專利名稱：一種具有容量監測功能的電力電容器組的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統監測技術領域，具體涉及一種具有容量監測功能的電力電容器組。
背景技術：
電力電容器是電力系統的重要元件，通常用于電力系統的無功補償、諧波濾波、改善電能質量等。電力電容器在電力系統中實際運行時，根據不同的電壓等級和需要補償的容量，通常將多個電力電容器采用各種不同的方式串并聯后才投入實際運行。串并聯后的電力電容器組在運行過程中，經常會因為過載、過熱、諧波、絕緣擊穿、工藝缺陷等原因而損壞，嚴重時甚至造成燒毀或爆炸，極大地威脅人身和設備財產安全。在電力電容器發生重大故障前，其容量變化是必然現象。通常的電力電容器在線監測系統，由于電容器數量、傳感器安裝、高低壓隔離及其檢測信號引線等難題，都是針對整組電容器進行的監測。專利公開號為CN202533531的中國專利提出了一種電容器成套設備的智能監測裝置，該智能監測裝置包括DSP數字處理模塊、電壓采樣模塊、電流采樣模塊、溫度采樣模塊、顯示交互模塊和通信接口模塊，電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別通過電壓傳感器和電流傳感器采集電容器成套設備的輸出電壓電流信號；該監測裝置能夠實時觀察電容器成套設備的工作狀況、故障現象和故障位置，為分析電容器成套設備的性能和容量變化、研究內部各組電容器和電抗器的損壞機理奠定了基礎。但上述監測系統很難發 現單個電容器的容量變化、故障趨勢和缺陷定位，因此，這種監測系統只有在發現整組電容器有故障現象時，再進行停電檢測，逐個尋找和排查故障電容器。另一方面，這種監測系統由于需要在現場安裝各種電壓電流傳感器，并落實這些傳感器的二次走線，這必將導致現場原有的高壓絕緣設計的改變，從而影響電力設備和元件的安全與穩定運行。因此，這種監測系統較難被電力用戶的認可和大范圍推廣使用。
發明內容
針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種具有容量監測功能的電力電容器組，能夠檢測出電力電容器組中各電容器的實際容量及其容量的精確變化量。一種具有容量監測功能的電力電容器組，包括多個電力電容器和一主控處理單元；所述的電力電容器連接有電壓電流檢測單元；其中:所述的電壓電流檢測單元用于實時檢測獲得電力電容器的電壓數據和電流數據，并將這些數據發送給主控處理單元；所述的主控處理單元用于接收各電力電容器的電壓數據和電流數據，實時計算出各電力電容器的容量以及容量的變化量并進行顯示。所述的電壓電流檢測單元包括:信號采集模塊，用于采集電力電容器兩端的電壓信號以及流過電力電容器的電流信號；信號采集模塊與電力電容器連接；
采樣處理模塊，用于對所述的電壓信號和電流信號依次進行信號調理、離散化處理、傅里葉變換以及參數運算后，輸出電力電容器的電壓數據和電流數據；采樣處理模塊與信號采集模塊連接。所述的電壓電流檢測單元可與電力電容器封裝于一體或單獨安裝于電力電容器上。所述的主控處理單元包括:數據處理模塊，用于接收各電力電容器的電壓數據和電流數據，實時計算出各電力電容器的容量以及容量的變化量；顯示模塊，用于對各電力電容器容量及容量的變化量進行顯示；顯示模塊與數據處理模塊連接。優選地，所述的采樣處理模塊通過射頻發送模塊將電力電容器的電壓數據和電流數據無線傳輸給主控處理單元；射頻發送模塊用于將電壓數據和電流數據進行射頻調制后無線傳輸給主控處理單元；避免了高電壓側和低電壓側的直接電氣連接，具有良好的高壓隔離功能和實際使用價值。優選地，所述的數據處理模塊通過射頻接收模塊無線接收各電力電容器的電壓數據和電流數據；射頻接收模塊用于無線接收各電力電容器的經射頻發送模塊射頻調制后電壓數據和電流數據，并對這些數據進行射頻解調后傳送給數據處理模塊；避免了高電壓側和低電壓側的直接電氣連接，具有良好的高壓隔離功能和實際使用價值。
所述的信號采集模塊包括電阻分壓電路、電流取樣電路和信號采集電路；所述的電阻分壓電路與電力電容器并聯，所述的電流取樣電路設于電力電容器的低壓端，所述的信號采集電路與電阻分壓電路、電流取樣電路和采樣處理模塊相連。所述的電阻分壓電路由兩個電阻Rl R2組成；其中，電阻Rl的一端與電力電容器的高壓端相連，電阻Rl的另一端與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與電力電容器的低壓端相連，電阻R2兩端與信號采集電路相連。所述的電阻Rl采用高壓電阻，所述的電阻R2采用低壓電阻；電阻R2兩端的電壓即可表示電力電容器兩端的電壓信號。所述的電流取樣電路由一穿芯線圈構建，電力電容器低壓端的引出線穿過所述的穿芯線圈，穿芯線圈兩端與信號采集電路相連；穿芯線圈兩端的電壓即可表示流過電力電容器的電流信號。優選地，所述的數據處理模塊連接有報警模塊，當任一電力電容器的容量變化量超過預設的變化量閾值時，則數據處理模塊向報警模塊發送報警信號，報警模塊根據所述的報警信號進行聲光報警；在故障情況下能夠及時提醒用戶停機進行故障檢測。優選地，所述的數據處理模塊連接有圖表轉換模塊，所述的圖表轉換模塊用于將數據處理模塊計算輸出關于各電力電容器容量以及容量變化量的數據轉換為圖表形式，并通過顯示模塊進行顯示；能夠為用戶提供可視化的監測體現。優選地，所述的數據處理模塊連接有存儲模塊，所述的存儲模塊用于存儲數據處理模塊計算輸出關于各電力電容器容量以及容量變化量的數據；以備用戶查看和記錄。本發明的電力電容器組通過安裝在各待監測電力電容器上的電壓電流檢測單元實時采樣、計算出這些電容器的基波電壓電流數據，再通過無線射頻方式分別把這些數據傳到較遠處射頻接收模塊；當射頻接收模塊接收到這些數據后，通過獨立計算、分析和比較，便可獲得各個電力電容器的實際電容容量及其電容容量的精確變化量。本發明通過實時監測各個電力電容器的電容量短期變化特性和長期變化趨勢，可以有效診斷出每個電力電容器的工作狀況和故障現象，從而提早采取有效措施排除故障隱患，避免故障蔓延導致重大事故的發生，具有重要現實意義；同時本發明采用無線射頻的數據傳輸方式，避免了高電壓側和低電壓側的直接電氣連接，具有良好的高壓隔離功能和實際使用價值。
圖1為本發明電力電容器組的結構示意圖。
具體實施例方式為了更為具體地描述本發明，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，一種具有容量監測功能的電力電容器組，包括60個電力電容器C1 C60和一主控處理單元，每個電力電容器均連接有電壓電流檢測單元，電力電容器的額定電壓為6000V，額定電流為50A。電壓電流檢測單元 包括信號采集模塊、采樣處理模塊和射頻發送模塊；其中:信號采集模塊用于采集電力電容器兩端的電壓信號以及流過電力電容器的電流信號；本實施方式中，信號采集模塊由電阻分壓電路、電流取樣電路和信號采集電路組成；電阻分壓電路由兩個電阻Rl R2組成；其中，電阻Rl的一端與電力電容器的高壓端相連，電阻Rl的另一端與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與電力電容器的低壓端相連，電阻R2兩端與信號采集電路相連；電流取樣電路由一穿芯線圈L構建，電力電容器低壓端的引出線穿過穿芯線圈L，穿芯線圈L兩端與信號采集電路相連；信號采集電路的輸出端與采樣處理模塊連接；本實施方式中，信號采集電路由兩個跟隨器(采用運算放大器)構建，從電阻分壓電路得到的電壓信號經一跟隨器后送入采樣處理模塊；從穿芯線圈L得到的電流信號由一電阻變換成電壓信號再經另一跟隨器后送入采樣處理模塊。本實施方式中，電阻Rl選用20M Q的高壓電阻，電阻R2采用IOkQ的金屬膜電阻，穿芯線圈L繞制圈數為100圈；電阻R2兩端的電壓即可表示電力電容器兩端的電壓信號，穿芯線圈兩端的電壓即可表示流過電力電容器的電流信號。采樣處理模塊與信號采集模塊連接，其用于對信號采集模塊采集到的電壓信號和電流信號依次進行信號調理、離散化處理、傅里葉變換以及參數運算后，輸出電力電容器的電壓數據和電流數據；本實施方式中，采樣處理模塊采用型號為STM32F407VGT6的單片機。其中，信號調理就是將電壓電流信號經過濾波和適當放大后，使其幅度滿足后續離散化(A/D轉換)的要求，A/D轉換完成電壓電流信號的數字化，這些數字化信號再經同步化處理，即可進行參數運算，如可以通過傅里葉變換運算獲得基波電壓和基波電流數據，經過RMS (方均根)運算可以獲得電壓和電流有效值數據。射頻發送模塊與采樣處理模塊連接，其用于將采樣處理模塊輸出的電壓數據和電流數據進行射頻調制后無線傳輸給主控處理單元；本實施方式中，射頻發送模塊采用型號為RF24L01的射頻收發芯片。主控處理單元包括射頻接收模塊、數據處理模塊、顯示模塊、報警模塊、圖表轉換模塊和存儲模塊；其中:射頻接收模塊與數據處理模塊連接，其用于無線接收各電力電容器的經射頻發送模塊射頻調制后電壓數據和電流數據，并對這些數據進行射頻解調后傳送給數據處理模塊；本實施方式中，射頻接收模塊采用型號為RF24L01的射頻收發芯片。數據處理模塊用于接收各電力電容器的電壓數據和電流數據，根據以下公式實時計算出各電力電容器的容量以及容量的變化量；本實施方式中，數據處理模塊采用型號為STM32F407VGT6 的單片機。
權利要求
1.一種具有容量監測功能的電力電容器組，其特征在于:包括多個電力電容器和一主控處理單元；所述的電力電容器連接有電壓電流檢測單元；其中: 所述的電壓電流檢測單元用于實時檢測獲得電力電容器的電壓數據和電流數據，并將這些數據發送給主控處理單元； 所述的主控處理單元用于接收各電力電容器的電壓數據和電流數據，實時計算出各電力電容器的容量以及容量的變化量并進行顯示。
2.根據權利要求1所述的電力電容器組，其特征在于:所述的電壓電流檢測單元包括: 信號采集模塊，用于采集電力電容器兩端的電壓信號以及流過電力電容器的電流信號; 采樣處理模塊，用于對所述的電壓信號和電流信號依次進行信號調理、離散化處理、傅里葉變換以及參數運算后，輸出電力電容器的電壓數據和電流數據。
3.根據權利要求2所述的電力電容器組，其特征在于:所述的主控處理單元包括: 數據處理模塊，用于接收各電力電容器的電壓數據和電流數據，實時計算出各電力電容器的容量以及容量的變化量； 顯示模塊，用于對各電力電容器的容量以及容量的變化量進行顯示。
4.根據權利要求3所述的電力電容器組，其特征在于:所述的采樣處理模塊通過射頻發送模塊將電力電容器的電壓數據和電流數據無線傳輸給主控處理單元；所述的數據處理模塊通過射頻接收模塊無線接收各電力電容器的電壓數據和電流數據。
5.根據權利要求2所述的電力電容器組，其特征在于:所述的信號采集模塊包括電阻分壓電路、電流取樣電路和信號采集電路；所述的電阻分壓電路與電力電容器并聯，所述的電流取樣電路設于電力電容器的低壓端，所述的信號采集電路與電阻分壓電路、電流取樣電路和采樣處理模塊相連。
6.根據權利要求5所述的電力電容器組，其特征在于:所述的電阻分壓電路由兩個電阻Rl R2組成；其中，電阻Rl的一端與電力電容器的高壓端相連，電阻Rl的另一端與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與電力電容器的低壓端相連，電阻R2兩端與信號采集電路相連。
7.根據權利要求5所述的電力電容器組，其特征在于:所述的電流取樣電路由一穿芯線圈構建，電力電容器低壓端的引出線穿過所述的穿芯線圈，穿芯線圈兩端與信號采集電路相連。
8.根據權利要求3所述的電力電容器組，其特征在于:所述的數據處理模塊連接有報警模塊，當任一電力電容器的容量變化量超過預設的變化量閾值時，則數據處理模塊向報警模塊發送報警信號，報警模塊根據所述的報警信號進行聲光報警。
9.根據權利要求3所述的電力電容器組，其特征在于:所述的數據處理模塊連接有圖表轉換模塊，所述的圖表轉換模塊用于將數據處理模塊計算輸出關于各電力電容器容量以及容量變化量的數據轉換為圖表形式，并通過顯示模塊進行顯示。
10.根據權利要求3所述的電力電容器組，其特征在于:所述的數據處理模塊連接有存儲模塊，所述的存儲模塊用于存儲數據處理模塊計算輸出關于各電力電容器容量以及容量變化量的數據。
全文摘要
本發明公開了一種具有容量監測功能的電力電容器組，包括多個電力電容器和一主控處理單元；電力電容器連接有電壓電流檢測單元；電壓電流檢測單元包括信號采集模塊、采樣處理模塊和射頻發送模塊；主控處理單元包括射頻接收模塊、數據處理模塊和顯示模塊。本發明通過實時監測各個電力電容器的電容量短期變化特性和長期變化趨勢，可以有效診斷出每個電力電容器的工作狀況和故障現象，從而提早采取有效措施排除故障隱患，避免故障蔓延導致重大事故的發生；同時本發明采用無線射頻的數據傳輸方式，避免了高電壓側和低電壓側的直接電氣連接，具有良好的高壓隔離功能和實際使用價值。
文檔編號G01R27/26GK103219801SQ201310145570
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者陳隆道, 毛武斌, 陳鏵璐 申請人:浙江大學