一种辅助电源支撑电容监测方法及系统
阅读说明：本技术 一种辅助电源支撑电容监测方法及系统 (Auxiliary power supply support capacitance monitoring method and system ) 是由 李智国 周平宇 杨盼奎 孙卫平 万国强 史小利 梁爽 武继将 于 2021-05-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种辅助电源支撑电容监测方法及系统,包括：测量支撑电容介质损耗正切值和电容值；基于测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容容值变化率的修正因子；测量支撑电容的绝缘电阻；基于测量支撑电容的绝缘电阻及测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容绝缘失效因子；基于支撑电容绝缘失效因子及支撑电容容值变化率的修正因子监测辅助电源支撑电容剩余寿命。本发明避免了现场工作人员对动车组辅助电源装置支撑电容拆解安装,可在较短时间内且不破坏支撑电容内部绝缘的情况下便捷、准确、安全地对动车组辅助电源装置支撑电容剩余寿命进行评估。(The invention provides a method and a system for monitoring support capacitance of an auxiliary power supply, which comprises the following steps: measuring the dielectric loss tangent value and the capacitance value of the support capacitor; calculating a correction factor of the capacitance value change rate of the support capacitor based on the measured dielectric loss tangent value and the capacitance value of the support capacitor; measuring the insulation resistance of the support capacitor; calculating an insulation failure factor of the support capacitor based on the insulation resistance of the support capacitor, the measured dielectric loss tangent value and the measured capacitance value of the support capacitor; and monitoring the residual service life of the support capacitor of the auxiliary power supply based on the insulation failure factor of the support capacitor and the correction factor of the capacitance value change rate of the support capacitor. The method avoids the disassembly and the assembly of field workers on the supporting capacitor of the auxiliary power supply device of the motor train unit, and can conveniently, accurately and safely evaluate the residual life of the supporting capacitor of the auxiliary power supply device of the motor train unit in a short time without damaging the internal insulation of the supporting capacitor.)
技术领域
本发明属于支撑电容测试
技术领域
，具体涉及一种辅助电源支撑电容监测方法及系统。背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的
背景技术
信息，不必然构成在先技术。动车组近年来得到全面发展，与其他交通系统相比，动车组系统在交通能力能源效率，运营成本和环境友好性方面具有许多优势。随着动车组运行速度的不断提升，对动车组的运行安全和可靠性提出了更高的要求。
支撑电容作为动车组上设计和使用的核心无功设备之一，起着缓冲交流侧和直流侧间的能量交换，稳定中间直流电压，储能并提供瞬时能量交换的作用。随着动车组服役里程的增加，支撑电容在主要外界应力——电应力和热应力的联合作用下，会对内部绝缘介质聚丙烯薄膜造成老化受损，使得支撑电容的绝缘性能和电气参数有所下降，进而影响到支撑电容的服役寿命。
目前为止对动车组上支撑电容的寿命评估方法主要是在支撑电容离线的情况下做耐久性实验，但该方法所需时间久而且会破坏电容内部绝缘，会影响评估的可靠性，并且造成电容不能继续正常使用。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种辅助电源支撑电容监测方法，本发明能够可靠高效地评估支撑电容使用可靠性和安全性。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
第一方面，公开了一种辅助电源支撑电容监测方法，包括：
测量支撑电容介质损耗正切值和电容值；
基于测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容容值变化率的修正因子；
测量支撑电容的绝缘电阻；
基于测量支撑电容的绝缘电阻及测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容绝缘失效因子；
基于支撑电容绝缘失效因子及支撑电容容值变化率的修正因子监测辅助电源支撑电容剩余寿命。
进一步的技术方案，基于支撑电容在线的状态下获取其介质损耗正切值、电容值及绝缘电阻。
进一步的技术方案，计算支撑电容容值变化率的修正因子时，记为k1：
其中，支撑电容介质损耗正切值，记为tanδw，其中δw为介质损耗角，弧度制表示；测量电容值记为C，单位uF。
进一步的技术方案，计算支撑电容绝缘失效的失效因子时，记为k2：
其中，支撑电容的绝缘电阻记为R，支撑电容介质损耗正切值，记为tanδw。
进一步的技术方案，支撑电容的剩余寿命L(t)，计算如下：
记录预期寿命为L(0)，支撑电容绝缘失效的失效因子k2，支撑电容容值变化率的修正因子k1，η是电容超荷运行下的寿命损耗因子，测量电容值记为C，支撑电容外观铭牌上的出厂容量，记为C0。
第二方面，公开了一种辅助电源支撑电容监测系统，包括：
测量单元，用于测量支撑电容介质损耗正切值和电容值；
支撑电容容值变化率的修正因子计算单元，用于基于测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容容值变化率的修正因子；
绝缘电阻测量单元，用于测量支撑电容的绝缘电阻；
支撑电容绝缘失效因子计算单元，用于基于测量支撑电容的绝缘电阻及测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容绝缘失效因子；
监测单元，用于基于支撑电容绝缘失效因子及支撑电容容值变化率的修正因子监测辅助电源支撑电容剩余寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本公开所提供的动车组辅助电源装置支撑电容剩余寿命的评估方法通过测量支撑电容介质损耗正切值、电容值以及对地绝缘电阻来计算支撑电容容值变化率的修正因子和绝缘失效因子，最后对支撑电容剩余寿命进行评估。
本发明避免了现场工作人员对动车组辅助电源装置支撑电容拆解安装，可在较短时间内且不破坏支撑电容内部绝缘的情况下便捷、准确、安全地对动车组辅助电源装置支撑电容剩余寿命进行评估，保证了支撑电容使用的可靠性，进而确保了动车组运行的安全。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本公开动车组辅助电源装置支撑电容剩余寿命的评估方法流程图。
具体实施方式
：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一：
在本实施例中，以动车组辅助电源装置支撑电容进行举例说明，但并不代表本发明提供的方法及系统仅能适用于动车组辅助电源装置支撑电容中。其也可以根据测试场景或测试对象的不同，适用于其他辅助电源装置支撑电容中。避免了现有的技术中把车上的电容拆解下来做耐久性试验，导致存在的障碍是会破坏电容的绝缘、造成后续无法使用的问题。
具体的，参见附图1所示，一种辅助电源支撑电容监测方法，该方法包括：
步骤一、测量支撑电容介质损耗正切值和电容值，包括：使用LCR数字电桥测量支撑电容介质损耗正切值，记为tanδw，其中δw为介质损耗角(弧度制表示)；测量电容值记为C，单位uF；读取支撑电容外观铭牌上的出厂容量，记为C0，单位uF；
具体在实现时，使用LCR数字电桥设备，按接线连接好即可测试，直接获得数据。
步骤二、计算支撑电容容值变化率的修正因子，根据式(1)可计算支撑电容容值变化率的修正因子，记为k1：
采用支撑电容容值变化率的修正因子是考虑到金属化薄膜的“自愈”特性；获得数据后可由编程实现/手动计算。
步骤三：测量支撑电容的绝缘电阻，用绝缘阻抗仪对支撑电容电极与地之间的绝缘电阻进行测量，记为R，单位MΩ；
步骤四：计算支撑电容绝缘失效因子，根据式(2)可计算支撑电容绝缘失效的失效因子，记为k2：
采用支撑电容绝缘失效因子是考虑到电容内部绝缘性能受多种因素影响，如温度、湿度等，选择用绝缘电阻和介质损耗来表征；可编程实现也可手动计算。
步骤五、计算支撑电容的剩余寿命，包括：查看待评估支撑电容初始出厂检验报告，记录待评估支撑电容出厂运行前的预期寿命，记录预期寿命为L(0)，设定其运行时间t(小时)后支撑电容的剩余寿命L(t)，可根据式(3)计算支撑电容的剩余寿命：
其中，η是电容超荷运行下的寿命损耗因子，取为0.00001。
上述计算方式综合考虑了支撑电容的多种电气参数，可全面综合的反映支撑电容的实际情况，并且所需要的电气参数皆为常规测试即可获得。
本发明能够在不破坏支撑电容内部绝缘的条件下准确方便地获知动车组辅助电源装置支撑电容的剩余寿命情况，用于直接计算出电容大概的剩余使用时间。
本公开方案测试是在不工作状态测试，为一个时间节点下测量获得的，多个电容只能分别测试。
本发明综合利用了介质损耗因数、目前/出厂电容值和对地绝缘电阻等电气参数进行支撑电容剩余寿命评估，提高了评估的准确性和可靠性。
本发明不需要考虑动车组辅助电源装置支撑电容的运行电压等级，可以适用于任何一种电压等级下的支撑电容，具有一定的普适性。
实施例二：
基于实施例一的系统，具体为一种辅助电源支撑电容监测系统，包括：
测量单元，用于测量支撑电容介质损耗正切值和电容值；
支撑电容容值变化率的修正因子计算单元，用于基于测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容容值变化率的修正因子；
绝缘电阻测量单元，用于测量支撑电容的绝缘电阻；
支撑电容绝缘失效因子计算单元，用于基于测量支撑电容的绝缘电阻及测量的支撑电容介质损耗正切值和电容值计算支撑电容绝缘失效因子；
监测单元，用于基于支撑电容绝缘失效因子及支撑电容容值变化率的修正因子监测辅助电源支撑电容剩余寿命。
具体实施例中包括软件与硬件两个部分，软件为Matlab2019撰写相关程序；硬件包括LCR数字电桥测量仪和绝缘阻抗仪。
实施例三：
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。