地铁辅助逆变器滤波电路软故障分析

2015-06-29王嵘

四川水泥 2015年8期

关键词：截止频率电感谐波

王嵘

（南京地铁运营有限责任公司，江苏南京 210012）

地铁辅助逆变器滤波电路软故障分析

王嵘

（南京地铁运营有限责任公司，江苏南京 210012）

文章首先介绍了地铁辅助逆变器滤波电路软故障诊断存在的难度，然后对构建滤波电路软故障仿真模型的相关数据进行了分析，最后对仿真模型的结果进行了介绍与探讨，在有关辅助逆变器滤波电路软故障的诊断处理方面有参考价值。

地铁；辅助逆变器；滤波电路；软故障

在地铁电力系统中，设置辅助逆变器的主要功能是为地铁列车运行中辅助用电设备提供充足的交流-直流电源支持。辅助逆变器运行过程当中所面向的主要负荷对象为通风机、空调机组，均为380V交流负载。由于辅助逆变器滤波电路软故障无法直接通过目测或直流电阻测量的方法进行诊断，因此必须依靠大量数据为故障诊断提供支持。

1 地铁辅助逆变器滤波电路软故障诊断难度

以辅助逆变器LC滤波器电感为例，电感开路或短路通常可以通过工作人员直观目测或者是基于直流电阻测量的方式进行准确的故障判断。然而，针对铁芯层间绝缘损坏、匝间短路、以及介质损耗等故障而言，这些故障作为滤波电路中常见的软故障，故障现象比较隐蔽，往往只能够根据经验进行判断，没有真实数据作为支撑，给故障检修带来了非常大的难度。为了提高对这部分软故障的检修精确性，就必须从认识辅助逆变器滤波电路软故障特性的角度入手，为故障检修提供可靠的数据支持。

2 地铁辅助逆变器滤波电路软故障仿真模型

地铁辅助逆变器滤波电路软故障仿真应用 Matlab/Sinulink模型进行仿真，LC滤波器软故障仿真中相关参数根据实际电路参数取值，其中：直流电源电压取值为650V，1GBT逆变桥所对应载波频率取值为6.0kHz，逆变器输出端所对应滤波电感取值为0.25mH，电阻取值为2.0m，滤波电容设置为3*78.0us电容，经过0.5uF单位电容做接地处理，负载装置选择纯电阻，电阻取值为6.2Ω。系统仿真分析过程中，仿真算法为ode23s，仿真算法采样时间为5.0us，系统仿真反应时间为0.12s，监测标量包括负载侧线电压以及相电压。

3 地铁辅助逆变器滤波电路软故障仿真结果

在对地铁辅助逆变器滤波电路软故障进行分析的过程当中，元件参数正常取值属于已知状态（如下表1所示），故障诊断的主要任务是评估相关元件参数的实际取值与正常取值之间是否存在偏差，以及两者的偏差是否在合理范围之内。为了方便分析，在仿真研究中的可以首先考虑辅助逆变器滤波电路电感值减少的工况，假定辅助斌便器单相电感与两相电感发生软故障。对于地铁辅助逆变器而言，由于滤波电路中所存在的故障信息关键点信号具有周期性特征，因此，需要将是与信息转换至频域当中，然后通过抽取故障特征的方式，实现对软故障的诊断。

表1：辅助逆变器单相电感下降不同比例对应软故障示意表

下表（如表2）所示即为辅助逆变器单相电感下降至正常值1/2、1/4以及1/8状态时所对应的软故障情况，下表（见表3）所示则为辅助逆变器两相电感下降至正常值1/2、1/4以及1/8状态时所对应的软故障情况。

表2：辅助逆变器单相电感下降不同比例对应软故障示意表

表3：辅助逆变器两相电感下降不同比例对应软故障示意表

根据地铁辅助逆变器三相LC滤波电路参数取值情况，在不考虑电感电阻以及线路阻抗水平的条件下，滤波器输出电压相对于逆变桥输出电压之间有一定的函数关系，在此基础之上可以将振荡环节中的截止频率代入仿真参数中，根据这种方式可以得到辅助逆变器LC滤波电路在正常运行状态下所对应的截止频率参数，取值为1140.0Hz。根据振荡环节的特性，高于该截止频率的频段会发生非常显著的衰减，衰竭速度为-40.0dB，因此，对于10倍于截止频率的成分，衰减速度非常快。

当辅助逆变器滤波电路电感值下降至 1/2*正常值时，截止频率取值为1612.0Hz；当辅助逆变器滤波电路电感值下降至 1/4*正常值时，截止频率取值为2280.0Hz；当辅助逆变器滤波电路电感值下降至 1/8*正常值时，截止频率取值为3225.0Hz。从表2～表3中的数据来看，在辅助逆变器滤波电路发生软故障时，故障相电压谐波失真有非常明显的增大趋势，并且谐波失真伴随电感故障程度的增加也有正向增加的关系。即便是对于单相故障而言，在2000.0Hz频率范围内，故障相所对应的电压谐波失真也在5.0%以上。同时，非故障相电压谐波失真也有一定增加趋势，但不如故障相明显，说明非故障相受故障相的影响较小。而在两相故障条件下，由于各个故障相的影响相互作用，因此在各自截止频率附近频段内，电压谐波失真取值均在5.0%以上，并且对非故障相也有非常大的影响。