CN104034972A - 具有泄漏电流检测的故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有与机器的框架接地绝缘的多个导电元件的机器的故障检测系统。该故障检测系统可以包括：高压DC电源；正高压总线，连接到高压DC电源的正端子且向多个导电元件提供高压电力；以及负高压总线，连接到高压DC电源的负端子且从多个导电元件返回高压电力。正和负高压总线中的至少一个可以通过多个开关选择性地连接到多个导电元件的多个区域，该多个区域中的每一个并联电连接，且通过多个开关中的一个选择性地连接到高压DC电源。低压DC电源可以配置成形成泄漏电流检测器的一部分，该泄漏电流检测器通过多个开关中的每一个选择性地连接到多个区域中的每一个，以用于检测在导电元件和框架接地之间的泄漏电流。

Description

具有泄漏电流检测的故障检测系统

发明领域

本公开一般涉及故障检测系统且更具体而言涉及具有泄漏电流检测的故障检测系统。

背景技术

具有需要针对诸如不可接受电流泄漏之类的电学故障进行测试的多个导电体的机器的示例是摊铺机。典型的摊铺机包括用于提供移动性和电力的牵引机、包含沥青聚集混合物或沥青供应的料斗以及以均匀厚度条将沥青摊铺材料铺设到需要摊铺的区域上的刮板。牵引机典型地包括配置成对摊铺机的操作驱动的内燃引擎，且该引擎可以是各种已知动力装置中的任意一个，可以包括汽轮机、天然气驱动引擎、柴油引擎和汽油引擎。沥青摊铺材料被加热且在它具有弹性稠度时应用，使得它可以容易地以均匀厚度层应用。在重复摊铺操作中，新沥青材料可以铺设在旧道路表面上。可以发现，当旧道路表面变热时，新沥青材料更好地粘合到旧道路表面。当新沥青材料在冷的道路上应用时获得不良结果。由于该原因，存在特定温度条件，在该条件下，摊铺必须进行以确保摊铺质量。当摊铺队必须等待温度上升时，这限制了摊铺季节的长度和每日的生产率。

刮板组件典型地包括基座部分且可以包括一个或更多延伸部分，这些部分中的每一个具有以板平滑且挤压沉积的摊铺材料的方式安装到刮板部分的钢制刮板，留下所需厚度的垫层。刮板典型地被加热以防止沥青材料粘附到钢刮板。在现代刮板组件中，刮板加热器通常以可以优选地布置在刮板上或附近的电阻式电加热器的形式实施。刮板还可以通过气体或其他可燃烧燃料加热器加热。维持适当的刮板温度是重要的。如果刮板太热或太冷，在得到的摊铺垫层中将获得较差的光洁度。在仅具有基座刮板部分的简单刮板中，基座刮板部分中的每一个典型地包括加热器和温度传感器二者。在这种系统中，基座刮板中的每一个可以根据从相关温度传感器接收的反馈独立地温度控制。较宽的刮板需要较多的加热器，且加热器一般布置到独立的加热区域中。到加热器的电力通过刮板电力模块（SPM）控制。在摊铺处理期间，尽可能快地识别任意故障加热元件的位置以避免浪费沥青材料是重要的。如果特定加热元件出故障，则沥青可能在允许冷却的区域中粘合到刮板，浪费材料且导致不是所需质量和均匀性的沥青垫层。

在摊铺刮板的操作期间，当激励的加热元件的隔离或其他部分故障且电源短路或向摊铺机的底盘外壳泄漏电流时，出现不希望的情形。除了潜在地导致如上所述的加热元件的故障和造成沥青材料的浪费，还可能导致对于摊铺机或系统的损害或其他潜在有害情形。因此，存在在现有很多加热元件中识别故障加热元件的位置且响应于此执行必要修复的需要。由于需要加热基座刮板的附加区域的附加区域和加热器，较宽的刮板可以加剧该问题。

检测电路故障的一种方法在Chavan等人于1996年11月12日发布的美国专利No.5,574,346（'346专利）中描述。绕组故障检测电路监控电机的相位绕组中的电压降，且将电压降与参考电压进行比较以确认电机是否离开正常操作范围参数且是否存在有效故障。如果存在有效故障，则中断驱动电机的电路。

尽管在检测到绕组故障时，'346专利的故障检测电路可以中断操作，但是它可能过度复杂、昂贵且难以实施。例如，故障检测电路要求比较器逻辑来监控电机的每个相位的绕组且将每个绕组两端的电压降与高参考电压和低参考电压进行比较。另外，比较器逻辑的输出必须根据相应相位绕组的激励和电机的角位置被连续地选择且提供到故障逻辑。仅在此时可以对是否存在绕组故障做出分析。

本公开涉及克服在上面提及的问题和/或现有技术的其他问题中的一个或多个。

发明内容

本公开的一个方面涉及用于具有与机器的框架接地绝缘的多个导电元件的机器的故障检测系统。该系统可以包括：高压电路，其包括高压DC电源；正高压总线，其连接到高压DC电源的正端子且向多个导电元件提供高压电力；以及负高压总线，其连接到高压DC电源的负端子且从多个导电元件返回高压电力。正高压总线和负高压总线中的至少一个可以配置成通过多个开关选择性地连接到包含多个导电元件的子集的多个区域，该多个区域中的每一个并联电连接到高压电路，且通过多个开关中的一个选择性地连接到高压DC电源。第一低压DC电源可以配置成形成泄漏电流检测器的部件，且泄漏电流检测器可以配置成通过多个开关中的每一个选择性地连接到多个区域中的每一个，以用于检测包含在区域内的导电元件和框架接地之间的泄漏电流。

本公开的另一方面涉及检测在高压电路中连接到提供源自高压电源的高压电力的正高压电力总线或负高压电力总线中的一个的多个导电元件中的故障的方法。多个导电元件可以包括在多个独立区域中并联连接到高压电路的导电元件的多个子集，该独立区域中的每一个通过区域开关选择性地连接到高压电源。该方法可以包括：关闭高压电源；使用其相应区域开关断开导电元件的所有独立区域；开启选择性地连接到正高压电力总线或负高压电力总线中的至少一个的低压诊断电源；以及通过测量来自连接到与低压诊断电源相同的高压电力总线的任意导电元件的泄漏电流对高压电路执行低压诊断测试。该方法还可包括通过连续性地操作每个区域开关以连接每个独立区域且测量来自每个连续独立区域的泄漏电流对多个独立区域中的每一个执行低压诊断测试。还可以对确定为包含故障的独立区域中的每一个内的导电元件中的每一个连续地执行低压诊断测试。

附图说明

图1示出示例性摊铺刮板和刮板电力模块的图解和示意性表达；

图2示出与图1的刮板电力模块相关的电故障定位系统的示意性电路图；

图2A示出图2中示出的电路图的一部分的示意性电路图，强调了潜在故障位置；

图3是在检测导电元件的故障区域中图2的系统可以执行的步骤的流程图；

图4是在检测导电元件的故障区域内的故障中图2的系统可以执行的步骤的流程图；以及

图5是在检测导电元件的故障区域内的故障导电元件中图2的系统可以执行的步骤的流程图。

具体实施方式

图1说明示例性摊铺机的一部分。图1中示出的摊铺机的唯一部分是刮板134和可以控制到刮板134上的多个独立加热区域的电力供应的刮板电力模块（SPM）132。独立加热区域中的每一个可以包括多个加热元件34。到刮板134上的独立加热区域的电力可以通过SPM132控制。在一个非限制实施例中，每个刮板134可以具有3个加热元件34的12个区域。

如图2和2A所示，根据本公开的实施方式的泄漏电流检测系统100可以包括开关磁阻（SR）直流（DC）发电机和SR逆变器130、刮板电力模块（SPM）132和刮板134。可以针对很多原因选择DC电力，且SR发电机和逆变器的使用可以实现优于AC电力产生的明显成本节省。泄漏电流检测系统100可以包括高压电路，用于从SR发电机/逆变器130向SPM132且向用于加热摊铺刮板134的基座刮板的多个加热元件34提供高压电力（HV）。在备选实施方式中，高压电力（HV）可以通过电池或任意其他合适电源提供。在一个实现方式中，高压电源可以提供约675伏特的DC。高压电路可以包括连接到高压电源HV的正端子的正高压总线HV+和连接到高压电源HV的负端子的负高压总线HV-。

如图2A所示，高压电路可以包括沿着正高压总线HV+和负高压总线HV-互连的多个导电元件。导电元件中的每一个可以包括位于导电元件的每一端和/或沿着导电元件位于端部和各个中间点的一个或多个电连接器。电连接器可以将高压电路分割成可以容易替代的部分。它们还可以通过提供用于隔离高压电路部分以定位故障的机制来形成泄漏电流检测系统100的部件。故障可以包括劣化电隔离或可能导致数量上超过阈值的从导电元件到机器的框架接地的电流泄漏的其他材料或结构故障的区域。当到电流泄漏的电阻极高、诸如是1000M欧姆时，可能仅存在可忽略数量的电流泄漏。因此，到电流泄漏的电阻的阈值水平可以选择为一个电阻水平，在该电阻水平以下，电流泄漏量被认为是故障，且可以在操作员面板170上提供警告指示符。电阻泄漏电流检测器可以配置成向操作员发布通知的用于到电流泄漏的电阻的第一阈值可以低于泄漏电流检测器能够测量的第二阈值。例如，在一个非限制性示例中，在到泄漏电流的电阻下降到150,000欧姆以下时，泄漏电流检测器可以向操作员发布通知。然而，泄漏电流检测器可以足够敏感以实际测量当到泄漏电流的电阻仅落到300,000欧姆以下但仍未达到向操作员发送通知的150,000欧姆的水平时存在的较小泄漏电流量。这确保：只要接收警告或通知，泄漏电流检测器将足够敏感以实际测量可以通过改变电压、湿度、污染、温度、隔离劣化、振动或其他泄漏影响因素导致的电流泄漏量。

高压电路的各个部分的示例性互连在图2A中示出。如上面所提及，电连接器可以在高压电路的所述部分的每一端提供，以提供用于代替故障导电元件的装置和用于定位电路故障的装置。图2A中示意的接地故障位置是从导电元件到框架接地的电流泄漏的示例性可能位置，且可以采用导电元件的其他位置或布置。SR发电机/逆变器130可以包括诸如相位线缆21、相位线缆22和定子23之类的导电元件。SR发电机/逆变器还可以包括绝缘栅双极性晶体管（IGBT）35、36或其他合适的半导体开关。SR发电机/逆变器130可以包括负高压导电元件24（在接地故障位置的图例中标记为逆变器-）、正高压导电元件25（逆变器+）、正高压线缆26的另一部分（HV+线缆）和负高压线缆27的另一部分（HV-线缆）。刮板电力模块（SPM）132可以包括正高压导电元件28、30的部分（标记为SPM+）和负高压导电元件29、31的部分（标记为SPM-）。

如图2和2A所示，包括逆变器-24、HV-线缆27和SPM-29、31的负高压总线HV-可以配置成通过多个区域开关42选择性地连接到每个均可以包含导电元件的子集的多个并行区域。每个区域中的导电元件的子集可以包括一个或多个元件。在图2A中，仅示出多个并行区域中的一个。多个区域均可以在负高压总线HV-上的相应区域开关42和正高压总线HV+上的相应二极管D3处并联连接到高压电路。图2A中的所述区域可以包括导电元件SPM-31、区域-33、加热元件34、区域+32和SPM+30。本领域普通技术人员将意识到，导电元件的精确布置和数目可以变化。所示区域可以与多个其他区域并联电连接。在一个非限制性实施方式中，可以提供每个具有3个加热元件的12个并行区域。每个区域可以通过单独的区域开关42选择性地连接到高压电路和高压电源，且通过正高压总线HV+上的SMP+28和SPM+30之间的二极管D3（其中一个在图2A中示出）从每个其他并行区域隔离。每个二极管D3可以防止其相应区域中的电流在泄漏电流测量期间进入另一区域。本领域技术人员将意识到，备选实施方式可以包括提供正高压总线HV+上的区域开关42、负高压总线HV-上的二极管D3或其他电路组件以选择性地实现连接和断开以及导电元件的多个并行区域中的每一个的隔离。

泄漏电流检测电路100还可以包括分压器电路，该分压器电路包括SR发电机/逆变器130（图2中示出）的电阻器R1和R2以及SPM132的电阻器R3和R4。正和负高压总线（HV+和HV-）可以通过SR发电机/逆变器130中的电阻器R1和R2以及SPM132中的电阻器R3和R4电阻性地引用到框架接地120。图2中示出的用于电阻器R1和R2中每一个的1兆欧以及用于电阻器R3和R4中每一个的2兆欧的值是示例性的，且可以包括与实现各个实施方式的目标一致的其他值。这些电阻值可以选择为足够大的电阻以在没有故障（诸如存在超过阈值的泄漏电流）时的正常条件下维持正和负高压总线HV+和HV-上的平衡条件。当泄漏电流检测系统100的高压电路平衡（例如处于平衡条件）时，正和负高压总线（HV+和HV-）同等地在框架接地120附近居中。当泄漏电流检测系统100的高压电路不平衡（或处于不平衡条件）时，正和负高压总线（HV+和HV-）不在框架接地120附近居中。

泄漏电流检测系统100还可以包括电容器C1和C2。电容器C1和C2可以是本领域中已知的任意合适类型的电容器，诸如薄膜或电解质电容器。电容器C1和C2可以用于AC参考电系统100到框架接地120的目的。电容器C1和C2可以代表电系统100和高压电源HV的等价框架参考电容。

泄漏电流检测系统100还可以包括第一低压电源LV1。第一低压电源LV1可以是发电机、电池或任意其他合适电源。第一低压电源LV1可以独立于高压电源HV操作，且可以通过二极管D1、D2从高压电源HV隔离。第一低压电源LV1可以连接在正和负高压总线HV+和HV-之间且通过电阻器R1和R2引导到框架接地120，电阻器R1和R2用作串联连接的两个平衡电阻器以在正和负高压总线之间形成分压器。贯穿本说明书，高和低被引用为相对术语，而不是指示任意具体范围或多个具体范围。电阻器R1和R2可以是本领域中已知的任意合适类型的电阻器，诸如金属薄膜电阻器或绕线电阻器。第一低压电源LV1还可以通过SPM132中远远位于电下游的平衡电阻器R3和R4电阻性地引用到框架接地120，导致当没有故障或超过阈值的电流泄漏在高压电路中存在时的低压平衡条件。

当泄漏电流检测系统100的高压电路平衡时，第一低压电源LV1可以在框架接地120附近居中。例如，低压电源LV1可以是40伏特的电源。当高压电学电路平衡且高压电源HV针对高压电路上的低压诊断测试的性能关闭时，正高压总线HV+可以是+20伏特且负电压总线HV-可以是-20伏特。当泄漏电流检测系统100的高压电路不平衡（或处于不平衡条件）时，第一低压电源LV1可以不在框架接地120附近居中。在该不平衡条件中，正高压总线HV+可以是30伏特且负高压总线HV-可以是-10伏特，使得系统相对于框架接地120不平衡。在正高压总线HV+和负高压总线HV-之间电居中位置的第一低压电源LV1的放置还可以允许低压电源LV1配置成检测高压电路的正或负端任意一个上如在不平衡条件中反映的小电流泄漏。

泄漏电路检测系统100还可以包括配置成形成泄漏电流检测器150（图2A中说明）的一部分的第二低压电源LV2。二极管D5可以与泄漏电流检测器150关联地提供以从高压电力HV隔离泄漏电流检测器150。图2A说明连接到SPM-29的泄漏电流检测器150，该SPM-29是负高压总线HV-的一部分。在各个备选实施方式中，泄漏电流检测器150可以选择性地连接到用于检测来自电连接到正高压总线的任意导电元件的泄漏电流的正高压总线HV+，或连接到用于检测来自电连接到负高压总线的任意导电元件的泄漏电流的负高压总线。

泄漏电流检测系统100还可以包括控制器160，其配置成在连接第一低压DC电源LV1以执行第一低压诊断测试和连接第二低压DC电源LV2以执行第二电压诊断测试之间自动且连续地交替。第一低压诊断测试可以检测在正高压总线HV+和引用为框架接地120的负高压总线HV-之间的低压不平衡条件。第二低压诊断测试可以确定连续导电元件和框架接地120之间的泄漏电流。控制器160可以进一步配置成在用于检测泄漏电流的第二低压DC电源的连接期间执行计算，该计算包括从检测的泄漏电流减去流经两个平衡电阻器的电流以改善从导电元件到框架接地120的实际泄漏电流的测量精确度。用于改善实际泄漏电流的测量精确度的计算也通过各种离散电路组件或其他硬件或附加处理器、子例行程序或可以向控制器160提供输入的其他软件执行。

操作员面板170可以提供诸如测试发起按钮、触摸屏、杠杆或开关之类的输入设备，使得操作员能够通过激活操作员面板170上的输入设备发起自动和连续的低压诊断测试。控制器160可以配置成在诊断测试中的一个检测到故障（诸如针对包含导电元件的子集的多个并行区域中的一个检测到超过阈值的泄漏电流）之后，在通过操作员发起时在第一和第二低压诊断测试之间自动排序。该自动排序可以包括仅断开用于故障区域的区域开关，且然后结合夹置在导电元件之间的电连接器的断开连续地执行第一和第二低压诊断测试以隔离故障区域内的一个或更多导电元件。操作和维护（O&M）手册可以以适当顺序向技工提供指令，用于断开区域内导电元件之间夹置的电连接器。例如，在特定区域被识别为具有超过阈值的电流泄漏之后，用于识别区域内的哪个导电元件具有故障的低压诊断测试可以包括：开始于断开二极管D3和导电元件30之间的电连接器，关闭低压DC电源LV2以及使用第一低压DC电源LV1检查正高压总线HV+和负高压总线HV-上的不平衡条件。在高压电路中针对不平衡的低压诊断测试的重复下，连续的进一步下游的导电元件之间的电连接器的断开和重连可以提供精确识别哪个导电元件具有故障的直观方法。

控制器160可以是自动机器处理领域中已知的任意类型的可编程逻辑控制器。控制器160可以由用于逻辑设备领域中已知的任意材料制备，且可以包括微处理器、程序存储器和脉冲宽度调制组件。控制器160可以包括输入/输出布置，允许它连接到操作员面板170和第一低压DC电源LV1以及第二低压电源LV2。操作员面板170可以位于机器的操作员站（未示出）。操作员面板170可以包括多个塑料或金属按钮、开关、控制杆或其他输入设备。备选地或另外地，操作员面板170可以包括触摸屏，且触摸屏可以是接收输入领域中已知的任意合适的数字显示设备。控制器160还可以通过定时序列或通过来自另一机器控制器或电子服务/诊断工具的数据链路信号远程命令自动地执行各种低压诊断测试。操作员可以在关闭高压电源HV之后在低操作电压执行公开的测试方法。在低操作电压条件的测试在故障被检测之后且必须被定位和修复之后在泄漏检测系统100的服务中可能是适当的。这些低压诊断测试还可以在操作员激活高压电源HV之前在启动时发生。操作员可以通过操作员面板170向控制器160提供输入。

在下面的部分中将讨论用于操作泄漏电流检测系统100的示例性方法。将参考图3-5讨论包括可以执行发现故障区域（服务测试SST1）、发现故障区域内的故障（SST2A）以及发现区域内诸如加热元件的故障导电元件的各个操作序列和低压诊断测试的示例性方法，以进一步说明上面讨论的概念。

工业适用性

用于在多个导电元件中检测诸如泄漏电流之类的故障的公开的示例性系统和方法可以提供紧凑、直观和有效的系统和方法，以用于发现具有大量导电元件（包括布置在多个并行区域内的多个加热元件）的高压电路中的故障。系统可以包括作为泄漏电流检测器的一部分的低压电源，该电流泄漏检测器可以使用在正常高压操作期间选择性向并行区域中的每一个内的元件提供高压电力的相同开关在低压诊断测试中选择性连接到导电元件的多个并行区域。两个单独的低压诊断测试可以结合每个区域内导电元件的选择性连接和断开自动地排序以在高压电路的大量潜在故障元件中快速隔离和识别故障元件。

根据本公开的各个实施方式的系统允许通过正和负高压总线连接到高压电源的高压电路的多个导电元件中的故障检测。高压电路可以包括多个区域，该多个区域包含通过多个区域开关选择性地与高压电学电路并联连接的导电元件的子集，每个区域开关与相应区域相关。用于检测高压电路中某处的泄漏电流的服务测试可以通过切断在正常操作中供应到正和负高压总线的高压电力发起。在切断高压电力之后，所有区域开关可以断开以从其余高压电路隔离导电元件的多个并行区域。

第一低压电源可以连接到高压电路以检查来自非多个区域中的一个的任意导电元件的泄漏电流。如果发现此时到泄漏电流的电阻大于阈值，指示没有发现故障，则第一低压电源可以通过闭合与连续区域相关的区域开关的相应开关且检测区域中任意地方的泄漏电流来连续连接到多个区域中的每一个。如果区域被识别为具有超过阈值的泄漏电流，则夹置在区域内的导电元件之间的电连接器可以连续地断开，且第一低压电源可以重连以检查泄漏电流是否不再超过阈值。连接低压电源以及断开和闭合区域开关的过程可以通过在每个故障区域内的特定电连接器手动断开和重连之后在操作员面板170上激活输入设备来自动地控制。

最初参考图3，示出用于发现可能故障的区域的示例性测试过程SST1。“故障”区域可以是包括泄漏超过阈值的电流的至少一个导电元件的区域。在开始该示例性测试过程之前，控制器160可以针对服务测试初始化。被测试机器可以处于停止和固定条件，引擎和发电机可以关闭，使得没有高压电力被供应到高压电系统，低压电源LV1和LV2二者可以关闭，且所有区域开关42可以断开以从其余高压电路隔离每个区域。

在步骤320，可以开始用于发现故障区域的服务测试SST1。当所有区域开关42都断开时，该诊断测试的第一部分可以识别包括SR发电机/逆变器130和刮板电力模块（SPM）132的高压电路的部分内的故障。在服务测试中此时被测试的潜在接地故障位置的示例可以包括图2A的图例中识别的接地故障位置中的任意一个，如21-29或35-36。

在步骤322，作为SPM132中泄漏电流检测器150的一部分的低压电源LV2可以开启。在图3中说明的示例性实施方式中，LV2被选择为位于SPM132内或与之相关的45伏特（V）电源（PS）。备选实施方式可以包括用于LV2的其他电压，且LV2和泄漏电流检测器150可以沿着高压电路在其他位置连接。在步骤324，针对不包括隔离区域内的元件的高压（HV）电路中的任意导电元件计算到泄漏电流的电阻。作为所有区域开关断开的结果,并行区域中的每一个内的导电元件此时可以在低压诊断测试中隔离。在图3中说明的示例性实施方式中，LV2被指定为45伏特（V）电源（PS），不过可以选择其他值。在步骤S326，测试执行比较以确定到泄漏电流的计算电阻是否小于300k欧姆的阈值。如果到泄漏电流的电阻小于300k欧姆（步骤S326：是），这指示不可接受的泄漏电流水平。在步骤344，做出上面讨论的接地故障位置中的一个具有故障的确定，且更新操作员面板170以显示该信息。故障的精确位置可以在步骤346中通过断开在SPM132的HV输入线缆进一步追踪。在步骤348再次执行泄漏电流测试，且如果测试指示此时可接受的泄漏电流水平（步骤348：否），则在步骤330该故障与不同于SPM的HV系统的部分隔离。在步骤332，HV系统的适当部分可以被修复。如果在步骤348执行的测试指示不可接受的泄漏电流水平（步骤348：是），则故障已知处于SPM内，且在步骤350，SPM可以被替代或修复。在步骤352，服务测试SST1可以重复以确认故障被消除。

如果在步骤326执行的测试确定泄漏电流水平可接受，因为到泄漏电流的电阻不小于300k欧姆的示例性阈值（步骤326：否），则可以开始隔离区域中每一个的测试。在步骤328，第一区域开关可以导通以从LV2（在该示例性实现方式中为45V PS）向第一区域内的导电元件提供低压电力。如图2A所示，这些导电元件和潜在的接地故障位置包括标记为30-34的元件，这些元件包括一个或更多加热元件34。如上面所讨论，在各个实施方式中，可以存在高达12个或更多的区域和区域开关，且每个区域可以包括1、2、3或更多个加热元件34。

在步骤334，当第一区域开关导通时，使用泄漏电流检测器150和低压电源LV2再次执行泄漏电流测试。如果来自该区域的泄漏电流量可接受（步骤334：否），则在步骤342，下一区域开关将可以导通。如上面所讨论的，每次低压通过断开该区域开关施加到区域时，通过与每个区域相关的二极管D3防止低压流入任意其他区域。如果来自该区域的泄漏电流量不可接受（步骤334：是），则在步骤336该区域被定义为具有故障且操作员面板可以更新。如果所有区域都仍未被测试（步骤338：否），则下一区域开关可以在步骤352导通，且可以在步骤334再次执行泄漏电流测试。如果所有区域都被测试（步骤338：是），在步骤340，（多个）故障区域可以通过前进到图4中示出的用于发现故障区域中的故障的服务测试SST2A进一步接收测试和修复。所有区域开关可以再次关闭，在前进到图4的服务测试SST2A之前从其余高压电路隔离所有并行区域。

如果在执行图3的服务测试SST1之后确定区域具有故障，则如图4所示，可以执行服务测试SST2A以发现区域内的故障。在步骤420，可以开始用于发现故障区域内的故障的服务测试SST2A。在步骤422，低压电源LV2（在该示例性实现方式中的SPM中的45V PS）可以开启。可以在步骤424再次执行针对区域外的所有导电元件的泄漏电流测试以确定用于这些潜在接地故障位置其中任意一个的泄漏电流仍可接受。如果泄漏电流在导通故障区域开关之前的时间不可接受（步骤424：是），则如上面针对SST1的用于发现故障区域的相同步骤（步骤344、346、348、350、352、330和332）可以在步骤450、452、454、456、458、460和462重复。这些步骤可以再次执行以隔离并行区域外的导电元件其中任一个（诸如SR发电机/逆变器130或SPM132中的导电元件）内的故障。

在步骤424，如果泄漏电流在导通故障区域开关之前的时间可接受（步骤424：否），则在步骤426，原先确定为具有故障的区域的区域开关可以导通。可以在步骤428执行使用泄漏电流检测器150和低压电源LV2的泄漏电流测试。如果此时泄漏电流不可接受（步骤428：是），则如图2A所示，对于其中泄漏电流检测器150选择性地连接到HV-的实施方式，确定故障存在于负高压总线HV-中的某处。操作员面板可以在步骤464更新以反映HV-中故障的发现，区域开关可以关断，且可以在步骤438执行对于引线或组件的修复。在备选实施方式中，泄漏电流检测器150可以选择性地连接到正高压总线HV+，且在这些备选实施方式中，在步骤428，不可接受泄漏电流将指示正高压总线HV+中某处的故障。

如果在步骤428执行的测试指示可接受泄漏电流（步骤428：否），但是区域原先确定为具有故障，则可能需要使用低压电源LV1的进一步测试，该低压电源可以在SR发电机/逆变器130中连接在正和负高压总线HV+和HV-之间，且如上所述通过电阻器R1和R2引用到框架接地120。在步骤430，低压电源LV2和所有区域开关可以断开。可以在步骤432开启低压电源LV1，且可以在步骤434执行HV+和HV-上的平衡检查。如上面所讨论，平衡条件（步骤434：否）将指示在高压电路的HV+端上未发现故障，因为电路的HV-端上的区域开关截止。步骤442的这种确定可以导致操作员面板的更新以反映未发现故障。因为在原先确定为具有故障的区域中仍未发现故障，可以执行步骤444以按照操作和维护（O&M）手册中指定的顺序连续断开故障区域内的其他电连接器。在故障区域中的每个连续电连接器断开之后，控制器160可以在使用LV2（在示例性说明实施方式中使用45V PS）执行低压诊断测试、导通故障区域开关、关断LV2以及使用LV1（使用40V PS）执行另一低压诊断测试之间自动地连续地交替。不平衡条件（步骤434：是）将指示在电路的HV+端上确实存在故障，且所以在步骤436可以更新操作员面板，在步骤438可以在必要时修复引线，且在步骤440可以重复用于发现区域内的故障的服务测试SST2A。

在说明图4中步骤430-444的应用的一个示例性实施方式中，到故障区域的区域开关42可以导通且使用低压电源LV2的泄漏电流检测器150可能不能显示任意泄漏电流（步骤428：否）。在该示例中，故障可能位于导电元件32处的故障区域内。通过在步骤430关断LV2（45V PS）和所有区域开关42且在步骤432开启低压电源LV1（40V PS），泄漏电流检测系统100然后可以针对高压电路中的不平衡条件进行测试。可以提供指定加热元件34和导电元件33之间的加热元件34下游端的电连接器断开的指令。如果LV1仍检测不平衡条件，则这指示故障必定处于加热元件34内或故障区域内加热元件34上游的某处。指令可以引导加热元件34和导电元件34之间加热元件34上游端的电连接器断开。此时，如果不平衡条件仍存在，已知不平衡并不通过加热元件34或加热元件34下游的任何导电元件导致。如果导电元件30和32之间的电连接器的后续断开导致不平衡条件消失，则知道故障必定位于导电元件32内。因此该方法通过断开每个元件上游的电连接器且确定故障是否消失提供消除作为故障区域内的故障源的导电元件的直观方式。

在图4的服务测试SST2A在故障区域内定位故障之后，在单个故障区域内存在并联连接的多个加热元件34的情况下，可能需要根据图5的服务测试SST3的附加测试以发现故障加热元件。如图5所示，发现故障区域内的故障加热元件的该附加服务测试SST3可以在步骤520开始。故障区域内的所有加热元件34可以首先根据操作和维护（O&M）手册中提及的过程断开。在步骤522，一个加热元件34可以然后连接到接线盒区域引线，且在步骤524，泄漏电流测试可以通过泄漏电流检测器150和低压电源LV2执行。在步骤528之前，确定泄漏电流水平可接受（步骤524：否）可以导致在步骤526更新操作员面板以指示该特定连接加热元件34没有故障，以连接故障区域内的下一加热元件到接线盒区域引线，且重复步骤524的泄漏电流测试。确定泄漏电流水平不可接受（步骤524：是）可以导致连接加热元件故障且在步骤530操作员面板更新的指示。机器可以是有担保的且在步骤532故障加热元件可以被修复或替换。在加热元件中的最后一个被连接且测试之后，在步骤534，区域中的所有加热元件可以连接到接线盒，且在步骤536，用于发现故障区域的服务测试SST1可以重复以确认不再存在任意故障。

对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本公开的范围的条件下，可以对公开的故障检测系统做出各种修改和变型。考虑此处公开的方法的说明和实践，本领域技术人员将显见故障检测系统的其他实施例。本发明的意图是：说明和示例仅被认为是示例性的，本公开的真正范围通过下面的权利要求及其等价指示。

Claims (10)

1.一种故障检测系统，用于具有与机器的框架接地绝缘的多个导电元件的机器，所述系统包含：

高压电路，其包括高压DC电源；

正高压总线，其连接到所述高压DC电源的正端子且向所述多个导电元件提供高压电力；

负高压总线，其连接到所述高压DC电源的负端子且从所述多个导电元件返回高压电力；

所述正高压总线和所述负高压总线中的至少一个配置成通过多个开关选择性地连接到包含所述多个导电元件的子集的多个并行区域，所述多个并行区域中的每一个并联电连接到所述高压电路、彼此电隔离且通过所述多个开关中的一个选择性地连接到所述高压DC电源；以及

第一低压DC电源，其配置成形成泄漏电流检测器的一部分，所述泄漏电流检测器配置成通过所述多个开关中的每一个选择性地连接到所述多个区域中的每一个，以用于检测包含在所述区域内的导电元件和所述框架接地之间的泄漏电流。

2.根据权利要求1所述的故障检测系统，还包括：

所述泄漏电流检测器进一步配置成选择性地连接到所述正高压总线，用于检测来自电连接到所述正高压总线的任意导电元件的泄漏电流，或选择性地连接到所述负高压总线，用于检测来自电连接到所述负高压总线的任意导电元件的泄漏电流。

3.根据权利要求1所述的故障检测系统，还包括：

第二低压DC电源，配置成与所述高压DC电源隔离，且连接在所述正高压总线和负高压总线之间，且通过串联连接的两个平衡电阻器引用到所述框架接地以形成在所述正高压总线和负高压总线之间的分压器；以及

所述第二低压DC电源进一步配置成当从所述导电元件中的一个到所述框架接地的泄漏电流超过阈值时，相对于所述框架接地检测低压不平衡条件。

4.根据权利要求3所述的故障检测系统，还包括：

控制器，配置成在连接用于检测泄漏电流的所述第一低压DC电源和连接用于检测低压不平衡条件的所述第二低压DC电源之间自动且连续地交替以便确定与所述多个导电元件中的一个或多个相关联的故障的位置。

5.根据权利要求4所述的故障检测系统，还包括：

操作员面板，其包括配置成用于激活所述控制器的测试发起按钮；以及

所述控制器进一步配置成在用于检测泄漏电流的所述第一低压DC电源的连接期间执行计算，所述计算包括从检测的泄漏电流减去流经所述两个平衡电阻器的电流以改善从导电元件到所述框架接地的实际泄漏电流的测量精确度。

6.根据权利要求1所述的故障检测系统，其中：

所述高压DC电源包括开关磁阻发电机和开关磁阻逆变器；并且

从所述高压DC电源接收高压DC电力的所述多个导电元件包括在所述开关磁阻逆变器中的导电元件、所述多个区域的每一个中的多个加热元件以及电力模块中的导电元件，所述电力模块被配置成控制高压DC电力向所述多个区域的每一个中的所述多个加热元件的每一个的供应。

7.根据权利要求6所述的故障检测系统，其中所述第一低压DC电源被包括在所述电力模块中；且所述故障检测系统还包括：

第二低压DC电源，配置成从所述高压DC电源隔离，且连接在所述开关磁阻逆变器中的所述正高压总线和负高压总线之间，且通过串联连接的两个平衡电阻器引用到所述框架接地，以形成在所述正高压总线和负高压总线之间的分压器；以及

所述第二低压DC电源还被配置成在从所述导电元件中的一个到所述框架接地的泄漏电流超过阈值时，相对于所述框架接地（120）检测低压不平衡条件。

8.根据权利要求1所述的故障检测系统，其中所述泄漏电流检测器配置成通过将到从导电元件到所述框架接地的泄漏电流的电阻与阈值进行比较来检测泄漏电流。

9.根据权利要求8所述的故障检测系统，其中所述泄漏电流检测器配置成向操作员发布通知的第一阈值低于所述泄漏电流检测器能够测量的第二阈值。

10.一种方法，用于检测在高压电路中连接到提供源自高压电源的高压电力的正高压电力总线或负高压电力总线中的一个的多个导电元件中的故障，所述多个导电元件包括在多个独立区域中并联连接到所述高压电路的所述导电元件的多个子集，所述独立区域中的每一个通过区域开关选择性地连接到所述高压电源，且所述独立区域中的每一个与其他区域电隔离，所述方法包含：

关闭所述高压电源；

使用它们的相应区域开关断开导电元件的所有独立区域；

开启选择性地连接到所述正高压电力总线或所述负高压电力总线中的至少一个的低压诊断电源；

通过测量到来自连接到与所述低压诊断电源相同的高压电力总线的任意导电元件的泄漏电流的电阻来对所述高压电路执行低压诊断测试；

通过连续操作每个区域开关以连接每个独立区域且测量到来自每个连续独立区域的泄漏电流的电阻对所述多个独立区域中的每一个执行低压诊断测试；以及

对确定为包含故障的所述独立区域中的每一个内的所述导电元件中的每一个连续地执行低压诊断测试。