CN113311262B - 电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法 - Google Patents

电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，本方法采用高频模拟量输入信号采集单元采集整流器输出的触发脉冲驱动信号；采集单元的输出信号传输至主控单元，主控单元根据触发脉冲驱动信号对初始采样时间和顺序进行判断、对触发脉冲电压异常进行判断、以及对触发脉冲丢失和波形畸变进行检测，统计波形丢失数量并存储。本方法克服传统电弧炉整流器可控硅触发脉冲异常检测的缺陷，通过高频采集触发脉冲，结合功率单元电气特性参数，实现触发脉冲是否异常的显示和预警，确保电弧炉的可靠运行。

Description

电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法
技术领域
本发明涉及电气设备监测与诊断技术领域，尤其涉及一种电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法。
背景技术
电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉，气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上，适于优质合金钢的熔炼。电弧炉大多采用可控硅整流器驱动运行，而一般可控硅整流器的保护装置大多只局限于断相保护和三相严重不平衡保护，实际应用中, 可控硅整流器中如有一组或多组触发脉冲电路损坏, 使其对应的可控硅丢失触发脉冲, 同样也会造成输出电压低落、波纹增大、负载设备运行异常等故障。
目前, 针对可控硅触发脉冲是否丢失的检测,大都是通过人为观测并借助示波器来确定, 其故障诊断准确性差，且不能预测整流器并联可控硅不均流故障，无整流器可控硅触发脉冲异常预警，严重影响电弧炉的可靠运行，提高了可控硅及快熔的损坏率，增加了电弧炉的运行成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，本方法克服传统电弧炉整流器可控硅触发脉冲异常检测的缺陷，通过高频采集触发脉冲，结合功率单元电气特性参数，实现触发脉冲是否异常的显示和预警，确保电弧炉的可靠运行。
为解决上述技术问题，本发明电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法包括如下步骤：
步骤一、采用高频模拟量输入信号采集单元对整流器六路触发脉冲驱动信号进行采集；
步骤二、高频模拟量输入信号采集单元的输出信号传输至主控单元，主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对初始采样时间以及顺序进行判断，以50us为时间片，计算六路触发脉冲驱动信号的平均值，当检测到六路触发脉冲驱动信号中两路存在可靠脉冲信号时，判断该两路脉冲信号属于同相位，若不符合即通过监控单元报警，确定所有相位衔接都正确则确认驱动顺序无误；
步骤三、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲电压异常进行判断，检测各路触发脉冲的驱动电压信号，在连续地采集到触发脉冲序列中三个大于驱动电压额定值的高电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否大于可置信高电平触发电压值；在连续地采集到触发脉冲序列中三个低于驱动电压额定值的低电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否小于可置信低电平触发电压值；连续检测100次，并且都满足驱动电压平均值不小于可置信低电平触发电压值时，则触发脉冲电压正常，若1～3次不满足判定为警告，4次及其以上不满足则判定为故障；
步骤四、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲丢失以及波形畸变进行检测，主控单元存储有标准触发脉冲波形，在探测到各路触发脉冲波形后，截取该触发脉冲波形及其前后50us电压数据，以10us的步距对截取的触发脉冲波形和标准触发脉冲波形的欧式距离进行计算，以5次计算得到最小距离组和次小距离组；在最小距离组与次小距离组之间再次展开以1us为步距的5次欧式距离计算，得到最小距离数组，最小距离数组为截取触发脉冲波形与标准触发脉冲波形对齐的数组对；
步骤五、以触发脉冲周期的触发脉冲电压信号进行分片，对每一个周期数据片进行相似性计算，找出其中相似度低于设定阈值的片段，则判断该片段内采样触发脉冲波形丢失，统计波形丢失的数量并存储。
进一步，步骤一中整流器六路触发脉冲驱动信号的电流信号和电压信号分别采用分流器和分压器采集获取。
进一步，所述高频模拟量输入信号采集单元的最大采样频率为20MS/s。
进一步，对高频模拟量输入信号采集单元采集的信号数据进行野值剔除，去除毛刺噪声，提高信号数据处理的抗干扰度。
进一步，步骤五中设定阈值为触发脉冲额定电压的90%。
由于本发明电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法采用了上述技术方案，即本方法采用高频模拟量输入信号采集单元采集整流器输出的触发脉冲驱动信号；采集单元的输出信号传输至主控单元，主控单元根据触发脉冲驱动信号对初始采样时间和顺序进行判断、对触发脉冲电压异常进行判断、以及对触发脉冲丢失和波形畸变进行检测，统计波形丢失数量并存储。本方法克服传统电弧炉整流器可控硅触发脉冲异常检测的缺陷，通过高频采集触发脉冲，结合功率单元电气特性参数，实现触发脉冲是否异常的显示和预警，确保电弧炉的可靠运行。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法的系统构成示意图。
具体实施方式
本发明电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法包括如下步骤：
步骤一、采用高频模拟量输入信号采集单元对整流器的六路触发脉冲驱动信号进行采集；
步骤二、高频模拟量输入信号采集单元的输出信号传输至主控单元，主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对初始采样时间以及顺序进行判断，由于触发采集单元采样的触发信号的产生并不一定与六路触发脉冲信号完全同步，因此采集单元介入采样的初始时间点并不一定与各路触发脉冲的包络对齐，而且在采集单元介入采样之前并不知道当前可控硅导通的相位，因此需根据采样介入的50us～300us时间内的数据确认当前触发脉冲的相位，以及脉冲触发相位组合是否正常；因此以50us为时间片，计算六路触发脉冲驱动信号的平均值，当检测到六路触发脉冲驱动信号中两路存在可靠脉冲信号时，判断该两路脉冲信号属于同相位，若不符合即通过监控单元报警，确定所有相位衔接都正确则确认驱动顺序无误；
步骤三、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲电压异常进行判断，检测各路触发脉冲的驱动电压信号，在连续地采集到触发脉冲序列中三个大于驱动电压额定值的高电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否大于可置信高电平触发电压值；在连续地采集到触发脉冲序列中三个低于驱动电压额定值的低电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否小于可置信低电平触发电压值；连续检测100次，并且都满足驱动电压平均值不小于可置信低电平触发电压值时，则触发脉冲电压正常，若1～3次不满足判定为警告，4次及其以上不满足则判定为故障；
步骤四、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲丢失以及波形畸变进行检测，主控单元存储有标准触发脉冲波形，在探测到各路触发脉冲波形后，截取该触发脉冲波形及其前后50us电压数据，以10us的步距对截取的触发脉冲波形和标准触发脉冲波形的欧式距离进行计算，以5次计算得到最小距离组和次小距离组；在最小距离组与次小距离组之间再次展开以1us为步距的5次欧式距离计算，得到最小距离数组，最小距离数组为截取触发脉冲波形与标准触发脉冲波形对齐的数组对；
步骤五、以触发脉冲周期的触发脉冲电压信号进行分片，对每一个周期数据片进行相似性计算，找出其中相似度低于设定阈值的片段，则判断该片段内采样触发脉冲波形丢失，统计波形丢失的数量并存储。
优选的，步骤一中整流器六路触发脉冲驱动信号的电流信号和电压信号分别采用分流器和分压器采集获取。
优选的，所述高频模拟量输入信号采集单元的最大采样频率为20MS/s（每秒百万采样数）。触发脉冲一般都是比较窄的尖顶脉冲或矩形脉冲,要准确无误地检测出来, 则要求采集单元有较高的灵敏度，显然, 信号的检测是整个系统的关键。通常触发脉冲电压信号范围为0～10V, 脉冲宽度为6.667ms, 幅值测量误差1%F.S, 时间分辨力100μs。因此，采集单元的最大采样频率设定为20MS/s。
优选的，对高频模拟量输入信号采集单元采集的信号数据进行野值剔除，去除毛刺噪声，提高信号数据处理的抗干扰度。
优选的，步骤五中设定阈值为触发脉冲额定电压的90%。
本方法的系统构成如图1所示，由高频模拟量输入信号采集单元U1、主控单元U2以及监控单元U3构成，高频模拟量输入信号采集单元U1分别采集电弧炉三相整流器控制系统U4的脉冲触发单元的触发脉冲信号、同步触发单元的同步脉冲基准信号、分流器监测单元的输出电流信号以及电压监测单元的直流电压信号。主控单元对采集的模拟量信号数据进行处理，通过不同的算法，将触发脉冲波形数据传输至监控单元。监控单元由服务器组成，对数据进行分类、分析和存储，并对典型故障进行自动识别和预警。同时，将预警异常信息以通信方式传输到电弧炉的控制系统，并在人机界面进行组态。
本方法运行等待电弧炉准备炼钢启弧的触发信号，并在接收到触发信号后开始进行信号采集、处理、识别，判断触发脉冲相序、电压是否正确，判断所有检测窗口的切换点是否存在，综合整个判断过程得出故障的类型及其位置，有效时间约20秒，周期约为30分钟。
由于电弧炉整流器通过触发脉冲来控制可控硅的导通，因此判断发出的六路触发脉冲顺序是否正确、电压是否正常、是否存在触发脉冲丢失、是否存在波形畸变，判断触发脉冲顺序是否正确、电压是否正常，统计触发脉冲丢失、畸变的数量及其比率可以作为重要的参数来衡量可控硅触发脉冲信号的质量，并为故障报警、检修提供依据。
本方法通过非侵入式的方式采集电弧炉整流器可控硅电流、触发脉冲、同步信号、直流电压信号以及电流信号，对有效数据进行分析处理，并给出各参数变化趋势，根据触发脉冲特征, 诊断整流器可控硅触发脉冲丢失、序列异常、幅值畸变等故障以及输出电压异常识别报警。降低电弧炉的运行成本, 提高电弧炉运行的可靠性和运行效率。

Claims (5)

1.一种电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、采用高频模拟量输入信号采集单元对整流器的六路触发脉冲驱动信号进行采集；
步骤二、高频模拟量输入信号采集单元的输出信号传输至主控单元，主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对初始采样时间以及顺序进行判断，以50us为时间片，计算六路触发脉冲驱动信号的平均值，当检测到六路触发脉冲驱动信号中两路存在可靠脉冲信号时，判断该两路脉冲信号属于同相位，若不符合即通过监控单元报警，确定所有相位衔接都正确则确认驱动顺序无误；
步骤三、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲电压异常进行判断，检测各路触发脉冲的驱动电压信号，在连续地采集到触发脉冲序列中三个大于驱动电压额定值的高电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否大于可置信高电平触发电压值；在连续地采集到触发脉冲序列中三个低于驱动电压额定值的低电平信号时求其平均值，判断其平均值的驱动电压是否小于可置信低电平触发电压值；连续检测100次，并且都满足驱动电压平均值不小于可置信低电平触发电压值时，则触发脉冲电压正常，若1～3次不满足判定为警告，4次及其以上不满足则判定为故障；
步骤四、主控单元根据六路触发脉冲驱动信号对触发脉冲丢失以及波形畸变进行检测，主控单元存储有标准触发脉冲波形，在探测到各路触发脉冲波形后，截取该触发脉冲波形及其前后50us电压数据，以10us的步距对截取的触发脉冲波形和标准触发脉冲波形的欧式距离进行计算，以5次计算得到最小距离组和次小距离组；在最小距离组与次小距离组之间再次展开以1us为步距的5次欧式距离计算，得到最小距离数组，最小距离数组为截取触发脉冲波形与标准触发脉冲波形对齐的数组对；
步骤五、以触发脉冲周期的触发脉冲电压信号进行分片，对每一个周期数据片进行相似性计算，找出其中相似度低于设定阈值的片段，则判断该片段内采样触发脉冲波形丢失，统计波形丢失的数量并存储。
2.根据权利要求1所述的电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，其特征在于：步骤一中整流器六路触发脉冲驱动信号的电流信号和电压信号分别采用分流器和分压器采集获取。
3.根据权利要求1所述的电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，其特征在于：所述高频模拟量输入信号采集单元的最大采样频率为20MS/s。
4.根据权利要求1所述的电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，其特征在于：对高频模拟量输入信号采集单元采集的信号数据进行野值剔除，去除毛刺噪声，提高信号数据处理的抗干扰度。
5.根据权利要求1所述的电弧炉三相整流器可控硅触发脉冲的在线检测方法，其特征在于：步骤五中设定阈值为触发脉冲额定电压的90%。
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