CN110601197A - 高压无源滤波器保护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种高压无源滤波器保护系统，包括检测牵引网的电流和电压的第一电流检测装置和第一电压检测装置，以及串联在高压无源滤波器和牵引网之间的复合开关，复合开关在电压过零导通以及电流过零切断，实现高压无源滤波器在过零电压投入运行，在过零电流切出，减小了对并联电容器的冲击，延长了并联电容器的使用寿命。本发明提供的一种高压无源滤波器保护方法，检测牵引网的谐波电流的过流情况和谐波电压的过压情况，在发生谐波电流过流或发生谐波电压过压时，切出高压无源滤波器，降低了高压无源滤波器中某些部件被击穿或者过热烧毁的风险。
Description
技术领域
本发明涉及轨道轨道交通技术领域，更具体地说，涉及高压无源滤波器保护系统及方法。
背景技术
随着我国高速电气化铁路的快速发展，电力电子技术的进步，基于GTO、IGBT、IGCT等全控型器件的交-直-交变换器在电力机车和动车组中得到广泛应用。基于全控型器件的交-直-交变换器的功率因数接近1，同时3、5、7次等低频段的谐波电流显著降低，而在更高频率段(如20次以上)的高次谐波有所增加。高次谐波与牵引网本身的阻抗特性频率重合时容易发生并联谐振，为铁路运行带来危害。目前通常采用高压无源滤波器来降低高次谐波，高压无源滤波器存在并联电容器的使用，而直接将并联电容器投入牵引网运行，会产生过电压降低并联电容器的使用寿命或者直接烧毁并联电容器，给系统运行带来危害。
发明内容
有鉴于此，本发明提出高压无源滤波器保护系统及方法，欲实现延长并联电容器的使用寿命的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
第一方面，本发明提供一种高压无源滤波器保护系统，包括：
采样端与牵引网连接的第一电压检测装置；
采样端与牵引网连接的第一电流检测装置；
串联的隔离开关、断路器和复合开关，所述串联的隔离开关、断路器和复合开关连接在高压无源滤波器和所述牵引网之间；
输出端与所述复合开关的控制端连接的触发电路；
第一信号采集端与所述电压检测装置的信号输出端连接，第二信号采集端与所述电流检测装置的信号输出端连接，第一控制信号输出端与所述触发电路的输入端连接，第二控制信号输出端与所述断路器的控制端连接的控制器。
可选的，高压无源滤波器保护系统，还包括：
与所述控制器通信连接的上位机。
可选的，高压无源滤波器保护系统，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的温度并传输至所述控制器的温度传感器。
可选的，高压无源滤波器保护系统，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器中的单个电容器的电压并传输至所述控制器的第二电压检测装置。
可选的，高压无源滤波器保护系统，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的压力并传输至所述控制器的压力传感器；
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的渗油情况并传输所述控制器的渗油检测装置；以及，
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的电流并传输至所述控制器的第二电流检测装置。
可选的，高压无源滤波器保护系统，所述控制器包括无线通信模块；
所述温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置均为包括无线通信模块，用于与所述控制器进行无线通信。
可选的，高压无源滤波器保护系统，还包括：
连接在所述高压无源滤波器的一端的避雷器。
第二方面，本发明提供一种高压无源滤波器保护方法，应用于第一方面中的控制器，包括：
获取所述牵引网的实时电压和实时电流；
根据所述实时电压和所述实时电流，计算得到谐波电流和谐波电压；
判断所述谐波电流是否大于预设电压阈值，以及判断所述谐波电压是否大于预设电流阈值；
在所述谐波电流大于所述预设电压阈值，或所述谐波电压大于所述预设电流阈值时，发送第一断开信号至所述复合开关，以使所述复合开关在电流过零点断开接触器；
发送第二断开信号至所述断路器的控制端，以控制所述断路器断开。
可选的，高压无源滤波器保护方法，还包括：
根据所述高压无源滤波器的并联电容器的运行参数，判断是否存在故障情况，以及计算得到所述并联电容器的当前使用寿命。
可选的，高压无源滤波器保护方法，在判断所述并联电容器出现故障后，还包括：
根据所述并联电容器发生故障时的运行参数，定位故障点。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种高压无源滤波器保护系统，包括检测牵引网的电流和电压的第一电流检测装置和第一电压检测装置，以及串联在高压无源滤波器和牵引网之间的复合开关，复合开关在电压过零导通以及电流过零切断，实现高压无源滤波器在过零电压投入运行，在过零电流切出，减小了对并联电容器的冲击，延长了并联电容器的使用寿命。
上述技术方案提供的一种高压无源滤波器保护方法，检测牵引网的谐波电流的过流情况和谐波电压的过压情况，在发生谐波电流过流或发生谐波电压过压时，切出高压无源滤波器，降低了高压无源滤波器中某些部件被击穿或者过热烧毁的风险。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高压无源滤波器保护系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种高压无源滤波器保护系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种高压无源滤波器保护方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，为本发明实施例提供的一种高压无源滤波器保护系统的结构示意图。该高压无源滤波器保护系统包括隔离开关QS、断路器QF、复合开关K、第一电压检测装置、第一电流检测装置、触发电路和控制器。其中，
第一电压检测装置的采样端与牵引网连接，信号输出端与控制器的第一信号采集端连接；第一电压检测装置检测牵引电网的电压，并传输至控制器。第一电流检测装置的采样端与牵引网连接，信号输出端与控制器的第二信号采集端连接；第一电流检测装置检测牵引电网的电流，并传输至控制器。在至少一个具体实施例中，第一电压检测装置为电压互感器，第一电流检测装置为电流互感器。
隔离开关QS、断路器QF和复合开关K串联在一起，连接在高压无源滤波器L和牵引网之间。本发明适用于单调谐、二阶和C型等存在并联电容器的高压无源滤波器，图1示出的为C型滤波器。
控制器的第一控制信号输出端与触发电路的输入端连接，第二控制信号输出端与断路器的控制端连接。触发电路的输出端与复合开关的控制端连接。复合开关由交流接触器和可控硅并联组成。复合开关的导通利用可控硅实现无涌流投切，投切完成后再将交流接触器主回路闭合，并退出可控硅。
本实施例提供的高压无源滤波器保护系统，复合开关K在电压过零导通以及电流过零切断，实现高压无源滤波器L在过零电压投入运行，在过零电流切出，减小了对并联电容器的冲击，延长了并联电容器的使用寿命。过零电压具体是指电压波形从正半周期向负半周期转换时的电压。过零电流具体指示电流波形从正半周期向负半周期转换时的电流。
参见图2，为本发明实施例提供的另一种高压无源滤波器保护系统的结构示意图。相比图1公开的高压无源滤波器保护系统还包括：上位机21、温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置、第二电流检测装置和避雷器。
上位机21与控制器通信连接。避雷器连接在高压无源滤波器L的一端，保护电器设备免受泪点过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏。温度传感器检测并联电容器的温度。第二电压检测装置检测并联电容器中的单个电容器的电压。压力传感器检测并联电容器的压力。渗油检测装置检测并联电容器的渗油情况。第二电流检测装置检测并联电容器的电流。温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置分别将各自采集的数据传输至控制器。
在至少一个具体实施例中，控制器包括无线通信模块；温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置均为包括无线通信模块。温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置与控制器分别进行无线通信。需要说明的是，度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置向控制器传输的数据均带有各自的IP地址，这样当控制器通过无线通信方式接收到数据时，可以识别出相应的发送端装置。
在至少一个具体实施例中，还包括温度传感器对高压无源滤波器中的电抗器和电阻器的温度进行采集，并传输至控制器，进行分析处理。
参见图3，为本发明实施例提供的一种高压无源滤波器保护方法的流程图。该方法包括步骤：
S31：获取牵引网的实时电压和实时电流。
S32：根据牵引网的实时电压和实时电流，计算得到谐波电流和谐波电压。
US为牵引网的实时电压，iS为牵引网的实时电流，ip为基波有功电流，iq为基波无功电流。对于单相电路，可以构造一个虚拟的α-β坐标系。isp为有功电流，isq为无功电流。US和iS的计算公式如下：
isp和isq的计算公式如下：
通过坐标变换，将静止坐标系下的变量，转换为旋转矢量，可以得到旋转坐标系下的有功电流ip和无功电流iq。如下式所示：
当n＝1时代入上式计算的基波有功电流i1p和基波无功电流i1q分别为:
在电源电流中减去基波有功电流，就可以得到谐波电流和谐波电压。
S33：判断谐波电流是否大于预设电压阈值，以及判断谐波电压是否大于预设电流阈值。
S34：在谐波电流大于预设电压阈值，或谐波电压大于预设电流阈值时，发送第一断开信号至复合开关，以使复合开关在电流过零点断开交流接触器。
S35：发送第二断开信号至断路器的控制端，以控制断路器断开。
可选的，高压无源滤波器保护方法，还包括步骤：根据高压无源滤波器的并联电容器的运行参数，判断是否存在故障情况，以及计算得到并联电容器的当前使用寿命。
判断并联电容器的故障情况具体包括判断并联电容器是否存在过流、过压、过温、压力超限、渗油和并联电容器容值超限等故障。发明人在实现本发明中发现，当并联电容器容值发生变化时，电压则跟随变化，在至少一个实施例中，根据电压值判断电容器的容值是否超限。
计算并联电容器的当前使用寿命具体包括预先确定并联电容器的初始使用寿命，以及确定每个故障类型在并联电容器的生命周期不同时刻发生对并联电容器寿命的影响值，这样每出现一次故障，控制会在设备使用寿命的基础上减去影响值，得到设备当前使用寿命。
可选的，在判断并联电容器出现故障后，还包括根据并联电容器发生故障时的运行参数，定位故障点。
对于装置实施例而言，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高压无源滤波器保护系统，其特征在于，包括：
采样端与牵引网连接的第一电压检测装置；
采样端与所述牵引网连接的第一电流检测装置；
串联的隔离开关、断路器和复合开关，所述串联的隔离开关、断路器和复合开关连接在高压无源滤波器和所述牵引网之间；
输出端与所述复合开关的控制端连接的触发电路；
第一信号采集端与所述电压检测装置的信号输出端连接，第二信号采集端与所述电流检测装置的信号输出端连接，第一控制信号输出端与所述触发电路的输入端连接，第二控制信号输出端与所述断路器的控制端连接的控制器。
2.根据权利要求1所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，还包括：
与所述控制器通信连接的上位机。
3.根据权利要求1所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的温度并传输至所述控制器的温度传感器。
4.根据权利要求3所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器中的单个电容器的电压并传输至所述控制器的第二电压检测装置。
5.根据权利要求4所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，还包括：
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的压力并传输至所述控制器的压力传感器；
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的渗油情况并传输所述控制器的渗油检测装置；以及，
用于检测所述高压无源滤波器的并联电容器的电流并传输至所述控制器的第二电流检测装置。
6.根据权利要求5所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，所述控制器包括无线通信模块；
所述温度传感器、第二电压检测装置、压力传感器、渗油检测装置和第二电流检测装置均为包括无线通信模块，用于与所述控制器进行无线通信。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的高压无源滤波器保护系统，其特征在于，还包括：
连接在所述高压无源滤波器的一端的避雷器。
8.一种高压无源滤波器保护方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7中任意一项所述的控制器，所述高压无源滤波器保护方法包括：
获取所述牵引网的实时电压和实时电流；
根据所述实时电压和所述实时电流，计算得到谐波电流和谐波电压；
判断所述谐波电流是否大于预设电压阈值，以及判断所述谐波电压是否大于预设电流阈值；
在所述谐波电流大于所述预设电压阈值，或所述谐波电压大于所述预设电流阈值时，发送第一断开信号至所述复合开关，以使所述复合开关在电流过零点断开接触器；
发送第二断开信号至所述断路器的控制端，以控制所述断路器断开。
9.根据权利要求8所述的高压无源滤波器保护方法，其特征在于，还包括：
根据所述高压无源滤波器的并联电容器的运行参数，判断是否存在故障情况，以及计算得到所述并联电容器的当前使用寿命。
10.根据权利要求9所述的高压无源滤波器保护方法，其特征在于，在判断所述并联电容器出现故障后，还包括：
根据所述并联电容器发生故障时的运行参数，定位故障点。
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