一种大功率整流器开关管直通故障快速在线诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大功率整流器开关管直通故障快速在线诊断方法，属于电力电子 装置故障诊断及继电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着大功率整流装置在电力传输、化工、冶金、铁道等行业获得广泛应用，电力电 子设备的故障问题也日渐突出，整流器的故障主要是指整流桥中的开关管发生故障。开关 管自身反向击穿或者是桥臂的绝缘层被破坏等原因，会造成开关管发生短路，导致电流快 速升高、导通压降陡降，严重时将损坏设备，使系统瘫痪；当出现开关管接线不良或者是过 流烧毁等情况，会造成开关管发生开路，可能导致其他开关管电流越限、输出电流电压纹波 变大，影响设备的正常运行，这些都是整流器最常见的故障以及危害。
[0003] 故障一旦发生，如不能及时识别以进行快速处理，轻则造成经济损失，重则危及人 员生命安全。目前，在电力电子装置故障诊断方面已有深入研究，国内外用于诊断整流器故 障的主要方法是：谱分析、字典库诊断方法、模式识别、神经网络等方面的方法。
[0004] 谱分析法是将故障的时域信号提取出来，通常采用傅里叶变化将故障时域信号变 化到频域内进行分析；字典库诊断方法需要进行大量的数值仿真与实验来获得故障值和特 征值，在实际系统中难以实现；神经网络法是具有强推算能力和人工智能模拟能力的方法， 但是其训练样本不易获取、诊断能力不强、网络权值表现形式模糊等缺点导致这种方法的 实际应用范围有限。并且上述几种方法大多数只研究了开路故障诊断，不仅使监测成本增 加，而且不能快速反应故障情况，对保护系统依赖性强，特别是对于一些发展性故障，比如 单管直通故障，如果保护系统拒动，将导致同一侧其他开关管过流烧毁。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种大功率整流器开关管直通故障快速在线诊断方法，用以 解决传统整流器故障诊断方法存在着诸多缺陷的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的方案包括一种整流器开关管直通故障诊断方法，步骤 为：
[0007] 1)、采集当前时刻整流器的实际输出直流电流值和当前时刻整流器的三相输入电 流的瞬时值，根据所述三相输入电流的瞬时值计算当前时刻整流器的理论输出直流电流 值；
[0008] 2)、比较所述实际输出直流电流值与所述理论输出直流电流值，当所述理论输出 直流电流值大于所述实际输出直流电流值的kl倍时，整流器出现开关管直通故障；其中， kl为设定的测量可靠系数。
[0009] 当所述理论输出直流电流值大于所述实际输出直流电流值的kl倍时，计算从当 前时刻开始一个工频周期内的三相输入电流的直流分量，如果其中一个直流分量与其他两 个直流分量的正负不同，则该直流分量对应的相为故障相。
[0010] 当所述故障相对应的直流分量为正时，则该故障相的下桥臂管直通故障，当该故 障相对应的直流分量为负时，则该故障相的上桥臂管直通故障。
[0011] 当所述理论输出直流电流值小于或者等于所述实际输出直流电流值的kl倍时， 计算三相输入电流直流分量瞬时值，然后比较所述三相输入电流直流分量瞬时值中最大的 绝对值与第一设定阈值A1的大小，当所述最大的绝对值大于或者等于所述第一设定阈值A i 时，整流器出现开路故障；
[0012] 其中，kl为设定的测量可靠系数!A1= mXA，m为设定的常数，A为额定工况下一 个开关管的直流分量的大小。
[0013] 当所述最大的绝对值大于或者等于所述第一设定阈值4时，计算从当前时刻开始 一个工频周期内的三相输入电流的直流分量，比较该三个直流分量的绝对值中的最大值和 第二设定阈值A 2的大小，当所述绝对值中的最大值大于或者等于所述第二设定阈值A 2时， 整流器出现单管开路故障，否则，整流器出现单相交流进线开路故障；其中，所述第二设定 阈值A 2= ηΧΑ，η为设定的常数。
[0014] 当所述绝对值中的最大值大于或者等于所述第二设定阈值时，所述绝对值中的最 大值对应的相为故障相。
[0015] 当所述故障相的输入电流对应的直流分量为正时，故障相的下臂管开路；当所述 故障相的输入电流对应的直流分量为负时，故障相的上臂管开路。
[0016] 所述当前时刻整流器的理论输出直流电流值的计算公式为：
[0017] i/ (t 〇) = (I ia (t〇) I +1 ib (t〇) I +1 ic (t〇) I) /2 ；
[0018] 其中，t。为当前时刻，i/ (t。）为当前时刻整流器的理论输出直流电流值，ia(t。)、 ib(t0)和ic(t0)为当前时亥Ij整流器的三相输入电流的瞬时值。
[0019] 所述三相输入电流直流分量瞬时值的计算公式如下：
[0020]
[0021] 其中，t。为当前时刻，ida(t。)、idb(t。）和id e(t。）为三相输入电流直流分量瞬时值， ia (k)为A相第k个采样点的电流，ib (k)为B相第k个采样点的电流，i。(k)为C相第k个 采样点的电流，N为每相采样点的总个数，所述N个采样点是在[tfLt。]这一时间区间内 取得的，T是整流器输入电流的工频周期。
[0022] 所述三相输入电流的直流分量的计算公式分别为：
[0023]
[0024] 其中，t。为当前时刻，ida(tQ+T)、id b(tQ+T)和icUtQ+T)为三相输入电流的直流分 量，T是整流器输入电流的工频周期，i a(k)为A相第K个采样点的电流，ib(k)为B相第K 个采样点的电流，i。(k)为C相第K个采样点的电流，N为每相采样点的总个数，所述N个采 样点是在[t。，tQ+T]这一时间区间内取得的。
[0025] 本发明提供的整流器开关管直通故障诊断方法中，根据在某一时刻的三相输入电 流的瞬时值计算该时刻整流器的理论输出直流值，并和该时刻整流器的实际输出直流值进 行比较，当理论输出直流值大于设定倍数的实际输出直流值时，判定整流器出现开关管直 通的故障。
[0026] 该方法较为简单，没有很复杂的步骤，只需计算两个数据并比较大小即可进行故 障的诊断，相应地，该方法的诊断周期很短，从开始诊断到诊断结束占用的时间很短，也就 是说，在整流器出现故障时，跳闸保护占用的时间很短，能够有效地保护整流器，防止其在 故障状况下长时间投入使用带来的设备损坏的后果。
[0027] 另外，该方法能够诊断出整流器具体的故障类型一一开关管直通故障，所以，该方 法诊断精度高；在后续的维修过程中，能够针对具体的故障采取对应的维修措施，维修的可 靠性高。
【附图说明】
[0028] 图1是整流器开关管直通故障诊断方法实施例1中的整流器结构示意图；
[0029] 图2是整流器开关管直通故障诊断方法实施例1的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0031] 整流器开关管直通故障诊断方法实施例1
[0032] 如图1所示为整流器的结构示意图，该整流器为全桥整流器，分别有三个上桥臂 和三个下桥臂。整流器的输入端为三相交流输入，分别为A相、B相和C相，整流器的三相输 入中，每相输入具有两个桥臂，分为上桥臂和下桥臂，每个桥臂上串接一个晶闸管，所以整 流器总有六个晶闸管。在整流器的三相输入的线路上分别设置有三个电流检测点，在电流 检测点处设置有对应的电流采集装置，在整流器的直流输出的线路上也设置有用于采集直 流电流的电流传感器，输入端的三个电流检测点和输出端的电流采集点都连接诊断装置， 诊断装置根据采集到的输入和输出的电流来判断整流器的故障。
[0033] 设t。时刻为故障判断时刻，如图2所示为整流器故障判断方法的流程图，在进行 故障诊断时：
[0034] 整流器的三相输入线路上的电流采集装置采集三相输入电流在t。时刻的瞬时值 ia(t。）、ib(t。）和Ut0)，并将三个瞬时值输送给诊断装置，同时，整流器输出线路上的电流 采集装置采集输出端在t。时刻的实际直流输出电流i d(t。)，并将id(t。）输送给诊断装置；诊 断装置根据采集到的输入端的瞬时值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] 计算得出整流器的理论输出电流i/ (t。)，判断i/ (t。）与hXiJt。）的大小， 其中，h为根据实际情况设定的一个测量可靠系数，取值范围为[1，2]:
[0037] 当i/ (t^kiXiZt。）时，判定整流器出现晶闸管直通故障；然后，从t。时亥Ij开 始到该时刻在下一个工频周期对应的时刻，即t(j+20ms时刻，以[t。，t(j+20ms]的数据窗计算 三相输入电流在一个周期内的直流分量id a(tQ+20ms)、idb(tQ+20ms)及idJv^Oms)，计算 公式如下：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 其中，ia(k)为A相第K个采样点的电流，ib(k)为B相第K个采样点的电流，Uk) 为C相第K个采样点的电流，N为每相采样点的总个数，该N个采样点是在[t。，h+T]这一 时间区间内取得的。
[0042] 然后，判断三相输入电流的直流分量ida(tQ+20ms)、id b(tQ+20ms)及idc(tQ+20ms) 三者之间的正负关系，如果其中有一个直流分量与其他两个直流分量的正负不同，那么，该 直流分量对应的相为故障相，另外，当判断出的故障相对应的直流分量为正时，该故障相 的下臂管直通故障，当该故障相对应的直流分量为负时，该故障相的上臂管直通故障。例 如：判断直流分量id a(tQ+20ms)、idb(tQ+20ms)及id c(tQ+20ms)三者之间的正负关系，如果 idb(tQ+20ms)为正，ida(tQ+20ms)和id c(tQ+20ms)为负，那么，B相为故障相，B相的下臂管 直通故障。
[0043] 当i/ (t。）彡kiXiJt。）时，判定整流器未出现晶闸管直通故障；然后计算三相 输入电流直流分量瞬时值ida(t。)、id b(t。）和idjt。)，计算公式如下：
[0044]
[0045] 其中，t。为当前时刻，ia(k)为A相第k个采样点的电流，ib(k)为B相第k个采 样点的电流，i。(k)为C相第k个采样点的电流，