进而找到对应的电容器支路并确定该电容器支路发生了电容器短路故障。

进一步的，本发明所采用的分压单元可采用多种能够执行分压工作的元件，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的分压单元至少包括电阻。采用如此的方案时，能够根据需求灵活选用电阻值以配置分压支路的电阻值。

再进一步，为了实现接入任意条分压支路时，分压模块所形成的电阻值都唯一确定，此处对分压单元的选用进行优化，举出如下一种可行的方案：所述的分压单元为电阻时，每条分压支路的阻值不同，且第m+1条分压支路的阻值按照如下方法进行设定：

R_m+1＝R₀+mAR

其中，R₀为初始指定电阻值，ΔR为初始设定的递增值，m为自然数。

进一步的，本发明所采用的电源模块可采用多种可行的方案，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的电源模块包括电源单元与第一限流单元，第一限流单元连接在电源单元和电信号输送模块之间。

再进一步，本发明所公开的第一限流单元并不唯一确定，可采用多种可行的方案，此处进行优化，举出如下可行的方案：所述的第一限流单元至少包括电阻。采用此种方案时，可方便选用适宜的电阻接入检测识别电路，调控识别电路的电阻值，提高检测识别电路的精度。

进一步的，本发明所所述的电信号输送模块包括三极管或光耦合器。

进一步的，本发明中所采用的激发模块并不唯一确定，此处进行优化并举出如下一种可行的方案：所述的激发模块包括第二限流单元，第二限流的一端连接至电容器的高电势端，另一端连接至电信号输送模块，分压模块的低电势端与电容器的低电势端的电势相等。此处也可将电容器和分压模块接地，具体根据电路的不同组成选择。

进一步的，保险模块作为电路的保护装置，在电路中的电流过大时自行损毁或切换状态以达到保护的目的，可采用多种方案，此处进行优化并举出如下一种可行的方案：所述的保险模块至少包括保险丝。此外，也可采用自动跳闸保险装置等。

进一步的，本发明实现自动电压检测和分析，所述的电压检测模块至少包括电压检测单元和数据处理单元。数据处理单元可采用单片机或FPGA等在内的处理器单元。

上述内容公开了检测识别电路，本发明还公开了利用上述检测识别电路进行电容器短路故障检测的方法，具体如下：

一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的方法，运用上述检测识别电路，包括：

设置分压支路与电容器支路一一对应，并配置分压支路每条支路的电阻值，使任意条分压支路接入分压模块时所形成的分压模块电阻值为唯一值；

根据每种分压模块电阻值与第一限流单元的阻值比，计算不同的分压模块电阻值接入检测识别电路时分压模块所获得的电压值，同时将与每种电压值对应的接入分压支路和未接入分压支路进行标记；

通过直流母线为电容器并联电路供电，检测识别电路接入电容器并联电路实时监测，根据电压检测模块检测出的电压值，得出当前未接入检测识别电路的分压支路，并判断与该分压支路对应的电容器支路出现了电容器短路故障。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过检测识别电路的单端口电压检测结果，能够逆向推断出电容器并联电路内出现短路故障的电容器支路，减少了对单片机和FPGA等数据处理器的占用需求，不仅更快捷地实现了故障检测和精准定位，还降低了整体成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例1中采用光耦合器作为电信号输送模块的示意图。

图2为本发明实施例1中采用三极管作为电信号输送模块的示意图。

图3为本发明实施例2中设置实验的电路示意图。

图4为本发明中进行故障检测及识别的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

实施例1

针对电容器并联电路中进行电容器组短路故障检测存在很大的处理器占用的问题，不仅造成了检测效率低下，成本高，也增加了检测工作的繁琐性，在确定电容器短路故障位置时的难度大。本实施例提出了一种用于检测电容器并联电路的检查测识别电路，可通过单检测端口实现电容器并联电路的所有电容器短路故障检测，并快速实现故障位置的识别定位。

具体的，如图1、图2所示，本实施例中公开的方案如下：

一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，与电容器并联电路相连，电容器并联电路由直流母线供电，每个电容器所在的支路包括沿电势降低方向串联的保险模块和电容器模块；

所述的检测识别电路包括电源模块，电源模块依次连接电信号输送模块和分压模块，分压模块的两端并联设置有电压检测模块，当电信号输送模块被激活时电源模块为检测识别电路供电，电压检测模块用于检测分压模块两端的实际电压；

所述的分压模块包括若干并联设置的分压支路，每条分压支路上设置有分压单元且每条分压支路对应一条电容器支路；

所述的电容器支路两端并联有激发模块，激发模块与电信号输送模块相连并用于激发驱动电信号输送模块。

优选的，本实施例中可将电容器设置为电容组，根据实际需要进行选择调配。

上述公开的检测识别电路，通过与电容器并联电路组合，通过实时监测分压模块处的电压，能够反应出电容器并联电路中各个电容器支路的通断情况，进一步分析得出该电容器支路中的电容是否出现短路故障。

本实施例中，通过检测电路进行故障检测的原理如下：

电容器支路有电压时，激发模块上的电压等于电容器支路的电压，此时与电容器支路对应的分压支路被激活并接入检测识别电路。

每多一条电容器支路正常工作时，分压模块中就多一条分压支路接入检测识别电路工作，分压模块形成的阻值发生变化且阻值唯一确定。当电源单元供电时，电源单元提供的电压根据阻值比分配在第一限流单元和分压模块上，每种分压模块的电压值都对应一个阻值且对应唯一的一种分压支路连接方式，因此可以逆向推断出分压支路的接入情况。未接入的分压支路所对应的电容器支路上不存在电压，即表示该电容器短接，保险模块已经损毁导致断路，由此可识别并定位出故障所在的电容器支路。

直流电母线为电容器并联电路供电，当电容器正常工作时，电容作为不导通的元件，直流电母线的电压分配在电容器的两端，电容器支路的电流极小，保险模块不会损毁，此时激发模块两端的电压等于电容器两端的电压，电信号输送模块被激发驱动，则对应的分压支路被激活并接入检测识别电路；当电容器发生短路故障时，其所在的电容器支路短接，由于电阻值骤减导致该电容器支路的电流值过大，使保险模块损毁导致电容器支路短路，断路后的电容器支路上电压为零，激发模块的电压也为零，对应的分压支路不会被激活并无法接入检测识别电路。

无论是哪一条分压支路发生接入变化，分压模块的阻值均发生变化且变化量唯一确定，分压模块两端的分压值是唯一对应的电压值，电压检测模块检测该电压值后，由数据处理单元进行分析可推断得出未接入检测识别电路的分压支路，进而找到对应的电容器支路并确定该电容器支路发生了电容器短路故障。

本实施例所采用的分压单元可采用多种能够执行分压工作的元件，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的分压单元至少包括电阻。采用如此的方案时，能够根据需求灵活选用电阻值以配置分压支路的电阻值。

优选的，为了实现接入任意条分压支路时，分压模块所形成的电阻值都唯一确定，此处对分压单元的选用进行优化，举出如下一种可行的方案：所述的分压单元为电阻时，每条分压支路的阻值不同，且第m+1条分压支路的阻值按照如下方法进行设定：

R_m+1＝R₀+mAR

其中，R₀为初始指定电阻值，ΔR为初始设定的递增值，m为自然数。

本实施例所采用的电源模块可采用多种可行的方案，此处进行优化并举出如下可行的方案：所述的电源模块包括电源单元与第一限流单元，第一限流单元连接在电源单元和电信号输送模块之间。

本实施例所公开的第一限流单元并不唯一确定，可采用多种可行的方案，此处进行优化，举出如下可行的方案：所述的第一限流单元至少包括电阻。采用此种方案时，可方便选用适宜的电阻接入检测识别电路，调控识别电路的电阻值，提高检测识别电路的精度。

本实施例所所述的电信号输送模块包括三极管或光耦合器。

当采用光耦合器作为电信号输送模块时，所述的分压模块接地；当采用三极管作为电信号输送模块时，所述的分压模块的低电势端连接至电容器的低电势端。

本实施例中所采用的激发模块并不唯一确定，此处采用如下一种可行的方案：所述的激发模块包括第二限流单元，第二限流的一端连接至电容器的高电势端，另一端连接至电信号输送模块，分压模块的低电势端与电容器的低电势端的电势相等。此处也可将电容器和分压模块接地，具体根据电路的不同组成选择。

保险模块作为电路的保护装置，在电路中的电流过大时自行损毁或切换状态以达到保护的目的，可采用多种方案，此处进行优化并采用如下一种可行的方案：所述的保险模块至少包括保险丝。此外，也可采用自动跳闸保险装置等。

本实施例实现自动电压检测和分析，所述的电压检测模块至少包括电压检测单元和数据处理单元。数据处理单元可采用单片机或FPGA等在内的处理器单元。

实施例2

上述实施例公开了检测识别电路，本实施例还公开了利用上述检测识别电路进行电容器短路故障检测的方法，具体如下：

一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的方法，运用上述检测识别电路，包括：

S01：设置分压支路与电容器支路一一对应，并配置分压支路每条支路的电阻值，使任意条分压支路接入分压模块时所形成的分压模块电阻值为唯一值；

S02：根据每种分压模块电阻值与第一限流单元的阻值比，计算不同的分压模块电阻值接入检测识别电路时分压模块所获得的电压值，同时将与每种电压值对应的接入分压支路和未接入分压支路进行标记；

S03：通过直流母线为电容器并联电路供电，检测识别电路接入电容器并联电路实时监测，根据电压检测模块检测出的电压值，得出当前未接入检测识别电路的分压支路，并判断与该分压支路对应的电容器支路出现了电容器短路故障。

根据本实施例公开的方法，本实施例提供一组实验数据进行说明。

如图3所示，配置检测和识别电路时，设置电源模块的电压为5V，第一限流单元采用10KΩ电阻。

采用三条电容器支路和对应的分压支路，电容器支路设置第二限流单元为1KΩ的电阻，分压支路的分压单元分别采用10KΩ、20KΩ和30KΩ的电阻，以光耦合器作为电信号输送模块进行激活。

如此配置后，对不同的分压支路接入状态所得到的分压模块阻值R_down、电压检测模块JC的检测电压进行列举如下：

表1电容组故障状态与R_down、JC电压的参数对应表

由表1可知，当某一组、某两组或三组电容器支路短路故障时，由于分压单元配置为不同的电阻值，不同的组合形成不同的分压模块电阻R_down，进而电阻分压产生不同的检测电压JC。单片机或FPGA通过采样AD端口电压并查表后可知故障电容组的数量与位置。

以上即为本发明列举的实施方式，但本发明不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，与电容器并联电路相连，电容器并联电路由直流母线供电，每个电容器所在的支路包括沿电势降低方向串联的保险模块和电容器模块；其特征在于：

检测识别电路包括电源模块，电源模块依次连接电信号输送模块和分压模块，分压模块的两端并联设置有电压检测模块，当电信号输送模块被激活时电源模块为检测识别电路供电，电压检测模块用于检测分压模块两端的实际电压；

所述的分压模块包括若干并联设置的分压支路，每条分压支路上设置有分压单元且每条分压支路对应一条电容器支路；所述的分压单元为电阻时，每条分压支路的阻值不同，且第m+1条分压支路的阻值按照如下方法进行设定：

R_m+1＝₀+ΔR

其中，R₀为初始指定电阻值，ΔR为初始设定的递增值，m为自然数；

所述的电容器支路两端并联有激发模块，激发模块与电信号输送模块相连并用于激发驱动电信号输送模块。

2.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的分压单元至少包括电阻。

3.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的电源模块包括电源单元与第一限流单元，第一限流单元连接在电源单元和电信号输送模块之间。

4.根据权利要求3所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的第一限流单元至少包括电阻。

5.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的电信号输送模块包括三极管或光耦合器。

6.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的激发模块包括第二限流单元，第二限流的一端连接至电容器的高电势端，另一端连接至电信号输送模块，分压模块的低电势端与电容器的低电势端的电势相等。

7.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的保险模块至少包括保险丝。

8.根据权利要求1所述的单端口检测并识别定位电容组短路故障的电路，其特征在于：所述的电压检测模块至少包括电压检测单元和数据处理单元。

9.一种单端口检测并识别定位电容组短路故障的方法，运用权利要求1～8中任一项所述的检测识别电路，其特征在于，包括：

设置分压支路与电容器支路一一对应，并配置分压支路每条支路的电阻值，使任意条分压支路接入分压模块时所形成的分压模块电阻值为唯一值；

根据每种分压模块电阻值与第一限流单元的阻值比，计算不同的分压模块电阻值接入检测识别电路时分压模块所获得的电压值，同时将与每种电压值对应的接入分压支路和未接入分压支路进行标记；

通过直流母线为电容器并联电路供电，检测识别电路接入电容器并联电路实时监测，根据电压检测模块检测出的电压值，得出当前未接入检测识别电路的分压支路，并判断与该分压支路对应的电容器支路出现了电容器短路故障。

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