CN112014779B - 机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质 - Google Patents

机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质，该方法包括以下步骤：检测变压器原边电流的励磁电流特征量，所述励磁电流特征量包括二次谐波含量；获取主断路器的闭合时长，将所述主断路器的闭合时长与指定时间阈值进行比较；当所述主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第一指定门限值进行比较，得到第一比较结果，根据所述第一比较结果判断所述变压器是否励磁异常。本实施例能够在变流器运行前或运行时，尤其在非励磁闭合主断时刻，能够实时诊断出变压器的励磁异常，及时采取措施，有效保护列车变流器及供电系统。

Description

机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质
技术领域
本发明涉及电气系统技术领域，尤其涉及一种机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质。
背景技术
随着大功率变流技术的发展，电力机车或电动车组普遍采用交-直-交方式的交流传动牵引系统。交流传动牵引系统主要由受电弓、变压器、整流器、中间直流回路、逆变器、牵引电机等组成。电气化铁路上，供电网是为电力机车或电动车组提供电能的电线网。车载变压器将铁路供电网高压交流电转换为较低电压等级的交流电，其容量一般在兆伏安级别。作为牵引系统的重要电气部件，车载变压器一旦发生励磁异常，会对供电系统及列车变流器造成影响。
在如下几种情况中，变压器可能会出现励磁异常：(1)在电力机车或者动车组升弓合主断时，变压器励磁过程中会产生较大励磁涌流，如果在此时启动变流器会导致变流器模块过流，导致变流器损坏；(2)列车在线路运行过程中遇到分相区间时，需要断开主断路器，在出分相区的时刻，如果牵引变压器在剩磁衰减前投入会大概率出现严重的励磁涌流，从而对列车以及供电系统造成不良影响，其中，分相区是电气化铁路的无电区间，是将不同变电所供出的不同相位的电，通过两个分相开关进行隔离，以防止异相电短路并造成熔断接触网的区间；(3)列车在线路运行过程中，如果列车弓网接触不良，或者偶发遇到网压短时中断、异常畸变等情况，会导致变压器励磁异常，从而触发变流器的工作过流保护。
针对上述问题，亟需一种对机车变压器的励磁异常进行实时诊断的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种机车变压器励磁异常的诊断方法、电子设备和存储介质，以解决对机车变压器的励磁异常进行实时诊断问题。
第一方面，本申请的实施方式提供一种机车变压器励磁异常的诊断方法，包括以下步骤：检测变压器原边电流的励磁电流特征量，所述励磁电流特征量包括二次谐波含量；获取主断路器的闭合时长，将所述主断路器的闭合时长与指定时间阈值进行比较；当所述主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第一指定门限值进行比较，得到第一比较结果，根据所述第一比较结果判断所述变压器是否励磁异常。
在一实施方式中，检测变压器原边电流的励磁电流特征量，包括：采集变压器的原边电流；利用陷波滤波器对所述变压器的原边电流进行滤波分析，提取所述变压器的励磁电流特征量。
在一实施方式中，根据所述第一比较结果判断所述变压器是否励磁异常，包括：当励磁电流特征量大于第一指定门限值时，判定所述变压器励磁异常；当励磁电流特征量小于或等于第一指定门限值时，判定所述变压器励磁正常。
在一实施方式中，所述方法还包括：当所述主断路器的闭合时长大于或等于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第二指定门限值进行比较，得到第二比较结果，根据所述第二比较结果判断所述变压器是否励磁异常；其中所述第二指定门限值小于所述第一指定门限值。
在一实施方式中，根据所述第二比较结果判断所述变压器是否励磁异常，包括：当励磁电流特征量大于第二指定门限值时，判定所述变压器励磁异常；当励磁电流特征量小于或等于第二指定门限值时，判定所述变压器励磁正常。
在一实施方式中，所述指定时间阈值为所述变压器的励磁涌流持续的最长时间。
在一实施方式中，诊断方法还包括步骤：当判定所述变压器励磁异常时，检测变流器是否启动；如果所述变流器没有启动，则禁止启动所述变流器，如果所述变流器已经启动，则关断所述变流器。
在一实施方式中，诊断方法还包括步骤：确定机车在指定速度运行区间内允许变压器发生励磁异常的次数阈值；统计机车运行在指定速度运行区间时所述变压器发生励磁异常的次数；将所述变压器发生励磁异常的次数与所述异常次数阈值进行比较，当所述变压器发生励磁异常的次数大于或等于所述异常次数阈值时，采取指定安全措施。
在一实施方式中，所述指定安全措施包括切除变压器和/或检查弓网。
第二方面，本申请的实施方式提供一种电子设备，包括控制器和存储有程序代码的存储介质，所述程序代码被处理器执行时，实现如上文所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
第三方面，本申请的实施方式提供一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
本申请专利针对处于高压运行状态的变压器进行实时诊断，通过采集变压器的原边电流、主断路器的状态、变流器的运行状态等信号，根据机车变压器的电气特性，将变压器原边电流加入到陷波滤波器得到励磁电流特征量，以辨识变压器的励磁异常状态，保护供电设备及变流器。本申请提出的机车变压器励磁异常的诊断方法，能够在变流器运行前或运行时，实时诊断出变压器的励磁异常，及时采取措施，有效保护列车变流器及供电系统。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为根据本申请一实施方式的机车变压器励磁异常的诊断方法的流程图；
图2为根据本申请一实施方式的变压器电路模型示意图；
图3为根据本申请一实施方式的原边电流的励磁电流特征量的采集装置示意图；
图4为根据本申请一实施方式的变压器励磁异常的判断逻辑图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在机车变压器发生励磁异常时，通常表现为原边电流的励磁电流异常增大。本申请通过对机车变压器的原边电流进行分析，根据主断路器闭合的时间长短，对变压器是否励磁异常进行诊断。
图1为根据本申请一实施方式的机车变压器励磁异常的诊断方法的流程图。如图1所示，本申请的实施方式提供一种机车变压器励磁异常的诊断方法，包括以下步骤：
S110：检测变压器原边电流的励磁电流特征量，励磁电流特征量包括二次谐波含量。
图2为根据本申请一实施方式的变压器电路模型示意图。如图2所示，作为变压器的一个示例性的实施例，包括一个原边绕组和两个副边绕组。其中，I表示变压器的原边电流，R1表示原边线圈的导线损耗，L1表示原边线圈的漏感，Rm表示原边的铁芯损耗，Lsat表示变压器励磁电感，R2和R3分别表示各副边线圈的导线损耗，L2和L3分别表示各副边线圈的漏感。
在一实施方式中，励磁电流特征量可以包括励磁电流的最大值、励磁电流的最小值以及原边电流的二次谐波含量等，在本申请中，我们通过分析原边电流的二次谐波含量，来实现对变压器是否励磁异常的诊断。
在一实施方式中，检测变压器原边电流的励磁电流特征量，包括：采集变压器的原边电流；利用陷波滤波器对变压器的原边电流进行滤波分析，提取变压器的励磁电流特征量。
图3为根据本申请一实施方式的原边电流的励磁电流特征量采集装置的示意图。如图3所示，原边电流的励磁电流特征量采集装置200包括：电流互感器210，AD采样电路220和陷波滤波器230。在采集过程中，利用电流互感器检测变压器的原边电流，利用与电流互感器连接的AD采样电路将采集的变压器的原边电流由模拟信号转换为数字信号，并将所采集的原边电流输入到陷波滤波器，利用陷波滤波器滤出原边电流中的二次谐波含量。
AD采样电路可以将采集到的的模拟信号转换成数字信号，以便于处理器进行处理。陷波滤波器相当于阻带为某一特定频率的带阻滤波器，可以用来滤除特定频率的谐波分量而不影响其他频率段的控制性能。在一实施方式中，陷波滤波器的传递函数可以用下式表示：
Figure BDA0002575356940000041
其中，A0为滤波器增益，ωn为特征角频率，代表所需滤除的谐波频率，Q为等效品质因素，代表陷波滤波器的选频特性。
S120：获取主断路器的闭合时长，将主断路器的闭合时长与指定时间阈值进行比较。
其中，主断路器是指用以接通和切断电力机车和电动车组电源的总开关。在主电路发生短路、接地等故障时主断路器能迅速断开，起到保护作用。在列车设备方面，将位于受电弓和变压器之间的真空断路器(VCB，Vacuum Circuit Breaker)称为主断路器。
变压器在0-360度中的任意一个角度闭合主断路器时所产生的励磁涌流的持续时间可能都不相同，这是由变压器的自身特性决定的。在一实施方式中，可以在闭合主断路器后，将测得的变压器的励磁涌流持续的最长时间作为指定时间阈值，也即变压器自身励磁涌流的最短的安全时间是根据实验所得的变压器的最长的励磁涌流持续时间来设定的。
在一实施方式中，变压器的励磁涌流持续的最长时间可以通过闭合主断的实验进行确定。闭合主断的实验可以通过以下方式实施，在变压器0～360度的任一个角度闭合主断路器，统计每次闭合主断路器后变压器的励磁涌流的持续时间，选取其中最长的持续时间作为指定时间阈值。
S130：当主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第一指定门限值进行比较，得到第一比较结果，根据第一比较结果判断变压器是否励磁异常。
当主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，说明主断路器刚刚闭合或闭合时间较短，变压器中很可能仍然存在较大的励磁涌流。在这种情况下，第一指定门限值可以设定为一个较大的值，例如可以为50A、60A等等。
主断路器在不同的网压相位闭合时，励磁涌流的大小不一样，第一指定门限值可以按照最大的励磁涌流进行设定。
在一实施方式中，根据第一比较结果判断变压器是否励磁异常，包括：当励磁电流特征量大于第一指定门限值时，判定变压器励磁异常；当励磁电流特征量小于或等于第一指定门限值时，判定变压器励磁正常。
在一实施方式中，方法还包括：当主断路器的闭合时长大于或等于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第二指定门限值进行比较，得到第二比较结果，根据第二比较结果判断变压器是否励磁异常；其中第二指定门限值小于第一指定门限值。
当主断路器的闭合时长大于或等于指定时间阈值时，说明主断路器闭合的时间较长，变压器中几乎没有较大的励磁涌流。在这种情况下，第二指定门限值可以设定为一个相对于第一指定门限值较小的值，例如可以设定为10A、20A等等。
具体的第一指定门限值和第二指定门限值的数值可以根据变压器的自身特性进行设定，在此不做具体限定。在一实施方式中，可以根据跟车测试收集的数据结果确定变压器的第一指定门限值和第二指定门限值。跟车测试具体可以通过以下方式实施，收集机车在运行过程中，每次闭合主断路器时变压器的励磁涌流的数值大小，从中确定出第一指定门限值和第二指定门限值。
例如，通过跟车测试共收集了10次刚刚闭合主断路器时变压器的励磁涌流的数值，分别为20A、30A、35A、30A、40A、25A、35A、20A、30A和35A，则可以将其中的最大值40A作为第一指定门限值；通过跟车测试共收集了10次闭合主断路器后，变流器正常运行时变压器的励磁涌流的数值，分别为4A、20A、5A、3A、2A、1A、1A、2A、0A和1A，则可以将其中的最大值20A作为第二指定门限值。
在一实施方式中，根据第二比较结果判断变压器是否励磁异常，包括：当励磁电流特征量大于第二指定门限值时，判定变压器励磁异常；当励磁电流特征量小于或等于第二指定门限值时，判定变压器励磁正常。
图4为根据本申请一实施方式的牵引变压器励磁异常的判断逻辑图。如图4所示，首先将采集到的变压器的原边电流进行陷波器滤波得到原边电流的励磁电流特征量。
当主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第一指定门限值进行比较，如果励磁电流特征量大于第一指定门限值，则判定牵引变压器励磁异常，如果励磁电流特征量小于或等于第一指定门限值，则判定牵引变压器励磁正常。
当主断路器的闭合时长大于或等于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第二指定门限值进行比较，如果励磁电流特征量大于第二指定门限值，则判定牵引变压器励磁异常，如果励磁电流特征量小于或等于第二指定门限值，则判定牵引变压器励磁正常。其中，第二指定门限值小于第一指定门限值。
当判定牵引变压器励磁正常时，允许变流器启动，当判定牵引变压器励磁异常时则禁止变流器启动，从而保护机车的电气设备和供电系统免于损坏。
在一实施方式中，诊断方法还包括步骤：当判定变压器励磁异常时，检测变流器是否启动；如果变流器没有启动，则禁止启动变流器，如果变流器已经启动，则关断变流器。
其中，变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。
在剩磁衰减前投入牵引变压器会造成励磁涌流，此时励磁电流特征量也会出现异常增大，但是此时禁止变流器启动则不会造成变流器故障。相应地，为了快速启动变流器，可以设定第一指定门限值大于第二指定门限值。
当判定变压器励磁异常时，禁止变压器启动，能够及时有效的保护机车变流器及供电系统，避免造成更大的损失。
在一实施方式中，诊断方法还包括步骤：确定机车在指定速度运行区间内允许变压器发生励磁异常的次数阈值；统计机车运行在指定速度运行区间时变压器发生励磁异常的次数；将变压器发生励磁异常的次数与异常次数阈值进行比较，当变压器发生励磁异常的次数大于或等于异常次数阈值时，采取指定安全措施。在一实施方式中，指定安全措施包括切除变压器和/或检查弓网。
例如，机车在50km/h-70km/h的速度运行时，如果累计达到3次触发变压器励磁异常，则切除变压器或者进行弓网检查，以防止受电弓被频繁弓网离线引发的电弧烧灼损坏。
本申请专利针对处于高压运行状态的变压器进行实时诊断，通过采集变压器的原边电流、主断路器的状态、变流器的运行状态等信号，根据机车变压器的电气特性，将变压器原边电流加入到陷波滤波器得到励磁电流特征量，以辨识变压器的励磁异常状态，保护供电设备及变流器。本申请提出的机车变压器励磁异常的诊断方法，能够在变流器运行前或运行时，尤其在非励磁闭合主断时刻，能够实时诊断出变压器的励磁异常，及时采取措施，有效保护列车变流器及供电系统。
本申请提出的机车变压器励磁异常的诊断方法，也适用于其它变压器领域。例如可以适用于工业用单相变压器、工业用三相变压器等。只要在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。
本申请的实施方式还提供一种电子设备，包括控制器和存储有程序代码的存储介质，程序代码被处理器执行时，实现如上文所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在一实施方式中，控制器可以被实施为处理器(例如数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片)或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。
本申请的实施方式还提供一种存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
在一实施方式中，存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
需要注意的是，这里所使用的的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应当理解的是，本说明书中的示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，而不应当理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种机车变压器励磁异常的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测变压器原边电流的励磁电流特征量，所述励磁电流特征量包括二次谐波含量；
获取主断路器的闭合时长，将所述主断路器的闭合时长与指定时间阈值进行比较；
当所述主断路器的闭合时长小于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第一指定门限值进行比较，得到第一比较结果，根据所述第一比较结果判断所述变压器是否励磁异常；
当所述主断路器的闭合时长大于或等于指定时间阈值时，将励磁电流特征量与第二指定门限值进行比较，得到第二比较结果，根据所述第二比较结果判断所述变压器是否励磁异常；其中所述第二指定门限值小于所述第一指定门限值；
所述指定时间阈值为所述变压器的励磁涌流持续的最长时间。
2.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，检测变压器原边电流的励磁电流特征量，包括：
采集变压器的原边电流；
利用陷波滤波器对所述变压器的原边电流进行滤波分析，提取所述变压器的励磁电流特征量。
3.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，根据所述第一比较结果判断所述变压器是否励磁异常，包括：
当励磁电流特征量大于第一指定门限值时，判定所述变压器励磁异常；
当励磁电流特征量小于或等于第一指定门限值时，判定所述变压器励磁正常。
4.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，根据所述第二比较结果判断所述变压器是否励磁异常，包括：
当励磁电流特征量大于第二指定门限值时，判定所述变压器励磁异常；
当励磁电流特征量小于或等于第二指定门限值时，判定所述变压器励磁正常。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的诊断方法，其特征在于，还包括步骤：
当判定所述变压器励磁异常时，检测变流器是否启动；
如果所述变流器没有启动，则禁止启动所述变流器，如果所述变流器已经启动，则关断所述变流器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的诊断方法，其特征在于，还包括步骤：
确定机车在指定速度运行区间内允许变压器发生励磁异常的次数阈值；
统计机车运行在指定速度运行区间时所述变压器发生励磁异常的次数；
将所述变压器发生励磁异常的次数与所述异常次数阈值进行比较，当所述变压器发生励磁异常的次数大于或等于所述异常次数阈值时，采取指定安全措施。
7.根据权利要求6所述的诊断方法，其特征在于，所述指定安全措施包括切除变压器和/或检查弓网。
8.一种电子设备，包括控制器和存储有程序代码的存储介质，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
9.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的机车变压器励磁异常的诊断方法的步骤。
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