一种桥式整流装置故障的在线检测方法与流程

本发明属于整流装置故障检测领域，具体涉及一种桥式整流装置故障的在线检测方法。

背景技术：

整流桥故障主要包括整流元件的开路故障和短路故障。整流元件短路可引起故障元件所在整流桥电流增大，保护装置动作使故障从系统中切除。整流元件开路后整流装置仍可带故障运行，但直流侧电压谐波含量增加，直流供电质量下降，及时发现故障元件并对其进行处理可尽快恢复直流供电质量。

因此，对整流元件开路故障实施在线检测与定位具有重要意义。

传统沃尔什分析法和基函数法只适用于三相整流电路，对多个整流桥并列运行的多相整流系统不再适用。基于整流元件电压波形分析的特征函数法受输入交流电压波形和整流元件伏安特性行的影响，对于不同的系统需要制定不同的整定值，运用不够灵活。傅里叶分析法对直流电压进行谱分析，运算量大且故障定位困难。综上，现有技术中的大多数故障检测方法都需对系统的电压、电流波形进行复杂的数学计算或模式分析，并受整流方式、并列运行的整流桥个数、输入电压波形等因素的影响，应用范围有限，通用性不强。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种桥式整流装置故障的在线检测方法，便于对桥式整流装置中整流元件的开路故障进行在线检测与定位，其通用性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种桥式整流装置故障的在线检测方法，包括如下步骤：

a采集桥式整流装置交流侧所有相在一个周期内的相电流波形，取第一相的相电流波形，并执行步骤b；

b根据相电流是否为单极性判断与该相相连的整流元件是否存在开路故障：

若该相电流为单极性，表明与该相相连的整流元件存在开路故障，执行步骤c；

若该相电流不是单极性，表明与该相相连的整流元件均正常运行，执行步骤d；

c根据相电流极性进行故障定位：

若该相电流为正向电流，表明与该相相连的下桥臂整流元件开路；

若该相电流为负向电流，表明与该相相连的上桥臂整流元件开路；

若该相电流为零，表明与该相相连的上、下桥臂整流元件均开路；

执行步骤d；

d根据所有相的相电流是否都已进行检测判断本轮检测过程是否结束：

若是，则本轮检测过程结束；

若否，则取下一相的相电流波形，并返回上述步骤b。

优选地，所述步骤a具体为：

采集桥式整流装置交流侧所有相在一个周期内的相电流波形，将采样数据存入矩阵I；

设交流侧的相数为M，一个周期内的采样点数量为N，M为大于等于3的整数，N与设备的采样频率有关；

则I为M×N的矩阵；设各采样点的采样时刻为tⁿ，1≤n≤N，则第m相的相电流在tⁿ时刻的电流值对应矩阵I的第m行第n列元素，表示为1≤m≤M。

优选地，所述步骤b具体为：

计算第m相的相电流一个周期内所有采样点的电流值之和

计算第m相的相电流一个周期内所有采样点电流的绝对值之和

比较|Sm|和λAm的大小，其中，λ为一小于1的系数，用以抵消整流元件反向恢复电流和测量误差的影响；

若|Sm|>λAm，表示该相电流为单极性，表明与该相相连的整流元件存在开路故障；执行步骤c，否则表明与该相相连的整流元件均正常运行，执行步骤d。

优选地，所述步骤c具体为：

根据相电流极性进行故障定位：

若Sm>0，则该相电流为正向电流，表明与该相相连的下桥臂整流元件开路；

若Sm<0，则该相电流为负向电流，表明与该相相连的上桥臂整流元件开路；

若Sm＝0，则该相电流为零，表明与该相相连的上、下桥臂整流元件均开路；

执行步骤d。

优选地，所述步骤d具体为：

判断m的值是否等于M：

若m＝M，则本轮检测过程结束；

若m<M，则将m的值加1，返回步骤b继续进行分析。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明方法仅需对相电流的数据进行简单的数学计算和分析，数据采集量小、处理方法简单。(2)本发明方法不仅适用于三相整流装置，还适用于多个整流桥并列运行的多相整流装置，对输入电压波形、整流元件伏安特性、有无滤波、负载大小等条件无限制，且对多个整流元件故障的情况同样适用。(3)与传统的检测方法相比，本发明方法的通用性更强，运用更加灵活，是一种通用型的桥式整流装置故障检测方法。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种桥式整流装置故障的在线检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例3中桥式整流装置的结构示意图；

图3为本发明实施例3中单个整流元件开路时各相的相电流波形图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：采集整流装置交流侧各相电流，根据相电流是否出现单极性判断整流元件是否存在开路故障，再根据单极性电流的具体极性对故障元件进行定位。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

结合图1所示，一种桥式整流装置故障的在线检测方法，包括如下步骤：

a采集桥式整流装置交流侧所有相在一个周期内的相电流波形，取第一相的相电流波形，并执行步骤b；

b根据相电流是否为单极性判断与该相相连的整流元件是否存在开路故障：

若该相电流为单极性，表明与该相相连的整流元件存在开路故障，执行步骤c；

若该相电流不是单极性，表明与该相相连的整流元件均正常运行，执行步骤d；

c根据相电流极性进行故障定位：

若该相电流为正向电流，表明与该相相连的下桥臂整流元件开路；

若该相电流为负向电流，表明与该相相连的上桥臂整流元件开路；

若该相电流为零，表明与该相相连的上、下桥臂整流元件均开路；

执行步骤d。

d根据所有相的相电流是否都已进行检测判断本轮检测过程是否结束：

若是，则本轮检测过程结束；

若否，则取下一相的相电流波形，并返回上述步骤b。

与以往方法相比，本实施例1中的方法更加简单，通用性更强，运用更加灵活。

此外，本实施例1中的方法不受故障元件个数、并列运行整流桥数量、输入电压波形、整流元件伏安特性、有无滤波、负载大小等条件的限制。

实施例2

本实施例2为对上述实施例1更为具体细致的描述。具体的，

一种桥式整流装置故障的在线检测方法，包括如下步骤：

a采集桥式整流装置交流侧所有相在一个周期内的相电流波形，将采样数据存入矩阵I；

设交流侧的相数为M，一个周期内的采样点数量为N，M为大于等于3的整数，N与设备的采样频率有关；

则I为M×N的矩阵；设各采样点的采样时刻为tⁿ，1≤n≤N，则第m相的相电流在tⁿ时刻的电流值对应矩阵I的第m行第n列元素，表示为1≤m≤M。

例如：第1相的相电流在t¹时刻的采样值对应矩阵I的第1行第1列元素，表示为

b根据相电流是否为单极性判断与该相相连的整流元件是否存在开路故障：

计算第m相的相电流一个周期内所有采样点的电流值之和

计算第m相的相电流一个周期内所有采样点电流的绝对值之和

比较|Sm|和λAm的大小，其中，λ为一小于1的系数，用以抵消整流元件反向恢复电流和测量误差的影响，本实施例2中λ的取值为0.97。

若|Sm|>λAm，表示该相电流为单极性，表明与该相相连的整流元件存在开路故障；执行步骤c，否则表明与该相相连的整流元件均正常运行，执行步骤d。

c根据相电流极性进行故障定位

若Sm>0，则该相电流为正向电流，表明与该相相连的下桥臂整流元件开路；

若Sm<0，则该相电流为负向电流，表明与该相相连的上桥臂整流元件开路；

若Sm＝0，则该相电流为零，表明与该相相连的上、下桥臂整流元件均开路；

执行步骤d。

d根据所有相的相电流是否都已进行检测判断本轮检测过程是否结束：

判断m的值是否等于M：

若m＝M，则本轮检测过程结束；

若m<M，则将m的值加1，返回步骤b继续进行分析。

与以往方法相比，本实施例2中的方法只需检测各相的相电流，数据采集量小；判断相电流极性时仅需对一周期内的采样点数据进行取绝对值和求和计算，处理方法简单。

实施例3

本实施例3针对三相不可控整流桥，如图2所示。该整流桥的交流侧与三相同步发电机相连，直流侧与直流负载相连。

与整流桥相连的三相绕组分别为a相、b相、c相，依此编号为第1相、第2相、第3相。

将各整流元件依次编号：与a相相连的上、下桥臂整流元件分别为D1、D4；与b相相连的上、下桥臂整流元件分别为D2、D5；与c相相连的上、下桥臂整流元件分别为D3、D6。

本实施例3中交流侧的相数M＝3，一个周期内的采样数量N＝200。

整流装置故障类型中以单个整流元件开路最为常见，本实施例3中令D1开路。如图3示出了a、b、c相的相电流波形，取λ＝0.97。

根据实施例2中的方法对所有相的相电流波形进行检测分析，得到表1结果。

表1

由表1结果可以看出，通过对整流桥交流测所有相的相电流进行实时检测，可得到整流桥在当前时刻是否存在开路故障，并对故障元件进行定位。

需要说明的是，当多个整流元件同时出现故障时，以上方法步骤同样适用。另外，上述方法也适用于当多个整流桥并列运行的多相整流装置故障在线检测。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。