薄膜电容寿命预测方法与流程

本发明涉及膜电容测试的
技术领域：
，具体为一种薄膜电容寿命预测方法。
背景技术：
：薄膜电容器是以金属膜当电极，可有一组金属膜缠绕成圆筒状，或多组圆筒膜并联构成的电容器。由于其无极性、绝缘阻抗高、频率特性优异等性能优势，在太阳能发电、电气化铁路、风力发电行业都有广泛的应用，而薄膜电容的容值在长期使用后会逐步衰减，最终影响正常功能。现有技术一的技术方案：膜电容容值的变化直接影响到产品性能，为保证产品正常的功能实现，目前大多数电力电子系统进行定期维护方案，就是根据规定的时间，定期检查容值的变化情况，对小批产品进行试修，判断是否电容需要进行更换。现有技术一的缺点：目前机电产品的使用维护状况已经从事后修理--定期修理--视情维修--预测性维修。现有技术方案一属于典型的定期修理、视情修理，存在的缺点是：1、维修方案只针对开展检修的电容当前状态，对未来电容的寿命缺乏预测，对是否能满足下一个运用周期缺乏预测。2、无法建立容值衰减模型，无法支持后期检修维护保养业务升级成预测性修理的业务需要。现有技术二的技术方案：根据膜电容寿命预测公式，进行电容整体寿命的预测。式中：l：工作负荷下(场强e)的使用寿命(h)，l0：设计时(场强e0)的使用寿命(105h，是国际上通常惯例，多年经验数据)，e0：设计时的电场强度(v/m)，t0：设计时的温度(70℃)，th：工作负荷(电压)下的电容器热点温度(℃)，t：工作温度，c：阿雷尼厄斯(arrhenius)系数(约等于13)。现有技术二的缺点：根据膜电容寿命预测公式，进行电容整体寿命的预测方案，主要应用于设计初期的器件寿命识别，寿命预测的准确性取决于设计选型时识别的温度产品长期工作温度和平均电场强度。主要存在以下缺点：1、结果只针对于理想化的电容应用单一模型。而真正产品工作的情况，往往受运行环境变化、外部电网波动等因素影响，工作环境和电势处于长期波动的状况。如轨道交通产品，不同的运用区间，环境温度相差巨大，电网品质相差巨大，造成相同的电容在不同的运用区间长期运行后寿命与理想预测寿命差异较大。2、电容的失效按照初始容值的8％作为边界条件来计算电容寿命，而电容在系统中的边界条件，往往根据在机电产品项目初始时设计人员对电容所保留的设计余量决定。恒定采用8％作为边界值显然是存在过度维修隐患的，容易造成维护成本偏高。技术实现要素：本发明目的是通过分析膜电容的失效机理，衰变特性，建立一套能针对不同应用环境、不同系统、不同边界条件的薄膜电容寿命准确预测方案。本发明是通过如下技术方案实现的：一种薄膜电容寿命预测方法，包括如下步骤：一、选用一款标准的直流电容器，测试样件n个，测试方法如下：步骤1、电容器放置在30±2℃的环境下至少12小时后，进行端子间耐电压，5分钟后测试容量损耗；步骤2、电容器放置在70℃的环境下至少12小时；步骤3、在70℃，对电容器施加2600vdc(1.4un)保持500小时；步骤4、耐久性试验进行到500小时，电容器应停止通电，并在环境温度下的静止空气中冷却，对样品进行1000次放电，其峰值电流为1.4*4＝5.6ka；步骤5、重复步骤2到步骤4；在试验过程中，每96个小时，测量并记录一次电容容值。二、电容的寿命趋势服从指数分布函数f(x)，令x为时间，y为测试值(容值)，记录实测值，其中某一具体时间下所有样本的测试值取加权平均值，得到实测值对应关系表。三、计算分布函数f(x)，方法如下：对y＝aebx两边取对数得lny＝lna+bx令c0＝lna，c1＝b，则拟合曲线为将yi取对数后，原数据表变为新数据表，对此新数据，用直线进行最小二乘拟合法方程为为解出c0和c1即可得出y＝aebx中a和b的值。通过上述公式计算预测其他时间下的容值，以此来进行电容的寿命预测。经过对前期典型膜电容抽样进行加速老化试验，对大量现场数据进行实际数据的筛选、拟合，建立立项的数学模型。通过输入电容的使用时间，可以对电容的寿命进行准确预测。本发明设计合理，具有很好的实际使用价值。附图说明图1表示实际测量的时间与容值对应数据。具体实施方式下面对本发明的具体实施例进行详细说明。一种薄膜电容寿命预测方法，膜电容的寿命在不考虑填充的绝缘介质和生产工艺的条件下，电容容值的衰减为电容膜的衰减过程。通过测试一种电容器的容值变化，可以得到适用该类型膜电容的衰减变化。本发明方案通过加速老化试验测试电容器的容值变化理想模型。具体步骤如下：一、通过加速老化实现建立电容容值衰减的理想模型，依据机车电容器的标准《gb/t25121轨道交通机车车辆设备电力电子电容器》(对应iec61881)和《gb/t17702-2013电力电子电容器》(对应iec61071)，选用一款标准的直流电容器，测试样件n个，测试方法如下：步骤1、电容器放置在30±2℃的环境下至少12小时后，进行端子间耐电压，5分钟后测试容量损耗；步骤2、电容器放置在70℃的环境下至少12小时；步骤3、在70℃，对电容器施加2600vdc(1.4un)保持500小时；步骤4、耐久性试验进行到500小时，电容器应停止通电，并在环境温度下的静止空气中冷却，对样品进行1000次放电，其峰值电流为1.4*4＝5.6ka；步骤5、重复步骤2到步骤4。在试验过程中，每96个小时，测量并记录一次电容容值，如图1所示。电容器1.4un，70℃条件下进行耐久性试验500小时，对应额定工况下运行条件下的100000小时。二、根据实际电容值进行理想模型修正抽取不同时间段的不同运行区间的电容进行容值实测，多组电容容值分别拟合分析相应的分布并计算分布参数，再根据每组数据计算出的分布参数，最终拟合成修正后的退化模型分布参数。根据电容的机理分析，电容的寿命趋势服从指数分布函数，令x为时间，y为测试值(容值)，记录实测值，其中某一具体时间下所有样本的测试值取加权平均值，得到实测值对应关系表，如下表所示：时间xix1x2x3x4测试值yiy1y2y3y4例如某实际值为如下表：三、计算分布函数f(x)，计算方法如下：对y＝aebx两边取对数得lny＝lna+bx令c0＝lna，c1＝b，则拟合曲线为将yi取对数后，原数据变为新数据如下：对此新数据，用直线进行最小二乘拟合，这是据函数法方程为为化简即为解出c0＝0.6695,c1＝0.1997因此故即y＝1.9532e0.1997x通过该公式可计算预测其他时间下的容值，以此来进行电容的寿命预测。本发明方案填补了膜电容根据现场实测情况进行经验判定，无寿命预测方案的技术空白，不仅为不同阶段的修程修制提供技术支撑，而且可作为整体系统级产品phm的薄膜电容类器件的判定模型，在检修判定和预测性修理方面已取得了积极的效果。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12