利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法.pdf

第４４卷第２２期２０１６年¨月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０Ｉ．４４ＮＯ－２２ＮＯＶ．１６，２０１６Ｄ０Ｉ：１０．７６６７／ＰＳＰＣ１５１８３０利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法刘星，姜睿智，宋国兵２王小波２刘佩瑶，李端祯，杨远航（１．许继电气股份有限公司，河南许昌４６１０００；２．西安交通大学电气工程学院，陕西西安７１００４９）摘要：针对大功率整流装置单管直通、开路及单相交流进线开路等三种单元件故障，分析了故障电流特征，提出了一种根据电流故障特征在线诊断故障的方法。单管直通时，根据计算得到的直流电流理论值将大于直流电流实测值，且故障相与非故障相的直流分量符号相反，可确定故障元件所在相别，再根据故障相直流分量正负可确定故障元件所在共阳或共阴组别。对单管开路和单相交流进线开路，若滑窗计算得到相电流直流分量持续大于某一整定值时判定为单管开路故障，再通过直流分量极性确定故障元件所在组别；若相电流直流分量先增大超过某一整定值后再减少至０，判定为单相交流进线开路，根据故障相电流基波幅值最小确定开路相别。仿真结果表明，该方法可快速诊断出故障，适用于多重化并联整流电路的故障诊断场合，具有一定的理论与实用价值。关键词：电流故障特征；单管直通故障；单管开路故障；单相交流进线开路故障；多重化并联整流装置Ａｎｏｎ－ｌｉｎｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐｏｗｅｒｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＬＩＵＸｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＲｕｉｚｈｉ，ＳＯＮＧＧｕｏｂｉｎｇ２，ＷＡＮＧＸｉａｏｂｏ，ＬＩＵＰｅｉｙａｏ，ＬＩＤｕａｎｚｈｅｎｚ，ＹＡＮＧＹｕａｎｈａｎｇ２（１．ＸＪＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｃｈａｎｇ４６１０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃ￣ｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，’’ＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｏｆｓｉｎｇｌｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｏｆＡＣｌｉｎｅ，ａｎｄｃｏｍｅｓｕｐｗｉｔｈａｎｅｗｏｎ－ｌｉｎｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｆｏｒｔｈｅｓｉｎｇｌｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＤＣｖａｌｕｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄＡＣｃｕｒｒｅｎｔｗｉｌｌｂｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅＤＣｖａｌｕｅｍｅａｓｕｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｐｈａｓｅａ—ｎｄｎｏｎｆａｕｌｔｐｈａｓｅａｒｅｏｐｐｏｓｉｔｅｉｎｓｉｇｎ，ｗｈｉｃｈＣａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｌｏｃａｔｅｔｈｅｆａｕｌｔｔｈｙｒｉｓｔｏｒ．Ｉｎｔｈｅｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｉｆｔｈｅＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔｖａｌｕｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｓｌｉｄｅｗｉｎｄｏｗｉｓｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅ，ｉｔｉｓｓｉｎｇｌｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄｔｈｅｆａｕｌｔｔｈｙｒｉｓｔｏｒＣａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｓｉｇｎｏｆｆａｕｌｔｐｈａｓｅＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．ＩｆｔｈｅＤＣｃｏｍｐｏｎｅｎｔｖａｌｕｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｆｉｒｓｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓａｂｏｖｅａｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅｎｒｅｄｕｃｅｓｔｏ０，ｔｈｅｆａｕｌｔＣａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄａｓＡＣｌｉｎｅｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄｔｈｅｆａｕｌｔｐｈａｓｅｃａｎｂｅｌｏｃａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｍｉｎｉｍｕｍａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｆｉｍｄａｍｅｎｔａｌｗａｖｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄＣａｎｄｉａｇｎｏｓｅｔｈｅｆａｕｌｔｓｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｔｈａｔｉｔｃａｎａｌｓｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ．Ｓｏｉｔｈａｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１１７７１２８）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｓｉｎｇｌｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｉｎｇｌｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅＡＣｌｉｎｅＯＤｅｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｐａｒａｌｌｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ０引言大功率整流装置在轨道交通、电解冶金、直流输电等领域得到了大量应用¨，其安全运行意义重大。威胁其安全运行的常见故障主要包括晶闸管直通、晶闸管开路和交流进线开路等三类，晶闸管基金项目：国家自然科学基金（５１１７７１２８）直通会引起电网相问短路，晶闸管开路和交流进线开路则会导致系统不对称运行、直流输出脉动，带来巨大的经济损失和安全隐患。此外，整流装置还存在故障维修的困难。因此，研究其故障诊断，快速识别故障发生并准确定位故障具有重要意义。整流装置的故障诊断已得到国内外学者的广泛关注并已取得了大量研究成果：基于解析模型的诊断方法ｌ４］、基于知识的诊断方法Ｌ８ｏＪ和基于信号刘星，等利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法．１６７．分析的诊断方法［１１－１３］等。上述诊断方案大多利用直流电压波形信息且仅针对多个晶闸管同时开路的故障诊断，仍存在以下不足：１）当面对多重化并联整流电路的故障诊断场合时，由于此类整流电路采用多个整流单元并联结构，单个整流单元发生故障时直流电压变化微小，因此基于直流电压波形信息的诊断方法难以适用【Ｊ４Ｊ；２）未对晶闸管直通故障的诊断展开研究，使得直通故障的识别和处理只能依赖于保护系统，而很多整流系统的保护配置并不完善【１引，难以及时切除直通故障，且保护系统并不具备直通故障元件的定位功能，造成此类故障事后维修困难；３１并未对交流进线开路故障进行讨论，容易将此类故障误诊为同一桥臂两个管子开路的复合故障。文献［１６．１９］介绍了一些故障诊断的方法。考虑到整流装置发生故障时，阀侧和直流侧电流将出现较大变化，利用故障电流信息可望实现有效诊断且可适用于多重化并联整流电路的故障诊断，而文献『２０］提出了一种基于电子式互感器的整流系统电流采集方案，解决了直流侧故障电流的获取难题，为本方案的实现提供了基础。同时，考虑到以下两点：１１多元件故障的复合故障往往由单元件故障处理“”不及时引起；２１真正意义上的同时发生故障是小概率的事件。因此，本文将重点研究如何利用整流装置两侧电流信息来实现单管直通、单管开路及单相交流进线开路等三种单元件故障的诊断。本文首先分析了三种单元件故障下的故障电流特征，然后基于故障特征提出了故障诊断方案，最后在ＰＳＣＡＤ软件上搭建了仿真模型，对诊断方案进行了仿真验证，证明了本方案的有效性。１电流特征分析整流系统主电路原理图如图１所示。图１整流系统主电路原理图Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓｙｓｔｅｍ图中，ＶＴ１～ＶＴ６六只开关器件组成整流桥，各个开关按一定顺序开通、关闭实现整流。ｆａ、ｆｂ、ｆｃ分别为阀侧三相交流电流，ｆｄ为输出直流电流。电源通常由整流变压器提供。本节对正常工况下及三种单元件故障下的阀侧和直流侧电流特征进行分析，作为故障诊断依据。１．１正常运行工况电流特征分析正常工况下，受变压器漏感及自饱和电抗器影Ⅵ响，晶闸管导通角介于１２０。和１８０。之间。１及Ⅵ与之导通过程重合的ＶＴ２、ＶＴ３、５、ＶＴ６电流波形及交流侧线电压波形如图２所示，图中，将ＶＴ１从导通开始到关断结束划分为１～５等５个阶段。＜、～０．１４００１４２０．１４４０１４６０．１４８０１５００．１５２时间／ｓ图２正常工况下，ＶＴ１～ＶＴ６电流及线电压波形Ｆｉｇ．２ＣｕｒｒｅｎｔａｎｄｌｉｎｅｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｏｆＶＴＩ－ＶＴ６ｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＶＴ１晶闸管从导通到关断的电路换路图如图３所示，图中，为交流侧的等值输入电抗，ｆｋ为相间环流，１）～５）分别对应图２中的第１～５个导通阶段的电路原理图。ｉＶＴ６３）图３ＶＴ１导通阶段电路换路过程图Ｆｉｇ．３ＣｉｒｃｕｉｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｏｆＶＴ１ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｐｈａｓｅ如∞如０如电力系统保护与控制结合图２电流及电压波形，可知：如图３（ａ）所示，己＞０时刻，ＶＴ１开始导通，Ａ、Ｃ相产生相间环流ｆｋ促进ＶＴ１导通而加速ＶＴ５关断，此阶段ⅥｆＶＴ１＋ｆｖＴ５＝ｆ、厂ｒ６＝ｆｄ，５关断时间取决于大小及换ⅥⅥ路前瞬间ｆ５大小；如图３Ｃｏ）所示，５关断后，ｉｖＴ１＝／ｖＴ６＝ｆｄ，电流略滞后于己波峰出现ＶＴ１的第一个波头及ＶＴ６的第二个波头；如图３（ｃ）所示，。＞０时刻，ＶＴ２开始导通，Ｂ、Ｃ相产生相间环流ｆｋ促进ＶＴ２导通而加速ＶＴ６关断，此阶段ｉｖＴ１＝ｉＶＴ２＋ｉｖＴ６＝ｉｄ，同样地，ＶＴ６关断时间取决于大小及换路前瞬间ｆ、大小；如图３（ｄ）所示，ＶＴ６关断后，ｆｖＴ１＝ｆＶＴ２＝ｆｄ，电流略滞后于。波峰出现ⅥⅥ１的第二个波头及２的第一个波头；如图３（ｅ）所示，Ｕｂａ＞０时刻，ＶＴ３开始导通，Ｂ、Ａ相产生相Ⅵ间环流ｆｋ促进３导通而加速ＶＴ１关断，此阶段ｉｖＴ１＋ｉＶＴ３＝ｆＶＴ２＝ｉｄ，同样地，ＶＴ１关断时间取决于大小及换路前瞬间ｆＶＴ大小。其他晶闸管的工作过程与之相似，由上述分析可知，正常工况下，交流侧电流与直流侧电流波形如图４所示，图中，直流电流曲线与三相电流曲线波头部分轮流重合。０．１２５０１３００１３５０．１４００１４５０．１５００１５５０１６０时间／ｓ图４输入输出电流正常波形Ｆｉｇ．４Ｎｏｒｍａｌｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ可知正常工况下输入输出电流具有以下特点：１）任何ｔ时刻，输出直流ｆｄ等于某一只管子电流的充要条件是：同一侧桥臂有且仅有此管子导通。换言之，输出直流ｆｄ的瞬时值等于三相电流瞬时值绝对值最大值，而由于三相电流瞬时值和为０，故式ｆ１）成立。ｉｄ（ｔ）：（１）Ｚ２）定义ｔ时刻，三相电流直流分量，（其中ｐ＝ａ，ｂ，ｃ），Ｎ为一个周期内的采样点数，其计算公式为１（ｆ）＝（）（２）可知，三相电流正负半周波形对称，理想采样条件下，（任一时刻值均为０。１．２单管开路故障电流特征分析Ⅵ以１为例分析其开路故障后整流装置电流特征。ＶＴ１开路后，各开关管电流波形如图５所示。ⅥⅥⅥ图中，流过５、ＶＴ６和流过２、３的电流曲线分别与输出直流电流曲线部分重合。ｉｄ，、＼Ｉ《一／专～一ｌ／≥０．２５５０２６００．２６５０．２７００２７５０．２８０时间／ｓ图５ＶＴ１开路故障下，各管子故障电流波形Ｆｉｇ．５Ｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｏｆｅａｃｈｔｈｙｒｉｓｔｏｒｕｎｄｅｒｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ参照图５，结合正常工况分析可知：阶段１，ＶＴ１处于开路状态，在正常导通时刻Ａ相无法与ｃ相形成相间环流，因此，ＶＴ５关断推后，电路保持ＶＴ５、ＶＴ６导通状态：ｉｖＴ５：ｉｖＴ６＝ｆｄ，至。＞０时刻，同时关断；而此时刻，ＶＴ２、ＶＴ３同时导通，电路直接换路到ＶＴ２的第四个工作状态；至Ｇａ＞０时刻，ＶＴ４开始导通，迫使ＶＴ２关断，此时刻以后到下次ＶＴ１正常开通期间，电路恢复正常工作。因此，ＶＴ１开路故障下，除ＶＴ４外其他晶闸管导通过程均受影响。ｔ＝０．２Ｓ时刻，ＶＴ１发生开路故障，输入输出电流波形如图６所示。时间／ｓ图６ＶＴ１开路故障下，输入输出电流波形Ｆｉｇ．６Ｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｕｎｄｅｒｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ如∞如Ｏ刘星，等利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法．１６９可知，单管开路故障下输入输出电流具有以可知，交流进线开路故障下输入输出电流具有下特点：１）任何ｔ时刻，公式（１）均成立；２）三相电流正负半周波形不再对称，均出现直流分量。当上臂管子开路时，计算得三相直流分量将由０逐渐减小到某一个负值，而非故障相则由０“”逐渐增加至某一正值，三相直流分量为一负两正，而当下臂管子开路事，情况正好相反；３）同一桥臂的另一只管子几乎不受影响。因此，故障稳态下故障相直流分量绝对值最大，正好等于正常工况下流过开关管的等效直流大小。１．３单相交流进线开路故障电流特征分析以Ａ相进线开路为例分析交流进线开路故障后整流装置电流特征。Ａ相进线开路后，系统由三相整流电路变为单相整流电路，若忽略外电路反电势，晶闸管导通角增至１８０。。在ｔ－－－－Ｏ．２ｓ时刻，Ａ相进线断线，整流装置输入输出电流如图７所示。图中，故障后Ｂ相电流和Ｃ相电流曲线轮流与负载电流曲线重合。０．１７５０．１８ｏ０１８５０．１９００１９５０．２０００．２０５０．２１０时间，ｓ图７Ａ相交流进线开路故障下，输入输出电流波形Ｆｉｇ．７ＩｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｕｎｄｅｒｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｉｎＡＣｌｉｎｅｏｆｐｈａｓｅＡ故障稳态下和正常运行状态下，三相电流均无直流分量，但随着滑动计算直流分量的数据窗口从正常状态移动到故障状态的过程中，三相直流分量先由０增加至最大值再减少至０。以Ａ相为例，其直流分量在三相中最大，当数据窗位于图示位置时，出现直流分量的最大值。最大值的大小将取决于故障发生时刻，当故障发生在Ａ相单管导通一半时即图示ｆｒｎ时刻，该值最小，等于单管正常工况下等效直流的一半；当故障发生在Ａ相关断期间，该值最大，等于单管正常工况下等效直流。当数据窗完全进入故障区后，三相直流分量减小为０。以下特点：１）任何ｔ时刻，公式（１）均成立。２）滑动计算三相直流分量，在数据窗从故障时刻开始滑动到故障稳态的过程中，直流分量先增加至某一最大值再减小至０，且该最大值至少大于正常工况下流过单管的等效直流的一半。３）故障稳态下，故障相电流为０，非故障相流过交流，三相直流分量为０。１．４单管直通故障电流特征分析Ⅵ以ｌ直通为例，分析故障电流波形特征，并且假设ＶＴ３、ＶＴ５始终没有烧毁。ＶＴ１在ｔ＝０．２Ｓ时刻发生直通故障，流过各晶闸管电流及输出直流电流波形如图８所示。１５００１０００５０００蠖一５００一ｌ０００－１５００—２ｏ０Ｏ－２５００－‘＾——ｒ＿、、ｉ／，ｘｘＹｒ＼／＼／．．－●－－●＿－ｌ０．１９０２００２１０．２２０．２３０２４时间／ｓ图８ＶＴ１直通故障下，输入输出电流波形Ｆｉｇ．８ＩｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｒｍｕｎｄｅｒＶＴ１ｓｈｏｒｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎＶＴ１直通后，在其正常导通角期间，系统正常工作，而在其应该关断却无法关断的期间，将与另外两相形成相间短路。Ｕｂ￣＞Ｏ期间，ＡＢ相相间短路，Ⅵ短路电流远大于负载电流，由Ｂ相３经Ａ相ＶＴ１流回；Ｕｃａ＞Ｏ期间，ＡＣ相相间短路。可知，单管直通故障下输入输出电流具有以下特点：１）仅在故障管正常导通角期间式（１）成立，此外任何时刻，由三相电流计算得到的直流电流理论值大于直流电流实测值；２）上管直通后，短路电流处于故障相的负半“周，而处于非故障相的正半周，直流分量为一负”两正，下管直通则正好相反；３）故障相短路电流为其他两相短路电流之和，其直流分量最大。电力系统保护与控制２故障识别原理与判据２．１故障识别原理由上述电流特征分析可知：对于开路故障，滑动计算三相电流直流分量，无论单管开路或交流进线开路，直流分量均会出现大于正常工况下单管等效直流的一半，根据这一特点便可检测出是否出现开路故障；在检测出开路故障后２０ｍｓ时，若三相直流分量最大值仍大于正常工况下单管等效直流的一半，则为单管开路故障，反之则为交流进线开路故障，根据这一特点便可识别出开路类型。识别出“开路类型后，若为单管开路故障，根据故障相直流分量最大，且其正负分别对应于共阳组和共阴组”管子开路这一特点，可定位故障管的位置；若为交流进线开路，根据故障相电流基波幅值最小这一特点可定位开路相。对于直通故障，从故障发生时刻起，式（１）不再成立，根据这一特点可立即识别出是否出现直通故障。一般对于直通故障需要快速动作，以防止事故扩大，故可立即将识别结果上报保护系统做出决策，而从上报直通故障到保护动作还有数十毫秒的时间，为缩短维修周期还需要准确定位出故障位置。“在检测出直通故障后２０ｍｓ，根据故障相直流分量正负号异于非故障相，且其正负分别对应于共阳”组和共阴组管子直通的特点定位故障管位置。将上述识别原理综合起来，便可兼顾开路和直通故障的识别。考虑到直通故障直流分量变化情况和开路故障相似，可能导致误判，而式（１）不成立是“其独有的故障特点，因此，采用先识别直通，后”识别开路故障的原则进行识别。在线识别流程如下所述。Ｓｔｅｐｌ：采集ｔｏ时刻输入输出电流值；Ｓｔｅｐ２：判断是否出现直通故障。若是，ｇｏｓｔｅｐ３；若否，ｇｏｓｔｅｐ４。Ｓｔｅｐ３：将识别结果上报保护系统，并等待一个工频周期数据，计算ｔｏ＋２０ｍｓ时刻三相直流分量，根据直流分量正负定位故障管位置。Ｓｔｅｐ４：判断是否出现开路故障。若是，ｇｏｓｔｅｐ５；若否，ｇｏｓｔｅｐ８。Ｓｔｅｐ５：等待一个工频周期数据，计算ｔｏ＋２０ｍｓ时刻三相直流分量，判断单管开路还是交流进线开路故障。若是单管故障，ｇｏｓｔｅｐ６；否则，ｇｏｓｔｅｐ７。Ｓｔｅｐ６：根据直流分量大小定位故障相，再由故障相直流分量正负定位故障管。Ｓｔｅｐ７：根据［ｔｏ，ｔｏ＋２０］数据窗计算三相电流基波幅值，定位故障相。Ｓｔｅｐ８：将识别结果上报保护系统，根据下一点采样值继续计算。２．２故障识别判据１．直通故障识别定义非直通故障下，理论输出直流为∽：（３）ｆ时刻，出现直通故障的判据为）一×（ｆ）＞０（４）式中，ｋ为考虑互感器精度引入的可靠系数，一般可取为１．１－１．２。２１开路故障识别设正常工况下单管平均等效直流为。∑Ａ：去ｆｄ（）（５）‘…［、Ⅳ式中，为一个工频周期的采样点数。可设定阈值１＝０．２５×，则识别开路故障的灵敏度至少为２。ｆ时刻，出现开路故障的判据为ｍａｘ（１ｆ（）Ｉ，ｌｆ（ｆ）Ｉ，ｌｆ（ｆ）１）＞Ａ１（６）３）开路故障类型识别设定阈值２＝０．５×，交流进线开路故障下，三相直流分量为０，而单管开路故障下，故障相直流分量为。设ｆ时刻检测出开路故障，ｔｌ＝ｔ＋２０ｍｓ，则单管开路识别判据为ｍａｘ（１（）Ｉ，［ｉｄｂ（ｔ１）［，ｌｉｄｏ（ｔ，）１）＞（７）若式（７）不成立则判为交流进线开路故障。限于篇幅，关于故障位置定位不再赘述。３仿真验证采用用ＰＳＣＡＤ进行电磁暂态仿真，Ｍａｔｌａｂ进行数据处理。基于ＰＳＣＡＤ软件建立某一铝厂的８４脉整流系统，该系统采用多重化并联结构，由１４个三相六脉整流单元并联而成。仿真模型中，变压器容量３００Ｍｗ，网侧线电压３０ｋＶ，阀侧线电压１．２ｋＶ，漏抗０．１ｐ．ｕ．，负载电感０．００１ｍＨ，负载电阻Ｏ．０９Ｑ，数据窗取为一个工频周期，采样频率为２０００Ｈｚ。以某一整流单元为对象进行验证，随机抽取故障类型：ＶＴ２直通、ＶＴ３开路、Ｂ相交流进线开路。３．１单管直通故障仿真结果图９给出了０．２Ｓ时ｖＴ２发生单管直通的诊断结果（取可靠系数ｋ＝－Ｉ．２）。刘星，等利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法．１７１．｝ｌ８ｏｏ６００４００２ｏｏ０－２００—４ＯＯ时间向（ａ）直流故障检测结果０１９０２００２ｌ０．２２０．２３０２４０２５０．２６０．２７时间／ｓ（ｂ）直流故障管定位结果图９单管直通故障仿真识别结果Ｆｉｇ．９Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｓｉｎｇｌｅｔｕｂｅｓｈｏｒｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ图９中，如图９（ａ）所示，根据文中所提直通故障检测方法，在故障后０．３ｍｓ即发现直通故障。利用等待切除故障期间数据，计算出故障后２０．３ｍｓ的三相直流分量，如图９ｆｂ）所示，根据ｃ相为正，Ａ、Ｂ相为负可识别出Ｃ相共阳组晶闸管即Ｖｒ２故障。３．２单管开路故障仿真结果图１Ｏ给出了０．２Ｓ时ＶＴ３发生单管开路的诊断结果。如图ｌＯ（ａ）所示，直通故障识别不会发生误动作；如图ｌＯ（ｂ）所示，在故障发生后１Ｏ．５ｍｓ，直流２０ｏ－２ｏ－４０—６Ｏ一８０—１００一ｌ２０－１４０—１６０ｌ８０５０４０３Ｏ２０ｌＯＯ—ｌＯ一２０－３０－４００Ｏ５０．１００１５０２Ｏ０２５０３０时间／ｓ（ａ）直流故障检测结果时间／ｓ（ｂ）单管开路故障诊断结果图１０单管开路故障仿真识别结果Ｆｉｇ．１０Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｓｉｎｇｌｅｔｕｂｅｏｐｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ分量大小超过阈值１，检测出有开路故障。等待２０ｍｓ的数据，计算出ｔ＝０．２３０５ｓ时，Ｂ相直流分量最大且大于阈值２，符号为负，据此可判断为共阴组管子开路即ｖＴ３开路。３．３交流进线开路故障仿真结果图１１给出了０．２ｓ时Ｂ相进线开路的诊断结果。图１１中，１１（ａ）为直通故障检测结果，１ｌ（ｂ）、１１（ｃ）为交流进线开路诊断结果。如１ｌ（ａ）所示，直通故障识别不会发生误动作；如１ｌ（ｂ１所示，在故障发生后１．８ｍｓ，直流分量大小超过阈值，检测出开路故障；如１１（ｃ）所示，等待２０ｍｓ的数据，计算出ｔ＝－Ｏ．２２ｌ８Ｓ时，Ｂ相电流基波幅值最小，据此可判断为Ｂ相交流进线开路。５０４０３Ｏ２ＯｌＯ０—１Ｏ２０～３Ｏ—４０２５０２００ｌ５Ｏ１００５ＯＯ一５０时间／ｓ（ａ）・嚣；ｆ一／／、ｔ∥＼一＼誊一，０１９０２Ｏ０２１０．２２０２３０２４时间／ｓ（ｂ）图１１交流进线开路故障仿真识别结果Ｆｉｇ．１１ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒＡＣｌｉｎｅｏｐｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ４结论本文提出了一种的整流装置故障诊断新方法，该方法基于整流电路阀侧和直流侧电流故障特征进行故障诊断，可快速识别、定位整流电路的单管开路、单管直通和单相交流进线等单元件故障，具有如下优点：１）可适用于多重化整流电路故障诊断场．１７２．电力系统保护与控制合；２）可在线、快速诊断出单元件故障，有效防止复合故障的发生；３）兼顾了开关器件开路故障和直通故障的诊断；４１算法简单，易于实现。仿真表明，在整流装置发生单元件故障时，诊断方案能在３０ｍｓ内进行可靠识别、定位。该方法具有一定的工程实用价值。参考文献［１］姚广，蒋大明．双反星型整流电路在电解中应用［Ｊ］．电力自动化设备，２００６，２６（１０）：５４．５６．ＹＡＯＧｕａｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｍｉｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅｉｎｖｅｒｓｅｓｔａｒｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｉｎｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ［．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ—ＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００６，２６（１０）：５４５６．［２］王智弘，李东辉．变流器故障诊断技术综述［Ｊ］．大功率变流技术，２０１４（５）：１－６．ＷＡＮＧＺｈｉｈｏｎｇ，ＬＩＤｏｎｇｈｕｉ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ［．ＨｉｇｈＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１４（５）：１－６．［３］徐德鸿，马皓．电力电子装置故障自动诊断［Ｍ】．北京：科学出版社．２００１．［４］王东林，张耀升．电力电子电路块脉冲在线参数和状态辨识［Ｊ］．电工技术学报，１９９５，９（４）：２５－２９．ＷＡＮＧＤｏｎｇｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＹａｏｓｈｅｎｇ．Ｏｎ－ｌｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｓｔａｔｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎｂｌｏｃｋ－ｐｕｌｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，１９９５，９（４）：２５－２９．［５］王江，胡龙根，赵忠堂．基于观测器的方法在三相逆变器故障诊断中的应用［Ｊ】．电源技术应用，２００１，４（６）：２４－２７．ＷＡＮＧＪｉａｎｇ，ＨＵＬｏｎｇｇｅｎ，ＺＨＡＯＺｈｏｎｇｔａｎｇ．Ａｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｏｂｓｅｒｖｅｒ－ｂａｓｅｄｍｅｔｈｏｄｔｏｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ［．ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００１，４（６）：２４－２７．［６］文小玲，尹项根，谭尚毅．一种电力电子电路故障诊断方法［Ｊ】．电气应用，２００３（７）：４９－５１．ＷＥＮＸｉａｏｌｉｎｇ，ＹＩＮＸｉａｎｇｇｅｎ，ＴＡＮＳｈａｎｇｙｉ．Ａｓｃｈｅｍｅｆｏｒｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ［．—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００３（７）：４９５１．［７］马皓，徐德鸿，卞敬明．基于神经网络的电力电子电路故障诊断【Ｊ］．电力电子技术，１９９７（４）：１０．１２．ＭＡＨａｏ，ＸＵＤｅｈｏｎｇ，ＢＩＡＮＪｉｎｇｍｉｎｇ．Ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓｂａｓｅｄｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ［．—ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９７（４）：１０１２．—［８］ＫＯＬＬＡＳ，、ＲＡＴＨＡＲＡＳＡＬ．Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｆａｕｌｔｕｓｉｎｇａｒｔｉｆｉｃｉａｌｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ［．ＩＳＡＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２０００，３９（４）：４３３・４３９．［９］ＷＡＮＧＲＪ，ＺＨＡＮＹＪ．ＦａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＷｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｉｒｃ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１１，９８（９）：—１２４７１２５７．［１Ｏ］陈昭宇．基于知识库的变流器故障诊断研究【Ｄ】．上海：上海交通大学，２０１３．ＣＨＥＮＺｈａｏｙｕ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｂａｓｅｄｏｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅ［Ｄ］．Ｓｈａｎｇｈａｉ：ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１３．［１１］蔡涛，段善旭，康勇．电力电子系统故障诊断技术研究综述［Ｊ］．电测与仪表，２００８，４５（５）：１－７．ＣＡＩＴａｏ，ＤＵＡＮＳｈａｎｘｕ，ＫＡＮＧＹｏｎｇ．Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ［．ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，２００８，４５（５）：１．７．［１２］胡清，王荣杰，詹宜巨．基于支持向量机的电力电子电路故障诊断技术［Ｊ］．中国电机工程学报，２００８，２８（１２）：１０７－１１１．ＨＵＱｉｎｇ，ＷＡＮＧＲｏｎｇｊｉｅ，ＺＨＡＮＹｉｊｕ．ＦａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＳＶＭｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ［．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００８，２８（１２）：１０７一ｌ１１．［１３］李俊涛．基于小波包分析与支持向量机的电力电子整’流装置故障诊断［Ｊ】北华大学学报（自然科学版），２０１４，１５（４）：５４８－５５４．ＬＩＪｕｎｔａｏ．Ｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ［Ｊ［．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ—Ｓｃｉｅｎｃｅ），２０１４，１５（４）：５４８５５４．［１４］周鹏．大功率整流装置故障诊断系统的研究［Ｄ】．南京：东南大学，２００９．ＺＨＯＵＰｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔｈｉｇｈｐｏｗｅｒｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｙｓｔｅｍ［Ｄ［．Ｎａｎｊｉｎｇ：ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９．［１５］霍春利，王羽中，原伟．弧光保护在电解铝整流系统的应用［Ｊ］．电工技术，２００７（９）：４８・５０．ＨＵＯＣｈｕｎｌｉ，ＷＡＮＧＹｕｚｈｏｎｇ，ＹＵＡＮＷｅｉ．Ａｒｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｕｓｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｍｍｕｔａｔｉｎｇ—ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ［．ＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（９）：４８５０．［１６］边莉，边晨源．电网故障诊断的智能方法综述【Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１４，４２（３）：１４６－１５３．ＢＩＡＮＬｉ，ＢＩＡＮＣｈｅｎｙｕａｎ．Ｒｅｖｉｅｗｏｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｆａｕｌｔ刘星，等利用电流故障特征的大功率整流装置故障在线诊断方法．１７３．ｄｉａｇｎｏｓｉｓｉｎｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（３）：１４６－１５３．［１７］肖小刚，段刚，许君德，等．基于广域测量系统的多调度中心协同故障诊断方法［Ｊ］．电网与清洁能源，２０１４，３０（１０）：９５－１Ｏ１．ＸＩＡＯＸｉａｏｇａｎｇ，ＤＵＡＮＧａｎｇ，ＸＵＪｕｎｄｅ，ｅｔａ１．Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｆａｕｌｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉ－ｐｏｗｅｒｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｃｅｎｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＷＡＭＳ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙ，２０１４，３０（１０）：９５－１０１．［１８］李宁，李颖晖，朱喜华，等．混杂系统理论及其在三相逆变电路开路故障诊断中的应用［Ｊ】．电工技术学报，２０１４，２９（６）：１１４－ｌ１９．ＬＩＮｉｎｇ，ＬＩＹｉｎｇｈｕｉ，ＺＨＵＸｉｈｕａ，ｅｔａ１．ＦａｕＲｄｉａｇｎｏｓｉｓｆｏｒｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓｂａｓｅｄｏｎｍｉｘｅｄｌｏｇｉｃｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｉｎｃｉｄｅｎｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１４，２９（６）：１１４－ｌ１９．［１９］方勇灵，陆榛，宋福海，等．一种继电保护故障信息智能分析方案及应用［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１３，４１（５）：ｌ１４一ｌｌ８．ＦＡＮＧＹｏｎｇｌｉｎｇ，ＬＵＺｈｅｎ，ＳＯＮＧＦｕｈａｉ，ｅｔａ１．Ｐｒｏｇｒａｍａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｙｆａｕｌｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓ￣ｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４ｌ（５）：１１４－１１８．［２０］李国斌，姜睿智，刘星，等．基于电子式互感器的整流变压器阀侧大电流采集方案实现［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１４，４２（１８）：１３９－１４３．ＬＩＧｕｏｂｉｎ，ＪＩＡＮＧＲｕｉｚｈｉ，ＬＩＵＸｉｎｇ，ｅｔａ１．Ｃｕｒｒｅｎｔｓｉｇｎａｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｓｉｄｅｏｆｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂａｓｅｄｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（１８）：１３９－１４３．收稿日期；２０１５－１０－１７；修回日期：２０１５－１１－２６作者简介ｚ刘星（１９７２－），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统继电保护：Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｎｇｌ＠ｘｊｇｃ．ｃｏｍ王小波（１９９２－），男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向为电力系统继电保护；Ｅ．ｍａｉｌ：ｚｕｏｌｕｏｍｅ２７８＠１６３．ｃｏｍ姜睿智（１９８０－），男，硕士，工程师，研究方向为电力—系统继电保护。Ｅｍａｉｌ：３２６９４３９６＠ｑｑ．ｃｏｍ（编辑葛艳娜）