CN118330339A - 一种矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，系统基于端电压和输入原始容量数据，得到电容器组的容量衰减率实时数据，记录堆叠成为历史数据；同时，经过基于电容器结构类型基本原理的专家系统检验计算，进行自诊断，可靠而准确地判断电容器组的工况稳定性及寿命区间，并对电容器组所需的现场查验、检修维护进行提示和建议，对可能的事故进行预警。本发明可灵活应用于无功补偿矿热炉低压无功补偿装置及其它任何供配电系统中，能得到与电容器（组）寿命相关的各参数，为电容器的设计、生产、使用和管理提供量化数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及冶金、化工行业的供配电技术领域，具体涉及一种矿热炉低补电容器（组）容量衰减在线监测及寿命管理系统。
背景技术
矿热炉低压无功补偿采用了大量的并联电容器组。工作过程中，电容器组始终工作于宽范围变化的工作电压、明确存在且随机变化的谐波电压及电流等矿热炉低压侧恶劣的电气工况下，以及高温粉尘的工作环境中。
历史上，矿热炉低压无功补偿运行成本、投运效用及装置寿命的决定性因素就是低压电容器（组）因各种原因造成的容量衰减。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，为电容器（组）容量衰减在线监测及寿命管理提供准确、可靠、完整的方法和技术手段。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，该系统：
对电容器组的工作电流和工作电压进行在线监测；
基于端电压和输入原始容量数据，得到电容器组的容量衰减率实时数据，持续的跟踪记录其变化成为历史数据；
上述实时、历史数据进入基于电容器结构类型基本原理、电容器寿命及其自愈相关性的专家系统，判断电容器组的工况稳定性及寿命区间，并对电容器组所需的现场查验、检修维护进行提示和建议，对可能的事故进行预警。
进一步的，该管理系统包括一完整的工业应用系统：
包括电流检测、电压检测，基于所对应的电容器结构模式特征的软件算法及专家系统、起始数据输入及校验算法、跟踪计算及数据存储，根据容量衰减及其变化趋势得到的专家系统判断结论，包括相关的现场查验、检修、更换、事故预警、连锁保护信号动作的形式，以及用于供外部调用的传统信号表达和数据通讯模式。
进一步的，所检测的工作电流信号为多种矢量合成模型提供基础数据，矢量合成模型可包括总补偿电流、补偿接入点前后端电流，从而为矿热炉生产自动化控制提供依据。
进一步的，系统对工作电流和工作电压信号进行处理计算，得到电容器组容量的连续参数及曲线，基于其变化率得到电容器组的工况稳定性和寿命相关判断。
进一步的，系统对电流信号突变的自诊断用于连锁保护的动作信号输出，自诊断算法中的诊断故障包括源于传感器故障、电容器组一次回路设备故障、导体故障、信号抖动及快速降低异常。
进一步的，系统对数据存储、人机界面参数组构图形特征及数据分析、图形化进行处理。
进一步的，系统对电容器组运行工况状态及寿命判断与设备运维相应的一系列输出包括检维修周期预测、检修提示、更换提示、故障预警、连锁保护动作信号输出和对象位置精确指向。
进一步的，系统对电容器组的监测参数还包括温度、湿度、振动和谐波，以得到更多与电容器组寿命相关的参数簇，从而为电容器的设计、生产、使用提供量化数据支持。
进一步的，系统对电容器组的工作电流的监测包括交流电容器组和直流电容器组，在更换电流检测方式、替换专家系统算法软件后即可用于直流电容器（组）容量衰减在线监测及寿命管理，用于内置电容器（组）的诸如电压源型大型变频器等复杂设备的安全可靠性管理。
本发明的有益效果是:
1、通过在线监测电容器（组）容量衰减（率），分析其变化规律，基于电容器容量变化的可能性原理（专家系统），得到关于电容器寿命相关的准确判断，能够准确提示进行电容器（组）现场查验、维护、返修、更换等运维作业。
2、通过电容器（组）容量衰减（率）历史数据分析，基于电容器容量变化的可能性原理，为电容器（组）随投运时长增加必然出现的寿命末期损坏性事故进行预警，结合无功补偿系统保护功能，能够避免补偿装置因电容变化所致的恶性事故，进行预防性检修维护，杜绝停机损失。
3、对于多台（套）无功补偿设备，本发明能够量化对比各台（套）设备的运维状态，为生产和设备管理提供参考数据；如果存在多个设备厂家，还能对设备质量进行量化对比，为可能的增购、设备升级维护提供选择性依据，减少企业的机会损失，提高投入产出比。
4、通过实时在线监测电容器（组）容量状态，能够在无功补偿设备运行过程中，除常见的过压、过流、短路保护外，为设备提供反向连锁保护，降低偶发因素导致电容量衰减过程中可能伴随的恶性事故发生概率。
5、对于内置电容器（组）的诸如电压源型大型变频器等复杂设备，亦可采用本发明技术对电容器（组）容量衰减及其寿命进行监测管理，输出结果作为连锁信号嵌入设备自身的保护系统中，提高设备的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的电气检测图；
图3为本发明的并联电容器组应用检测图；
图4为本发明的串并联电容器组应用检测图；
图5为本发明的数据处理分析模型框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
在实施之前，对适用于各类型电容器（组）电流测量工作环境的检测设备所需一系列绝缘和防护措施进行相应的处置。
实施例1
矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统单电容器实施：
如图2所示，通过在线实时检测电容器的工作电流I，工作电压U；通过电流和电压得出电容器实时输出的无功Qc(t)和容抗Xc，Qc(t)=U×I、Xc=U/I=1/(ωC)；通过容抗Xc=U/I=1/(ωC)得出电容器电容值C，C=I/(ωU)=I/(2fU)。
如图5所示，电容器初始使用时通过实测电流（I）和电压（U）得到电容器初始电容值并进行固化，加载固化电容器寿命曲线数字模型。
实时检测电容器电流（I）和电压（U），算出实时电容器电容值，并与初始电容器值比较计算出电容器衰减率（或电容器电容率），并在人机界面上实时显示；按运行时间定时长记录容量、电容值、衰减率（或电容器电容率）和使用时间。
通过记录的运行时间、电容值和衰减率（或电容器电容率）等参数，通过微分、对比等手段，得出电容器的衰减率曲线、电容器的衰减变化率曲线。
通过对电容器的衰减率曲线、电容器的衰减变化率曲线和电容器寿命曲线对比分析，给出了电容器正常，电容器异常（查验检修、联锁保护），电容器衰减异常（使用寿命到、更换电容器、联锁保护）等预警提示
实施例2
矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统并联电容器组实施：
矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统并联电容器组实施与单电容器实施“实施例1”基本一样，不同之处主要有：
并联电容器组实施与单电容器实施不同的是多只电容器并联成一组，成组应用，也是矿热炉低压补偿的具体应用，这一应用的电容器组数在数拾组。
并联电容器组实施需采集数据需要避开各次谐波对应的谐振组数，提高检测精度。
并联电容器组实施需对并联电容器组内个别没正常工电容器的电容器组进行排除，并进行提示。
实施例3
矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统串并联电容器组实施：
矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统串并联电容器组实施与并联电容器组实施“实施例2”相同。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，该系统：
对电容器组的工作电流和工作电压进行在线监测；
基于端电压和输入原始容量数据，得到电容器组的容量衰减率实时数据，持续的跟踪记录其变化成为历史数据；
上述实时、历史数据进入基于电容器结构类型基本原理、电容器寿命及其自愈相关性的专家系统，判断电容器组的工况稳定性及寿命区间，并对电容器组所需的现场查验、检修维护进行提示和建议，对可能的事故进行预警。
2.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，该管理系统包括一完整的工业应用系统：
包括电流检测、电压检测，基于所对应的电容器结构模式特征的软件算法及专家系统、起始数据输入及校验算法、跟踪计算及数据存储，根据容量衰减及其变化趋势得到的专家系统判断结论，包括相关的现场查验、检修、更换、事故预警、连锁保护信号动作的形式，以及用于供外部调用的传统信号表达和数据通讯模式。
3.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，所检测的工作电流信号为多种矢量合成模型提供基础数据及输出，从而为矿热炉生产自动化控制提供依据。
4.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对工作电流和工作电压信号进行处理计算，得到电容器组容量的连续参数及曲线，基于其变化率得到电容器组的工况稳定性和寿命相关判断。
5.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对电流信号突变的自诊断用于连锁保护的动作信号输出，自诊断算法中的诊断故障包括源于传感器故障、电容器组一次回路设备故障、导体故障、信号抖动及快速降低异常。
6.根据权利要求2所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对数据存储、人机界面参数组构图形特征及数据分析、图形化进行处理。
7.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对电容器组运行工况状态及寿命判断与设备运维相应的一系列输出包括检维修周期预测、检修提示、更换提示、故障预警、连锁保护动作信号输出和对象位置精确指向。
8.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对电容器组的监测参数还包括温度、湿度、振动和谐波，以得到更多与电容器组寿命相关的参数簇，从而为电容器的设计、生产、使用提供量化数据支持。
9.根据权利要求1所述的矿热炉低补电容器容量衰减在线监测及寿命管理系统，其特征在于，系统对电容器组的工作电流的监测包括交流电容器组和直流电容器组。
Publications (1)
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| CN118330339A true CN118330339A (zh) | 2024-07-12 |
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