一種大功率整流器開路故障快速在線診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大功率整流器開路故障快速在線診斷方法，屬于電力電子裝置故 障診斷及繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大功率整流裝置在電力傳輸、化工、冶金、鐵道等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，電力電 子設(shè)備的故障問題也日漸突出，整流器的故障主要是指整流橋中的開關(guān)管發(fā)生故障。開關(guān) 管自身反向擊穿或者是橋臂的絕緣層被破壞等原因，會造成開關(guān)管發(fā)生短路，導(dǎo)致電流快 速升高、導(dǎo)通壓降陡降，嚴(yán)重時將損壞設(shè)備，使系統(tǒng)癱瘓；當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)管接線不良或者是過 流燒毀等情況，會造成開關(guān)管發(fā)生開路，可能導(dǎo)致其他開關(guān)管電流越限、輸出電流電壓紋波 變大，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，這些都是整流器最常見的故障以及危害。
[0003] 故障一旦發(fā)生，如不能及時識別以進(jìn)行快速處理，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則危及人 員生命安全。目前，在電力電子裝置故障判斷方面已有深入研究，國內(nèi)外用于判斷整流器故 障的主要方法是：譜分析、字典庫診斷方法、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面的方法。
[0004] 譜分析法是將故障的時域信號提取出來，通常采用傅里葉變化將故障時域信號變 化到頻域內(nèi)進(jìn)行分析；字典庫診斷方法需要進(jìn)行大量的數(shù)值仿真與實(shí)驗來獲得故障值和特 征值，在實(shí)際系統(tǒng)中難以實(shí)現(xiàn)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是具有強(qiáng)推算能力和人工智能模擬能力的方法， 但是其訓(xùn)練樣本不易獲取、診斷能力不強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)權(quán)值表現(xiàn)形式模糊等缺點(diǎn)導(dǎo)致這種方法的 實(shí)際應(yīng)用范圍有限。并且上述幾種方法大多數(shù)只研究了開路故障診斷，不僅使監(jiān)測成本增 加，而且不能快速反應(yīng)故障情況，對保護(hù)系統(tǒng)依賴性強(qiáng)，特別是對于一些發(fā)展性故障，比如 單管直通故障，如果保護(hù)系統(tǒng)拒動，將導(dǎo)致同一側(cè)其他開關(guān)管過流燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種大功率整流器開路故障快速在線診斷方法，用以解決傳 統(tǒng)整流器故障判斷方法存在著諸多缺陷的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種整流器開路故障診斷方法，所述故障判 斷方法的步驟為：
[0007] 1)、采集當(dāng)前時刻整流器的實(shí)際輸出直流電流值和當(dāng)前時刻整流器的三相輸入電 流的瞬時值，根據(jù)所述三相輸入電流的瞬時值計算當(dāng)前時刻整流器的理論輸出直流電流 值；
[0008] 2)、比較所述實(shí)際輸出直流電流值與所述理論輸出直流電流值，當(dāng)所述理論輸出 直流電流值小于或者等于所述實(shí)際輸出直流電流值的kl倍時，計算三相輸入電流直流分 量瞬時值，然后比較所述三相輸入電流直流分量瞬時值中最大的絕對值與第一設(shè)定閾值 A1的大小，當(dāng)所述最大的絕對值大于或者等于所述第一設(shè)定閾值A(chǔ) ^寸，整流器出現(xiàn)開路故 障；
[0009] 其中，kl為設(shè)定的測量可靠系數(shù)！A1= mXA，m為設(shè)定的常數(shù)，A為額定工況下一 個開關(guān)管的直流分量的大小。
[0010] 當(dāng)所述最大的絕對值大于或者等于所述第一設(shè)定閾值4時，計算從當(dāng)前時刻開始 一個工頻周期內(nèi)的三相輸入電流的直流分量，比較該三個直流分量的絕對值中的最大值和 第二設(shè)定閾值A(chǔ)2的大小，當(dāng)所述絕對值中的最大值大于或者等于所述第二設(shè)定閾值A(chǔ) 2時， 整流器出現(xiàn)單管開路故障，否則，整流器出現(xiàn)單相交流進(jìn)線開路故障；其中，所述第二設(shè)定 閾值A(chǔ) 2= ηΧΑ，η為設(shè)定的常數(shù)。
[0011]當(dāng)所述絕對值中的最大值大于或者等于所述第二設(shè)定閾值時，所述絕對值中的最 大值對應(yīng)的相為故障相。
[0012] 當(dāng)所述故障相的輸入電流對應(yīng)的直流分量為正時，故障相的下臂管開路；當(dāng)所述 故障相的輸入電流對應(yīng)的直流分量為負(fù)時，故障相的上臂管開路。
[0013] 當(dāng)整流器出現(xiàn)單相交流進(jìn)線開路故障時，計算三相基波幅值IM、Inib及I "。，計算公 式如下：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] t。為當(dāng)前時刻，T是整流器輸入電流的工頻周期，i a(k)為A相第K個采樣點(diǎn)的電 流，ib (k)為B相第K個采樣點(diǎn)的電流，i。(k)為C相第K個采樣點(diǎn)的電流，N為每相采樣點(diǎn) 的總個數(shù)，所述N個采樣點(diǎn)是在[t。，h+T]這一時間區(qū)間內(nèi)取得的；
[0018] 設(shè)故障相幅值為 Img，那么，Img= min (I ma，Imb，I1J。
[0019] 當(dāng)所述理論輸出直流電流值大于所述實(shí)際輸出直流電流值的kl倍時，整流器出 現(xiàn)開關(guān)管直通故障。
[0020] 當(dāng)所述理論輸出直流電流值大于所述實(shí)際輸出直流電流值的kl倍時，計算從當(dāng) 前時刻開始一個工頻周期內(nèi)的三相輸入電流的直流分量，如果其中一個直流分量與其他兩 個直流分量的正負(fù)不同，則該直流分量對應(yīng)的相為故障相。
[0021] 所述當(dāng)前時刻整流器的理論輸出直流電流值的計算公式為：
[0022] i/ (t 〇) = (I ia (t〇) I +1 ib (t〇) I +1 ic (t〇) |) /2 ；
[0023] 其中，t。為當(dāng)前時刻，i/ (t。）為當(dāng)前時刻整流器的理論輸出直流電流值，ia(t。）、 ib(t0)和Ut0)為當(dāng)前時亥Ij整流器的三相輸入電流的瞬時值；
[0024] 所述三相輸入電流直流分量瞬時值的計算公式如下：
[0025]
[0026] 其中，t。為當(dāng)前時刻，ida(t。)、idb(t。）和id e(t。）為三相輸入電流直流分量瞬時值， ia (k)為A相第k個采樣點(diǎn)的電流，ib (k)為B相第k個采樣點(diǎn)的電流，i。(k)為C相第k個 采樣點(diǎn)的電流，N為每相采樣點(diǎn)的總個數(shù)，所述N個采樣點(diǎn)是在[tfLt。]這一時間區(qū)間內(nèi) 取得的，T是整流器輸入電流的工頻周期。
[0027] 所述三相輸入電流的直流分量的計算公式分別為：
[0028]
[0029] 其中，t。為當(dāng)前時刻，ida(tQ+T)、id b(tQ+T)和icUtQ+T)為三相輸入電流的直流分 量，T是整流器輸入電流的工頻周期，i a(k)為A相第K個采樣點(diǎn)的電流，ib(k)為B相第K 個采樣點(diǎn)的電流，i。(k)為C相第K個采樣點(diǎn)的電流，N為每相采樣點(diǎn)的總個數(shù)，所述N個采 樣點(diǎn)是在[t。，tQ+T]這一時間區(qū)間內(nèi)取得的。
[0030] 所述 m 為 0.25, η 為 0.5。
[0031] 本發(fā)明提供的整流器開路故障診斷方法中，根據(jù)在某一時刻的三相輸入電流的瞬 時值計算該時刻整流器的理論輸出直流值，并和該時刻整流器的實(shí)際輸出直流值進(jìn)行比 較，當(dāng)理論輸出直流值小于或者等于設(shè)定倍數(shù)的實(shí)際輸出直流值、且滿足其他的判定條件 時，判定整流器出現(xiàn)開路故障。
[0032] 該方法較為簡單，沒有很復(fù)雜的步驟，即可進(jìn)行故障的判斷，相應(yīng)地，該方法的故 障判斷所用的周期很短，從開始判斷到結(jié)束占用的時間很短，也就是說，在整流器出現(xiàn)故障 時，跳閘保護(hù)占用的時間很短，能夠有效地保護(hù)整流器，防止其在故障狀況下長時間投入使 用帶來的設(shè)備損壞的后果。
[0033] 另外，該方法能夠判斷出整流器具體的故障類型一一開路故障，所以，該方法診斷 精度高；在后續(xù)的維修過程中，能夠針對具體的故障采取對應(yīng)的維修措施，維修的可靠性 尚。
【附圖說明】
[0034] 圖1是整流器開路故障診斷方法實(shí)施例1中的整流器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是整流器開路故障診斷方法實(shí)施例1的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0037] 整流器開路故障診斷方法實(shí)施例1
[0038] 如圖1所示為整流器的結(jié)構(gòu)示意圖，該整流器為全橋整流器，分別有三個上橋臂 和三個下橋臂。整流器的輸入端為三相交流輸入，分別為A相、B相和C相，整流器的三相輸 入中，每相輸入具有兩個橋臂，分為上橋臂和下橋臂，每個橋臂上串接一個晶閘管，所以整 流器總有六個晶閘管。在整流器的三相輸入的線路上分別設(shè)置有三個電流檢測點(diǎn)，在電流 檢測點(diǎn)處設(shè)置有對應(yīng)的電流采集裝置，在整流器的直流輸出的線路上也設(shè)置有用于采集直 流電流的電流傳感器，輸入端的三個電流檢測點(diǎn)和輸出端的電流采集點(diǎn)都連接診斷裝置， 診斷裝置根據(jù)采集到的輸入和輸出的電流來判斷整流器的故障。
[0039] 設(shè)t。時刻為故障判斷時刻，如圖2所示為整流器故障判斷方法的流程圖，在進(jìn)行 故障判斷時：
[0040] 整流器的三相輸入線路上的電流采集裝置采集三相輸入電流在t。時刻的瞬時值 ia(t。）、ib(t。）和Ut0)，并將三個瞬時值輸送給診斷裝置，同時，整流器輸出線路上的電流 采集裝置采集輸出端在t。時刻的實(shí)際直流輸出電流i d(t。)，并將id(t。）輸送給診斷裝置；診 斷裝置根據(jù)采集到的輸入端的瞬時值i a(t。)、ib(t。）和L(t。）利用公式：
[0041] i/ (t 〇) = (I ia (t〇) I +1 ib (t〇) I +1 ic (t〇) I) /2
[0042] 計算得出整流器的理論輸出電流i/ (t。)，判斷i/ (t。）與hXiJt。）的大小， 其中，h為根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定的一個測量可靠系數(shù)，取值范圍為[1，2]:
[0043] 當(dāng)i/ 時，判定整流器出現(xiàn)晶閘管直通故障；然后，從t。時亥Ij開
始到該時刻在下一個工頻周期對應(yīng)的時刻，即t(j+20ms時刻，以[t。，t(j+20ms]的數(shù)據(jù)窗計算 三相輸入電流在一個周期內(nèi)的直流分量ida(tQ+20ms)、idb(t Q+20ms)及idJv^Oms)，計算 公式如T ·
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 其中，ia(k)為A相第K個采樣點(diǎn)的電流，ib(k)為B相第K個采樣點(diǎn)的電流，i c(k) 為C相第K個采樣點(diǎn)的電流，N為每相采樣點(diǎn)的總個數(shù)，該N個采樣點(diǎn)是在[t。，h+T]這一 時間區(qū)間內(nèi)取得的。
[0048] 然后，判斷三相輸入電流的直流分量ida(tQ+20ms)、id b(tQ+20ms)及idc(tQ+20ms) 三者之間的正負(fù)關(guān)系，如果其中有一個直流分量與其他兩個直流分量的正負(fù)不同，那么，該 直流分量對應(yīng)的相為故障相，另外，當(dāng)判斷出的故障相對應(yīng)的直流分量為正時，該故障相 的下臂管直通故障，當(dāng)該故障相對應(yīng)的直流分量為負(fù)時，該故障相的上臂管直通故障。例 如：判斷直流分量id a(tQ+20ms)、idb(tQ+20ms)及id c(tQ+20ms)三者之間的正負(fù)關(guān)系，如果 idb(tQ+20ms)為正，ida(tQ+20ms)和id c(tQ+20ms)為負(fù)，那么，B相為故障相，B相的下臂管 直通故障。
[0049] 當(dāng)i/ (t。）彡kiXiJt。）時，判定整流器未出現(xiàn)晶閘管直通故障；然后計算三相 輸入電流直流分量瞬時值ida(t。)、id b(t。）和idjt。)，計算公式如下：
[0050]
[0051] 其中，t。為當(dāng)前時刻，ia(k)