CN114295898A - 电容器的在线容值检测与寿命计算方法、系统及存储介质 - Google Patents

电容器的在线容值检测与寿命计算方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN114295898A CN202111674202.0A CN202111674202A CN114295898A CN 114295898 A CN114295898 A CN 114295898A CN 202111674202 A CN202111674202 A CN 202111674202A CN 114295898 A CN114295898 A CN 114295898A
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翁健洪
王惠东
杜运朝
叶建波
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Sheng Ye Electrical Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种电容器的在线容值检测与寿命计算方法、系统及存储介质，包括电容器故障检测过程，电容器故障检测过程包括：S101.对电容器的工作信息进行多次采样，并计算n次分量的电容器工作情况，电容器工作情况至少包括模值、相位、有效值；S102.以n次分量中，各次分量模值电压的最大值作为系统基波，并提取与其对应的电流、频率，计算电容实际对应容值；S103.将S1022所得容值与电容器标称额定容值比对，若超出误差范围，则发送电容器故障告警。本发明利用快速傅里叶交换提取出电压、电流各次模值的最大值作为系统基波，利用频率与串联电抗的压差进行电容容值计算；通过检测电容器输出电流、工作电压、内核温度和工作实际时长等，计算得出剩余寿命值。

Description

电容器的在线容值检测与寿命计算方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及一种电容器的在线容值检测与寿命计算方法、系统及存储介质，属于电器监测领域。
背景技术
主流型无功补偿装置都具备智能监控系统，可实时监测无功补偿电容器输出电流、工作电压、装置温度等，少数高端型的监控系统可介入电容器投入与切除的控制回路中，通过判断电容器运行参数是否异常，及时切除及保护电容器。
但是通过采集电容器的输出电流、工作电压、温度等参数，用作电容器安全性判断依据是片面的，传统的电容器监控系统无法真正有效地保护电容器、无功补偿装置；对于用户而言，不能清晰直观地反应电容器性能损耗情况，不定时的投运使电容器难以确保尚在出厂承诺保质期内。目前在使用场合中，大部分用户盲目更换性能良好的电容器导致资源浪费，或在不知情下持续使用损耗过甚、质保过期的电容器，可能危及电力系统的运行。
发明内容
为了更有效地监测及保护无功补偿电容器，用户更直观地了解电容器性能损耗情况，本发明专利提供一种基于无功补偿电容器的在线容值检测与寿命计算技术，来提升智能监控系统对电容器更全面的监控及用户体验。
本发明提供了电容器的在线容值检测与寿命计算方法，所述计算方法包括电容器故障检测过程，所述电容器故障检测过程包括：
S101.对电容器的工作信息进行多次采样，并计算n次分量的电容器工作情况，所述电容器工作情况至少包括模值、相位、有效值；
S102.以n次分量中，各次分量模值电压的最大值作为系统基波，并提取与其对应的电流、频率，计算电容实际对应容值；
S103.将S1022所得容值与电容器标称额定容值比对，若超出误差范围，则发送电容器故障告警。
进一步地，所述工作信息至少包括电容器的电流、电压中一种。
进一步地，所述容值计算公式为：
C＝I基波/(2π*F基波*U基波)
进一步地，所述S1具体为对电容器的工作信息进行多次采样，通过快速傅里叶交换运算，计算n次分量的模值、相位、有效值。
进一步地，若S1中多次采样的次数为50-150次之间。
更进一步地，所述多次采样的次数为64次。
进一步地，所述计算方法还包括电容器寿命计算过程：
S201.采集电容器的工作电压U、环境温度T、工作实际时长t；
S202.根据公式：
Figure BDA0003450916690000021
获得特定条件下的预期寿命值；
S203.在电容器正常工作条件下的预期时长上扣除电容器已损耗寿命值，获得电容器剩余寿命值，若剩余寿命低于电容器规定值，则发出电容器故障告警及保护机制。
更进一步地，所述S203具体为：根据公式：
Figure BDA0003450916690000022
获得电容器剩余寿命值，其中t(T,U)为电容器在特定工作电压和环境温度下电容器所能正常工作的预期时长，所述ti(Ti,Ui)为S202所得电容器在现有工作电压和环境温度下的已损耗寿命值，t实际为电容器在现有工作电压和环境温度下的已工作时长。
本发明另一方面还公开一种检测系统，所述检测系统应用上述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，若该系统在检测电容器处的装置有串联电抗器，则需在测电容器的电压值基础上，加上电抗器的压差。
本发明另一方面还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包含计算机程序指令，所述计算机程序指令被调用时，用于执行上述电容器的在线容值检测与寿命计算方法。
本发明与现有技术相比，通过硬件系统采集电网侧电压和电容器输出电流，利用快速傅里叶交换(FFT)提取出电压、电流各次模值的最大值判断为系统基波，再找其对应的频率与串联电抗的压差进行电容容值的计算；另外通过检测电容器输出电流、工作电压、内核温度和工作实际时长等，利用公式进行相似于试验推导承诺预期寿命的计算得出剩余寿命值，最后智能监控系统可在线实时显示电容容值与寿命参数，亦可作为电容器损耗性及安全性判断条件。
附图说明
图1为本发明实施例容值检测流程图；
图2为本发明实施例检测系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供了电容器的在线容值检测与寿命计算方法，所述计算方法包括电容器故障检测过程，所述电容器故障检测过程包括：
S101.对电容器的工作信息进行多次采样，并计算n次分量的电容器工作情况，所述电容器工作情况至少包括模值、相位、有效值；
S102.以n次分量中，各次分量模值电压的最大值作为系统基波，并提取与其对应的电流、频率，计算电容实际对应容值；
S103.将S1022所得容值与电容器标称额定容值比对，若超出误差范围，则发送电容器故障告警。
可选的，所述工作信息至少包括电容器的电流、电压中一种。
其中，在本发明实施例中工作信息包括电容器的电流、电压，此外，若检测电容器的设备上有串联电抗器，则需在测电容器的电压基础上，加上电抗器的压差，作为电容器的实际电压。
可选的，所述容值计算公式为：
C＝I基波/(2π*F基波*U基波)
可选的，所述S1具体为对电容器的工作信息进行多次采样，通过快速傅里叶交换运算，计算n次分量的模值、相位、有效值。
可选的，若S1中多次采样的次数为50-150次之间。
特别的，所述多次采样的次数为64次。
其中，本发明实施例电容容值检测过程具体如下：
S101.如图1所示，本发明实施例方法可通过检测设备采集电容的电压、电流共64个采样点，对其进行快速傅里叶交换(FFT)运算，得出1～25次分量的模值、相位和有效值；
S102.找出电压各次模值的最大值，以该最大值作为系统基波U基波，然后找其对应的电流I基波、频率F基波，根据公式C＝I基波/(2π*F基波*U基波)，计算电容器的容值C；
S13.将计算出电容器的容值C与电容器标称额定容值作比较，持续超出误差范围则系统发出电容器故障告警。此处误差范围为电容器出厂时标称的误差范围或额定容值±10％范围。
可选的，所述计算方法还包括电容器寿命计算过程：
S201.采集电容器的工作电压U、环境温度T、工作实际时长t；
S202.根据公式：
Figure BDA0003450916690000031
获得特定条件下的预期寿命值；
S203.在电容器正常工作条件下的预期时长上扣除电容器已损耗寿命值，获得电容器剩余寿命值，若剩余寿命低于电容器规定值，则发出电容器故障告警及保护机制。
可选的，所述S203具体为：根据公式：
Figure BDA0003450916690000032
获得电容器剩余寿命值，其中t(T,U)为电容器在特定工作电压和环境温度下电容器所能正常工作的预期时长，所述ti(Ti,Ui)为S202所得电容器在现有工作电压和环境温度下的已损耗寿命值，t实际为电容器在现有工作电压和环境温度下的已工作时长。
其中，电容器预期寿命为在产吕规格书中明确，在特定工作电压和环境温度下电容器所能正常工作的预期时长。电容器的实际使用电压和实际环境温度并不能保证一定与规格书一致。电容器预期寿命与所使用电压和环境温度符合如下关系：
Figure BDA0003450916690000041
在实际使用时，可通过以上公式，利用加速试验条件下的试验结果推导出规定工作条件下预期的使用寿命。在实际工作状态下检测记录工作电压、环境温度和工作实际时长条件后，计算处等同规定工作条件下的工作时长，再从预期寿命中逐渐减去，公式为
Figure BDA0003450916690000042
Figure BDA0003450916690000043
当剩余寿命低至规定值时，系统发出电容器故障告警及保护机制。
本发明与现有技术相比，通过硬件系统采集电网侧电压和电容器输出电流，利用快速傅里叶交换(FFT)提取出电压、电流各次模值的最大值判断为系统基波，再找其对应的频率与串联电抗的压差进行电容容值的计算；另外通过检测电容器输出电流、工作电压、内核温度和工作实际时长等，利用公式进行相似于试验推导承诺预期寿命的计算得出剩余寿命值，最后智能监控系统可在线实时显示电容容值与寿命参数，亦可作为电容器损耗性及安全性判断条件。
本发明实施例另一方面还公开一种检测系统，如图2所示，所述检测系统应用上述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，若该系统在检测电容器处的检测装置有串联电抗器，则需在测电容器的电压值基础上，加上电抗器的压差。
其中，检测系统包括无功补偿装置、监控系统，所述无功补偿装置通过监控系统采集电容器的工作信息，并计算出电容器在线容值，再判断该参数是否持续超出标称额定容值±10％范围，如果在线容值超出额定容值范围，则监控系统发出电容器故障告警，通过显示屏或上位机设备告之用户。
此外，无功补偿装置通过监控系统计算出电容器剩余使用寿命，无论电容器性能损耗好差，当使用寿命将近耗尽时，监控单元发出电容器故障告警及保护机制，永久切除电容器，并通过显示屏或上位机设备告之用户。
本发明实施例另一方面还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包含计算机程序指令，所述计算机程序指令被调用时，用于执行上述电容器的在线容值检测与寿命计算方法。
其中，计算机可读存储介质为U盘、云盘、光盘等可实现计算机程序指令存储的介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述计算方法包括电容器故障检测过程，所述电容器故障检测过程包括：
S101.对电容器的工作信息进行多次采样，并计算n次分量的电容器工作情况，所述电容器工作情况至少包括模值、相位、有效值；
S102.以n次分量中，各次分量模值电压的最大值作为系统基波，并提取与其对应的电流、频率，计算电容实际对应容值；
S103.将S1022所得容值与电容器标称额定容值比对，若超出误差范围，则发送电容器故障告警。
2.根据权利要求1所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述工作信息至少包括电容器的电流、电压中一种。
3.根据权利要求1所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述容值计算公式为：
C＝I基波/(2π*F基波*U基波)
4.根据权利要求1所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述S1具体为对电容器的工作信息进行多次采样，通过快速傅里叶交换运算，计算n次分量的模值、相位、有效值。
5.根据权利要求1所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，若S1中多次采样的次数为50-150次之间。
6.根据权利要求5所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述多次采样的次数为64次。
7.根据权利要求1所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述计算方法还包括电容器寿命计算过程：
S201.采集电容器的工作电压U、环境温度T、工作实际时长t；
S202.根据公式：
Figure FDA0003450916680000011
获得特定条件下的预期寿命值；
S203.在电容器正常工作条件下的预期时长上扣除电容器已损耗寿命值，获得电容器剩余寿命值，若剩余寿命低于电容器规定值，则发出电容器故障告警及保护机制。
8.根据权利要求7所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，其特征在于，所述S203具体为：根据公式：
Figure FDA0003450916680000012
获得电容器剩余寿命值，其中t(T,U)为预期寿命值，所述ti(Ti,Ui)为S202所得电容器在现有工作电压和环境温度下的已损耗寿命值，t实际为电容器在现有工作电压和环境温度下的已工作时长，
Figure FDA0003450916680000013
为特定条件下的等耗寿命值。
9.一种检测系统，其特征在于，所述检测系统应用权利要求1-8任一项所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法，若该系统在检测电容器处的装置有串联电抗器，则需在测电容器的电压值基础上，加上电抗器的压差。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包含计算机程序指令，所述计算机程序指令被调用时，用于执行如权利要求1-8中任一项所述电容器的在线容值检测与寿命计算方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116298538A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 新乡市万新电气有限公司 一种智能电容补偿装置的在线监测方法
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