CN102648506B - 牵引变流器的真空开关的功能测试方法 - Google Patents

牵引变流器的真空开关的功能测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对一牵引变流器的一真空开关(12)进行功能测试的方法，所述牵引变流器包括至少一个网侧四象限斩波器(2)、一负载侧脉冲变流器(4)和一包含至少一个二次绕组(8)的牵引变压器(10)，所述四象限斩波器和所述脉冲变流器的直流电压侧借助一中间电路电容器(CZK)电性并联，所述二次绕组的端子与所述四象限斩波器(2)的交流电压侧端子(16，18)连接，所述牵引变压器的一次绕组的端子可借助所述真空开关(12)与一电网交流电压(uN)连接。根据本发明，在所述真空开关(12)断开的情况下，正好当所述电网交流电压(uN)与斩波器输入电压(uSt)的时间关系使得在所述电网交流电压(uN)与所述斩波器输入电压(uSt)之间测定的一电压差(Δu)在振幅上等于一规定测试电压时，对所述四象限斩波器(2)进行控制，随后，检验是否有一电流从所述电网流向所述四象限斩波器(2)。这样就能随时对牵引变流器的真空开关(12)进行功能测试而无需任何测试设备。

Description

牵引变流器的真空开关的功能测试方法
技术领域
本发明涉及一种对一牵引变流器的一真空开关进行功能测试的方法。
背景技术
这类牵引变流器详见图1。该牵引变流器在其交流电源侧具有四象限斩波器2，在其负载侧具有自动换相变流器4，也称脉冲变流器，这两个元件的直流电压侧借助中间电路电容器CZK电性并联。脉冲变流器4的输出端连接三相交流电动机6。四象限斩波器2的交流电压侧可借助牵引变压器10的二次绕组8和真空开关12与接触线14导电连接。牵引变压器10的二次绕组8各有一个端子与四象限斩波器2的交流电压端子16和18导电连接。这个四象限斩波器2将单相电网交流电压uN转换为规定的中间电路直流电压UZK，再用这个中间电路直流电压产生符合三相交流电动机6要求的电压系统，例如振幅及频率可变的三相电压系统。
在牵引变流器的这种已知实施方式中，自换相变流器4的换流阀T1至T6和四象限斩波器2的变流器T7至T10均采用可关断功率半导体开关，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。功率二极管D1至D6或D7至D10分别与每个可关断功率半导体开关T1至T6或T7至T10均并联连接。
与变换器设计相关的功率通量从电网出发，经接触线14、牵引变压器10、四象限斩波器2和自动换相变流器4流向三相交流电动机6。设有对四象限斩波器2的换流阀T7至T10进行控制的反馈控制装置20，单相电网交流电压uN输入该调节装置。调节装置20例如为设置在牵引变流器的控制及调节装置中的微控制器。
2004年6月21日至6月23日在亚琛召开的2004年度电力电子专家会议(PESC)上发表过一篇题为“ComparisonofMulti-SystemTractionConvertersforHigh-PowerLocomotives(大功率多流制机车牵引变流器的比较)”的文章，该文(主要是图10)公开过图1所示的牵引变流器。如果交流电源侧设置的电网电流的谐波分量的值较低，就在交流电源侧设置两个四象限斩波器，这两个四象限斩波器各通过一个变压器二次绕组在交流电源侧并联连接且在一个共用直流电压中间电路上工作。通过这两个四象限斩波器的移相脉冲控制它们。这样就能使交流电源电流的谐波在二次侧相对电位移180°，从而在牵引变压器的一次侧通过求和进行补偿。这样一种牵引变流器同样公开自上述文章，特别是该文的图8及图12。
真空开关12是针对大电流设计的电源开关12。这个开关不但能接通工作电流，还能在出现故障时将较大的过载电流和短路电流保持一段预定时间并切断。真空开关上的触点为防止形成电弧而处于真空中。这种真空开关一般只应用于电压不超过约40kV的中压设备，适合很高的开关频率且基本无需维护。这种真空开关可能因真空的突发性损失或缓慢损失而丧失其功能性。如果真空开关因此而丧失功能，一旦发生故障就会牵连整个牵引变流器。
现有技术利用测试设备检验这类真空开关的操作可靠性。为此，必须将牵引变流器的真空开关与高压设备分离并连接测试设备。现有测试设备工作时所用的测试电压为数千伏，因此必须配备高压变压器并采取相应的绝缘措施。此外，测试过程本身还需要采取很多预防措施。现有测试设备的工作原理决定了，用来测试真空室的测试电压介于全真空击穿电压与大气压力下的空气击穿电压之间。将这个测试电压施加在断开的开关触点上并测定内部击穿电压。以此检验受测真空室是否还具有足够的真空。
对真空开关的这项测试既复杂又占用牵引驱动装置的停工期。如果不测试，真空开关一旦发生故障就可能导致严重后续损害。真空开关的功能测试需要使用测试设备，因此只能在铁路或有轨电车的停车场实施功能测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要使用测试设备就能对牵引变流器的真空开关进行功能测试的方法。
权利要求1所述的处理步骤为本发明用以达成上述目的的解决方案。
本发明的方法是在真空开关断开的情况下对四象限斩波器进行控制，使其产生电压脉冲形式的斩波器电压，对所述电压脉冲与旋转电网交流电压的时间关系进行调节，使得真空开关上产生一预定测试电压压降。如果真空开关不具有绝缘能力，就会有一电流从电网流向四象限斩波器并被四象限斩波器的测量值检测装置检测到。如果真空开关功能正常，就检测不到电流。利用牵引变流器的电压中间电路的中间电路电容器的能量产生这种电压脉冲。
本发明对一牵引变流器的一真空开关进行功能测试的方法的优点是不必使用任何测试设备。亦即，利用牵引变流器的既有电流组件就能实施功能测试。另一优点是，不必再将真空开关与高压设备分离。这样就能随时随地对牵引变流器的真空开关进行这种功能测试。所述功能测试可以自动运行。本发明针对牵引变流器中真空开关的功能测试方法简单易行，因而能大幅简化和改善故障检测。
附图说明
以下将参照附图、结合具体实施方式更详细地说明本发明的方法，其中：
图1为牵引变流器的已知实施方式；以及
图2为关于网侧电压及电流的相应的单相等效(equivalent)电路图。
具体实施方式
下面借助附图对本发明以及本发明方法的作用原理进行详细说明。
这个单相等效电路图具有并联连接的电压源22和电压源24。电压源22取代电网，电压源24则取代直流电压侧设有中间电路电容器CZK的四象限斩波器2。该单相等效电路图仅示出了牵引变压器10的漏感26。断开的真空开关12在该等效电路图中显示为火花隙28。真空开关12在牵引变流器工作期间闭合，这两个电压源22和24借助牵引变压器10的漏感电性并联。如该等效电路图所示，电网交流电压u N与斩波器输入电压u St在正常工作状态下相对彼此移相一定角度。斩波器脉冲频率提高时漏感可能下降。在此情况下，电网交流电压u N与斩波器电压u St之间的角度也会变小。德语杂志“电气铁路(ElektrischeBahnen)”1974年第45期第6册(专印本)中发表过一篇题为“四象限斩波器——一种适合三相电流驱动的牵引车辆的电网友好型供电装置(Vierquadrantensteller-einenetzfreundlicheEinspeisungfürTriebfahrzeugemitDrehstromantrieb)”的文章，该文及该专印本中的图10揭示了相应的矢量图。
采用本发明的方法对牵引变流器的真空开关12进行功能测试时，真空开关12的两个触点处于断开状态。亦即，这两个触点相隔一定距离地布置在真空开关12的真空室内。因此，这个真空开关12在图2所示的单相等效电路中示为火花隙。测试真空开关12所用的测试电压为电网交流电压u N与斩波器输入电压u St的电压差Δu。为了能够测试真空开关12的功能性，这个电压差Δu必须达到规定的击穿电压值。电压差Δu的振幅可以通过调节斩波器输入电压u St与电网交流电压u N的时间关系来加以调节。亦即，电网交流电压u N与斩波器输入电压u St之间的角度必须达到规定值。如果电网交流电压u N与斩波器输入电压u St的时间关系使得电压差Δu达到规定测试电压的振幅，就对四象限斩波器2进行控制，以便产生电压脉冲形式的斩波器输入电压u St。这个电压脉冲在时间上采用一种不让牵引变压器10进入饱和状态的大小。随后检验是否有电流从电网流向四象限斩波器2。用四象限斩波器2的测量值检测装置实施这项检验。如果测不到流动电流，就表明真空开关12通过了功能测试。如果检测到电流，就表明真空开关存在故障，必须予以更换。
通过本发明的方法可以随时随地测试牵引变流器的真空开关的功能性，而且不必使用任何测试设备。

Claims (4)

1.一种对一牵引变流器的一真空开关(12)进行功能测试的方法，所述牵引变流器包括至少一个交流电源侧四象限斩波器(2)、一负载侧脉冲变流器(4)和一包含至少一个二次绕组(8)的牵引变压器(10)，所述四象限斩波器和所述脉冲变流器的直流电压侧借助一中间电路电容器(CZK)电性并联，所述二次绕组的端子与所述四象限斩波器(2)的交流电压侧端子(16，18)连接，所述牵引变压器的一次绕组的端子可借助所述真空开关(12)与一交流电源电压(u N)连接，其中，在所述真空开关(12)断开的情况下，正好当测定的交流电源电压(u N)与斩波器输入电压(u St)的时间关系使得在所述交流电源电压(u N)与所述斩波器输入电压(u St)之间测定的一电压差(Δu)在振幅上等于一预定测试电压时，对所述四象限斩波器(2)进行驱动，随后，检验是否有一电流从电网流向所述四象限斩波器(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所产生的斩波器输入电压(u St)是一电压脉冲。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述所产生的斩波器输入电压(u St)能够自由调节。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述所产生的斩波器输入电压(u St)相对于所述交流电源电压(u N)的同步能够调节。
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