52] 步骤二，在微处理器CPU内设定有加速度幅值阈值；对每个电容器和对应的加速 度传感器进行编号，并将编号存储到微处理器CPU中，微处理器CPU实时接收到加速度信号 后，与所述加速度幅值阈值进行比较；加速度信号大于所述加速度幅值阈值时，判定对应电 容器中发生元件击穿，提取发生元件击穿的电容器的加速度信号，并记录发生元件击穿的 电容器的编号、击穿时刻、和已经发生的击穿累计次数，并将发生击穿的电容器的编号、击 穿时刻和已经发生的击穿累计次数传输给显示器。
[0053] 虽然电容器内熔丝炸断时产生的壳体振动加速度的幅值较大，但很不固定，频谱 分布极宽，且中心频率随放电能量的变化极大，必须通过综合手段才能将其从干扰信号中 识别出来，本实施例考虑到了电容器运行中的可能对熔丝炸断识别造成干扰的情况。
[0054] (1)微处理器CPU剔除低于和等于设定加速度幅值阈值的加速度信号。
[0055] 电容器正常运行时，元件内流过工频电流，产生的电动力会引起元件周期性的膨 胀与收缩，从而引起外壳振动，该振动频率固定为2倍的电流频率，且幅值较低，微处理器 (PU剔除低于和等于设定振动幅值阈值的加速度信号，以消除这一干扰。
[0056] 与被监测电容器并联的其他电容器发生元件击穿时，其电容量大约变化1 %~ 2%，电流会重新分配，导致被测电容器内产生重分配电流，导致被监测外壳发生振动。由于 单个元件击穿对整个电容器的电容量影响很小，且电流变化会分配到与之并联的所有元件 上，所以对于被监测电容器来说重分配电流值很小，引起的电容器外壳振动加速度很小。与 之相反，电容器内部元件击穿时，与之相连的熔丝会在极短的时间内熔断并释放大量能量， 引起电容器的外壳振动加速度比较显著。
[0057] (2)微处理器CPU对加速度信号进行倒频谱分析，将振动源信号和传递函数分离， 剔除有特征峰存在的加速度干扰信号。
[0058] 电容器投入时，会有大电流对电容器内的元件进行充电，充电电流的频率主要与 系统电感和电容量有关，表达式如下式所示
[0059]
( 3 )
[0060] 式中，
[0061] C为电容器电容量；
[0062] L为线路等效电感；
[0063] 电容器补偿回路以及系统主回路一旦建成，线路电感L和电容C即为较为固定的 值，一般中心频率f为150Hz~500Hz，此时充电电流会引起电容器外壳发生中心频率f为 300Hz~1000Hz的振动（在实际使用中通常会在电容器前端串联一台电抗器，投入过程中 的频率可能低于该频率），由于电流衰减系数和介质传递函数的存在，充电电流引起的外壳 振动将以中心频率为中点，向两侧发生一定扩展。本发明利用倒频谱分析将振源频率和传 递函数分离，如下式所示。
[0064] Cf= F [log R (f) ] (4)
[0065] 式中，
[0066] Cf为信号的倒频谱；
[0067] R为电容器外壳振动时的频域信号；
[0068] 倒频谱的原理如下：
[0069]
[0070] 式中，
[0071] r，R分别为电容器外壳振动时域信号和频域信号；
[0072] e，E为电容器内振动源的时域信号和频率信号；
[0073] h，H为由振动源至外壳的传递系数的时域表示和频域表示；
[0074] F表示傅里叶变换。
[0075] 由上面推导可知，倒频谱运算可将振动源信号与传递函数频率响应分离。由于熔 丝炸断时产生频带很宽且有很大能量的振动信号，而电容器充电时产生的振动频率围绕其 充电电流的中心频率f，频带较窄，与传递函数倒频谱不同，在充电电流的中心频率f处有 特征峰存在，以此为依据将熔丝炸断振动信号与电容器充电振动信号区分开。
[0076] (3)微处理器CPU对加速度信号进行两次积分，剔除两次积分后结果为零的加速 度信号。
[0077] 当电容器外壳受到正常碰撞时，会产生与电容器外壳固有频率相关的振动，该振 动的幅值可能很大，并且频率范围与熔丝炸断振动的频率范围重合。但与熔丝释放能量不 同，受到正常碰撞时，壳体上质点的振动基本围绕平衡位置进行，对质点加速度进行两次积 分（即位移）后接近于零。而熔丝炸断时释放的能量被封闭在箱壳内，会受到瞬时冲击波 载荷和长时准静态载荷，导致壳体发生膨胀，对质点加速度进行两次积分后，其结果不为零 且具有明显方向性。以此方法将熔丝炸断与壳体正常碰撞区别开。
[0078] 步骤三，显示器显示发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计 次数。
[0079] 微处理器CPU将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数 传输给存储器进行存储，存储器所保存的信息可由微处理器CPU读取并在显示器上显示。
[0080] 微处理器CPU也可将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计 次数传输给通讯模块，通讯模块将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿 累计次数传输给外部后台管理计算机，以便工作人员检查，或由外部后台管理计算机发出 警示信号。
[0081] 本发明的电容器元件击穿的振动监测装置及其监测方法，可以实现电容器击穿的 在线监测，监测电容器在运行过程中是否发生击穿，记录发生元件击穿的电容器的编号、击 穿时刻、和已经发生的击穿累计次数，定位故障电容器并将电容器的击穿累计次数以及击 穿时刻传输至显示器进行显示；避免电容器在对称故障下累积故障造成更大的损失，节约 检修的人力物力；而且该装置安装使用方便。
[0082] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制 性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围 的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
【主权项】
1. 一种电容器元件击穿的振动监测装置，其特征在于，包括微处理器CPU，设置在每个 电容器的外壳上的加速度传感器，用于模数转换的A\D转换模块，用于显示元件击穿的电 容器编号、击穿时间和击穿累计次数的显示器；所述加速度传感器的输出端电连接A\D转 换模块的输入端，所述A\D转换模块的输出端电连接所述微处理器CPU的I/O输入端，所述 微处理器CPU的I/O输出端电连接所述显示器的输入端。2. 根据权利要求1所述的电容器元件击穿的振动监测装置，其特征在于，所述监测装 置还包括用于存储元件击穿的电容器的编号、击穿时间和击穿累计次数的存储器，所述存 储器与所述微处理器CPU电连接。3. 根据权利要求1所述的电容器元件击穿的振动监测装置，其特征在于，所述监测装 置还包括通讯模块和外部后台管理计算机，所述通讯模块的输入端与所述微处理器CPU电 连接，所述通讯模块的输出端与外部后台管理计算机电连接。4. 根据权利要求1所述的电容器元件击穿的振动监测装置，其特征在于，所述加速度 传感器安装在电容器的外壳的大侧面的左向位置或右向位置；具体地，设定电容器1的外 壳的大侧面上高为H，宽为W，加速度传感器的具体安装位置点距离大侧面上边沿为0. 5H， 距离大侧面左边沿为0. 35W。5. -种电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，加速度传感器采集电容器的外壳上的加速度信号，并将该加速度信号传输给 微处理器CPU; 步骤二，在微处理器CPU内设定有加速度幅值阈值；对每个电容器和对应的加速度传 感器进行编号，并将编号存储到微处理器CPU中，微处理器CPU实时接收到加速度信号，获 取当前加速度幅值，将当前加速度幅值与所述加速度幅值阈值进行比较；当前加速度幅值 大于所述加速度幅值阈值时，判定对应电容器中发生元件击穿，提取发生元件击穿的电容 器的加速度信号，并记录发生元件击穿的电容器的编号、击穿时刻、和已经发生的击穿累 计次数，并将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数传输给显示 器； 步骤三，显示器显示发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数。6. 根据权利要求5所述的电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，在步骤二中， 微处理器CPU剔除加速度幅值小于等于设定加速度幅值阈值的加速度信号。7. 根据权利要求5所述的电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，在步骤二中， 微处理器CPU对加速度信号进行两次积分，剔除两次积分后结果为零的加速度信号。8. 根据权利要求5所述的电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，在步骤二中， 微处理器CPU将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数传输给存 储器进行存储。9. 根据权利要求5所述的电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，在步骤二中， 微处理器CPU对加速度信号进行倒频谱分析，将振动源信号和传递函数分离，剔除有特征 峰存在的加速度干扰信号。10. 根据权利要求5所述的电容器元件击穿的振动监测方法，其特征在于，在步骤三 中，微处理器CPU将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数经通 讯模块传输给外部后台管理计算机。
【专利摘要】本发明公开了一种电容器元件击穿的振动监测装置及振动监测方法。该监测装置包括微处理器CPU，设置在每个电容器的外壳上的加速度传感器，用于模数转换的A\D转换模块，用于显示元件击穿的电容器编号、击穿时间和击穿累计次数的显示器。该监测方法在微处理器CPU内设定有加速度幅值阈值；加速度信号大于所述幅度加速度幅值阈值时，判定对应电容器中发生元件击穿，提取发生元件击穿的电容器的加速度信号，并记录发生元件击穿的电容器的编号、击穿时刻、和已经发生的击穿累计次数，并将发生击穿的电容器的编号、击穿时刻和已经发生的击穿累计次数传输给显示器。该装置和方法可避免电容器累积故障造成更大的损失，也可快速定位故障电容器。
【IPC分类】G01R31/12
【公开号】CN104914360
【申请号】CN201510259432
【发明人】龚鹏, 朱继红, 张鹤飞
【申请人】朱继红
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月20日