一种工业控制电容状态监测预警系统的制作方法

本发明涉及工业控制，具体为一种工业控制电容状态监测预警系统。

背景技术：

1、工业控制电容是工业控制电路中的关键元器件，广泛应用于无功功率补偿、电压滤波稳压及能量存储环节，其运行状态的稳定性直接决定工业控制设备的工作效率和安全性能。工业控制场景中，电容长期处于复杂的电磁环境和连续工作状态，受电应力、温度变化、电磁干扰等因素影响，易出现内部介质老化、电极接触不良等隐性性能退化问题，这类问题初期无明显外在故障特征，却会逐步发展为电容击穿、短路等严重故障，因此对工业控制电容开展精准的状态监测与预警是工业生产的重要保障。

2、公开号为cn117310427b的发明专利，一种故障检测方法及高压电容器组单元在线监测系统，提出将电容器组分为测试组与非测试组，通过非测试组对测试组充电，采集测试电容的充电电压、温度、噪声曲线并分析实现故障检测，该方案借助电容组内部互充完成自检，无需额外外接测试电源，在电容故障检测中形成了特有的实现路径。

3、现有电容监测技术包括上述专利方案，均是在电容完成充电动作后，对采集到的电压、温度、噪声等参数曲线进行静态分析，未考虑工业控制电容充电过程中参数的动态变化规律与电容内部隐性性能退化的关联，仅通过静态曲线的特征比对判断电容状态，无法捕捉到充电过程中参数微变所反映的内部隐性退化问题，只能在电容出现明显故障特征后才能完成检测，丧失了对故障前兆的预判时机，无法实现对工业控制电容隐性性能退化的提前识别和预警。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种工业控制电容状态监测预警系统，解决了现有技术无法识别电容隐性退化、缺乏故障前兆预判能力的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种工业控制电容状态监测预警系统，包括：

3、充电时序控制模块，连接于工业控制电容组的供电回路，用于控制电容充电全时序过程并发送同步采集触发信号；

4、动态参数采集模块，与所述充电时序控制模块电性连接，采集端分别贴合工业控制电容的正负极柱、壳体及供电回路，用于接收所述同步采集触发信号并执行充电全流程参数采集；

5、微变特征提取模块，与所述动态参数采集模块电性连接，用于对接收的动态参数进行微变特征提取；

6、干扰特征剔除模块，与所述微变特征提取模块电性连接，用于对提取的微变特征进行干扰筛除及特征修复；

7、退化关联分析模块，分别与所述干扰特征剔除模块、充电时序控制模块电性连接，用于结合充电时序对修复后的微变特征进行隐性退化关联分析；

8、退化趋势预判模块，与所述退化关联分析模块电性连接，用于根据关联分析结果执行退化趋势的动态预判；

9、分级预警模块，与所述退化趋势预判模块电性连接，用于根据趋势预判结果执行分级预警动作。

10、进一步地，所述充电时序控制模块根据工业控制电容的额定充电参数，将电容充电全流程划分为充电初期、充电中期、充电后期以及充电稳态四个阶段；

11、所述充电时序控制模块针对所述四个阶段的充电特性设定差异化的时间节点及电压变化阈值，并在每个阶段的启动时刻及节点切换时刻，向所述动态参数采集模块发送同步采集触发信号，使充电时序与参数采集保持毫秒级同步。

12、进一步地，所述动态参数采集模块采集的参数包括正负极柱电压、正负极柱温度、壳体振动噪声以及供电回路微电流；

13、所述动态参数采集模块的采集频率随充电阶段进行动态调整，在参数变化速率处于预设高位区间的充电初期以及充电后期，所述采集频率调整至最高预设值，在充电中期以及充电稳态阶段，根据参数变化特性降低所述采集频率。

14、进一步地，所述微变特征提取模块对接收到的多维度连续动态参数数据进行逐阶段处理，首先对各阶段的参数数据进行时间轴对齐，随后分别计算各充电阶段内正负极柱电压的微升速率、正负极柱温度的微差变化值、壳体振动噪声的微频偏移量、供电回路微电流的微幅波动值，并提取各参数在阶段切换时的突变特征值，形成由四类连续微变特征以及一类阶段突变特征组成的微变特征集。

15、进一步地，所述干扰特征剔除模块内置工业控制场景下的电容参数干扰特征库，所述电容参数干扰特征库中存储有电磁干扰特征、电网电压波动特征以及环境温度变化特征；

16、所述干扰特征剔除模块将提取的微变特征集与所述电容参数干扰特征库进行实时比对，通过特征规律匹配识别出微变特征集中的干扰特征成分，并采用最小二乘法对剔除干扰后的微变特征进行修复补全，获取纯净的有效微变特征集。

17、进一步地，所述退化关联分析模块内置工业控制电容全生命周期的隐性退化关联判定模型，所述隐性退化关联判定模型涵盖电容内部介质老化、电极接触不良以及内部绝缘层微破损的退化类型发展规律，并建立所述四个阶段中有效微变特征集各特征值与退化类型、退化初始程度的对应关系；

18、所述退化关联分析模块将修复后的有效微变特征集结合充电时序的阶段划分，逐个特征代入所述隐性退化关联判定模型进行匹配，识别出电容是否存在隐性性能退化、具体的退化类型以及当前的退化初始程度。

19、进一步地，所述退化趋势预判模块基于退化关联分析模块得出的退化类型和初始程度，结合所述退化类型的固有发展规律，并接入电容的历史运行监测数据以及当前工业控制场景的工作环境参数，通过线性回归推演法计算隐性退化在运行条件下的发展速率，从而预判出电容从当前退化状态发展至故障状态的时间周期，并生成退化趋势曲线。

20、进一步地，所述分级预警模块建立有与退化类型、退化发展速率以及故障预判时间周期相匹配的四级预警机制；

21、对于无隐性退化的电容，保持常规监测待机状态并更新运行数据；

22、对于轻度隐性退化且故障预判时间周期大于第一阈值的电容，发出一级预警并标注退化类型以提醒增加监测频次；

23、对于中度隐性退化且故障预判时间周期处于第一阈值与第二阈值之间的电容，发出二级预警并推送巡检维护建议；

24、对于重度隐性退化且故障预判时间周期小于第二阈值的电容，发出三级预警以提醒执行停机检修作业。

25、进一步地，所述动态参数采集模块的电压采集端与电流采集端通过导线与电容的正负极柱及供电回路电性连接，所述动态参数采集模块的温度传感器以及振动位移传感器分别通过导热绝缘介质以及硬性接触结构贴合于电容的正负极柱表面以及壳体表面。

26、进一步地，所述分级预警模块与工业控制总控平台通讯连接，用于将所述分级预警模块生成的预警信息、退化数据以及退化趋势预判模块生成的趋势曲线同步至所述工业控制总控平台，以实现预警信息的数据交互以及集中管控。

27、相比现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过对电容充电全时序进行阶段化精准控制，实现参数采集与充电过程的毫秒级同步，打破现有技术仅对充电完成后静态参数分析的局限，精准捕捉充电过程中参数微变反映的内部隐性退化特征；结合工业场景构建干扰特征库并完成干扰剔除与特征修复，保障特征数据的真实性，依托全生命周期隐性退化关联判定模型，结合充电时序实现对电容隐性退化类型、初始程度的精准早期识别，解决了现有技术无法捕捉隐性退化问题、仅能在出现明显故障后检测的缺陷；通过线性回归推演法结合历史数据与环境参数预判退化趋势和故障周期，搭配与退化状态匹配的四级预警机制并实现与工业总控平台的集中管控，实现对电容隐性性能退化的提前预警与差异化管控，有效把握故障前兆预判时机，同时提升工业控制电容状态监测的精准性与预判性，保障工业控制设备运行的稳定性和安全性。