一種大功率整流器開關管直通故障快速在線診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種大功率整流器開關管直通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技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著大功率整流裝置在電力傳輸、化工、冶金、鐵道等行業獲得廣泛應用，電力電 子設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管發生故障。開關 管自身反向擊穿或者是橋臂的絕緣層被破壞等原因，會造成開關管發生短路，導致電流快 速升高、導通壓降陡降，嚴重時將損壞設備，使系統癱瘓；當出現開關管接線不良或者是過 流燒毀等情況，會造成開關管發生開路，可能導致其他開關管電流越限、輸出電流電壓紋波 變大，影響設備的正常運行，這些都是整流器最常見的故障以及危害。
[0003] 故障一旦發生，如不能及時識別以進行快速處理，輕則造成經濟損失，重則危及人 員生命安全。目前，在電力電子裝置故障診斷方面已有深入研究，國內外用于診斷整流器故 障的主要方法是：譜分析、字典庫診斷方法、模式識別、神經網絡等方面的方法。
[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 化到頻域內進行分析；字典庫診斷方法需要進行大量的數值仿真與實驗來獲得故障值和特 征值，在實際系統中難以實現；神經網絡法是具有強推算能力和人工智能模擬能力的方法， 但是其訓練樣本不易獲取、診斷能力不強、網絡權值表現形式模糊等缺點導致這種方法的 實際應用范圍有限。并且上述幾種方法大多數只研究了開路故障診斷，不僅使監測成本增 加，而且不能快速反應故障情況，對保護系統依賴性強，特別是對于一些發展性故障，比如 單管直通故障，如果保護系統拒動，將導致同一側其他開關管過流燒毀。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種大功率整流器開關管直通故障快速在線診斷方法，用以 解決傳統整流器故障診斷方法存在著諸多缺陷的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明的方案包括一種整流器開關管直通故障診斷方法，步驟 為：
[0007] 1)、采集當前時刻整流器的實際輸出直流電流值和當前時刻整流器的三相輸入電 流的瞬時值，根據所述三相輸入電流的瞬時值計算當前時刻整流器的理論輸出直流電流 值；
[0008] 2)、比較所述實際輸出直流電流值與所述理論輸出直流電流值，當所述理論輸出 直流電流值大于所述實際輸出直流電流值的kl倍時，整流器出現開關管直通故障；其中， kl為設定的測量可靠系數。
[0009] 當所述理論輸出直流電流值大于所述實際輸出直流電流值的kl倍時，計算從當 前時刻開始一個工頻周期內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 個直流分量的正負不同，則該直流分量對應的相為故障相。
[0010] 當所述故障相對應的直流分量為正時，則該故障相的下橋臂管直通故障，當該故 障相對應的直流分量為負時，則該故障相的上橋臂管直通故障。
[0011] 當所述理論輸出直流電流值小于或者等于所述實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 絕對值與第一設定閾值A1的大小，當所述最大的絕對值大于或者等于所述第一設定閾值A i 時，整流器出現開路故障；
[0012] 其中，kl為設定的測量可靠系數!A1= mXA，m為設定的常數，A為額定工況下一 個開關管的直流分量的大小。
[0013] 當所述最大的絕對值大于或者等于所述第一設定閾值4時，計算從當前時刻開始 一個工頻周期內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 第二設定閾值A 2的大小，當所述絕對值中的最大值大于或者等于所述第二設定閾值A 2時， 整流器出現單管開路故障，否則，整流器出現單相交流進線開路故障；其中，所述第二設定 閾值A 2= ηΧΑ，η為設定的常數。
[0014] 當所述絕對值中的最大值大于或者等于所述第二設定閾值時，所述絕對值中的最 大值對應的相為故障相。
[0015] 當所述故障相的輸入電流對應的直流分量為正時，故障相的下臂管開路；當所述 故障相的輸入電流對應的直流分量為負時，故障相的上臂管開路。
[0016] 所述當前時刻整流器的理論輸出直流電流值的計算公式為：
[0017] i/ (t 〇) = (I ia (t〇) I +1 ib (t〇) I +1 ic (t〇) I) /2 ；
[0018] 其中，t。為當前時刻，i/ (t。）為當前時刻整流器的理論輸出直流電流值，ia(t。)、 ib(t0)和ic(t0)為當前時亥Ij整流器的三相輸入電流的瞬時值。
[0019] 所述三相輸入電流直流分量瞬時值的計算公式如下：
[0020]
[0021] 其中，t。為當前時刻，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個采樣點的電流，ib (k)為B相第k個采樣點的電流，i。(k)為C相第k個 采樣點的電流，N為每相采樣點的總個數，所述N個采樣點是在[tfLt。]這一時間區間內 取得的，T是整流器輸入電流的工頻周期。
[0022] 所述三相輸入電流的直流分量的計算公式分別為：
[0023]
[0024] 其中，t。為當前時刻，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個采樣點的電流，ib(k)為B相第K 個采樣點的電流，i。(k)為C相第K個采樣點的電流，N為每相采樣點的總個數，所述N個采 樣點是在[t。，tQ+T]這一時間區間內取得的。
[0025] 本發明提供的整流器開關管直通故障診斷方法中，根據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際輸出直流值進 行比較，當理論輸出直流值大于設定倍數的實際輸出直流值時，判定整流器出現開關管直 通的故障。
[0026] 該方法較為簡單，沒有很復雜的步驟，只需計算兩個數據并比較大小即可進行故 障的診斷，相應地，該方法的診斷周期很短，從開始診斷到診斷結束占用的時間很短，也就 是說，在整流器出現故障時，跳閘保護占用的時間很短，能夠有效地保護整流器，防止其在 故障狀況下長時間投入使用帶來的設備損壞的后果。
[0027] 另外，該方法能夠診斷出整流器具體的故障類型一一開關管直通故障，所以，該方 法診斷精度高；在后續的維修過程中，能夠針對具體的故障采取對應的維修措施，維修的可 靠性高。
【附圖說明】
[0028] 圖1是整流器開關管直通故障診斷方法實施例1中的整流器結構示意圖；
[0029] 圖2是整流器開關管直通故障診斷方法實施例1的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0031] 整流器開關管直通故障診斷方法實施例1
[0032] 如圖1所示為整流器的結構示意圖，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置有三個電流檢測點，在電流 檢測點處設置有對應的電流采集裝置，在整流器的直流輸出的線路上也設置有用于采集直 流電流的電流傳感器，輸入端的三個電流檢測點和輸出端的電流采集點都連接診斷裝置， 診斷裝置根據采集到的輸入和輸出的電流來判斷整流器的故障。
[0033] 設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，在進行 故障診斷時：
[0034] 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 斷裝置根據采集到的輸入端的瞬時值i a(t。)、ib(t。）和L(t。）利用公式：
[0035] i/ (t 〇) = (I ia (t〇) I +1 ib (t〇) I +1 ic (t〇) |) /2
[0036] 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為根據實際情況設定的一個測量可靠系數，取值范圍為[1，2]:
[0037] 當i/ (t^kiXiZt。）時，判定整流器出現晶閘管直通故障；然后，從t。時亥Ij開 始到該時刻在下一個工頻周期對應的時刻，即t(j+20ms時刻，以[t。，t(j+20ms]的數據窗計算 三相輸入電流在一個周期內的直流分量id a(tQ+20ms)、idb(tQ+20ms)及idJv^Oms)，計算 公式如下：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 其中，ia(k)為A相第K個采樣點的電流，ib(k)為B相第K個采樣點的電流，Uk) 為C相第K個采樣點的電流，N為每相采樣點的總個數，該N個采樣點是在[t。，h+T]這一 時間區間內取得的。
[0042] 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) 三者之間的正負關系，如果其中有一個直流分量與其他兩個直流分量的正負不同，那么，該 直流分量對應的相為故障相，另外，當判斷出的故障相對應的直流分量為正時，該故障相 的下臂管直通故障，當該故障相對應的直流分量為負時，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)三者之間的正負關系，如果 idb(tQ+20ms)為正，ida(tQ+20ms)和id c(tQ+20ms)為負，那么，B相為故障相，B相的下臂管 直通故障。
[0043] 當i/ (t。）彡kiXiJt。）時，判定整流器未出現晶閘管直通故障；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：
[0044]
[0045] 其中，t。為當前時刻，ia(k)為A相第k個采樣點的電流，ib(k)為B相第k個采 樣點的電流，i。(k)為C相第k個采樣點的電流，