EP2430736A1 - Method for identifying dirt and/or dew on components of a voltage intermediate circuit converter - Google Patents
Method for identifying dirt and/or dew on components of a voltage intermediate circuit converterInfo
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Definitions
- the invention relates to a method for the identification of contamination and / or condensation of components of a voltage source converter.
- a method for detecting a degree of contamination of an operated converter device is known. According to this method, a surface conductance of a part of the converter device exposed to the ambient air of the converter device is determined and compared with a predetermined limit value. This comparative value is a measure of the degree of pollution of the judge device. With this method, the danger of a protective shutdown of the converter unit as a result of contamination is detected before an interruption in operation. Such contamination of the converter device arises precisely when this converter is not operated according to its degree of protection.
- the invention is based on the object of specifying a method by means of which, at least during a precharging process, a DC link capacitor of a DC voltage converter can be identified with a degree of contamination and / or condensation.
- This method according to the invention makes use of the fact that, in the case of converters with a voltage intermediate circuit, when the converter is switched on, the DC link DC voltage at the DC link capacitor, which has at least one capacitor, is built up slowly. Among other things, this serves to protect components involved and to limit inrush current. However, contamination and / or condensation, which would lead to breakdown at full DC link voltage, only leads to partial discharges if the voltage is sufficiently low. These partial discharges are identified and evaluated according to the invention by means of partial discharge measurement technology.
- a warning that contamination and / or condensation is present should indicate that a further increase in voltage could lead to breakdown.
- the recording of the time course of a partial discharge pulse current is at a voltage in DC voltage
- a pulse-shaped compensating current flows, for example, from a ground electrode to the converter ground.
- a measurement of this pulse-shaped current takes place by means of a measuring transducer, for example a Rogowski coil. Due to the characteristic pulse shape with a corresponding frequency spectrum, due to the frequency and the temporal relationship with an occurring intermediate circuit voltage of the converter is concluded that a partial discharge.
- the converter control controls the charging process of the voltage intermediate circuit of the inverter, it is advantageous that this also performs the analysis of the current pulse. For this reason, the partial discharge sensor transmits its signal to the controller of the inverter, in which then the frequency analysis takes place. Also found in this inverter the selection of a warning to be displayed.
- a degree of contamination and / or condensation can be determined during a precharging operation of a DC link capacitor of a DC link converter, so that this contamination and / or dewing no longer lead to flashovers with their consequences.
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Abstract
The invention relates to a method for identifying dirt and/or dew on components of a voltage intermediate circuit converter. According to the invention, the temporal curve of a partial discharge pulsed current is detected at least during a precharging process of an intermediate circuit capacitor of the voltage intermediate circuit converter comprising at least one capacitor, wherein a frequency spectrum is calculated from said current pulse, and wherein depending of the result, a dirt warning and/or a dew warning is activated. Thus, the degree of dirt and/or dew of said voltage intermediate circuit converter can be determined at least during a charging process of an intermediate circuit capacitor of a voltage intermediate circuit converter, thereby preventing a breakdown including the consequences thereof.
Description
Beschreibungdescription
Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrich- tersMethod for identifying contamination and / or condensation of components of a voltage source converter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Umrichters .The invention relates to a method for the identification of contamination and / or condensation of components of a voltage source converter.
Bei Umrichtern, insbesondere Spannungszwischenkreis-Umrichtern, kommt es durch Betrieb mit Betauung oder unzulässiger Verschmutzung zu Überschlägen, die den Umrichter beschädigen oder zerstören.For converters, in particular voltage source inverters, operation with condensation or impermissible contamination leads to flashovers that damage or destroy the inverter.
Durch eine entsprechende robuste Ausführung, beispielsweise ausreichende Bemessung von Luft- und Kriechstrecken bzw. hoher Schutzgrad, wird versucht, die Empfindlichkeit gegen Betrieb mit Betauung und/oder Verschmutzung zu reduzieren. Ein Betrieb mit Betauung und/oder Verschmutzung ist ein unsachgemäßer Betrieb, der normalerweise nicht zulässig ist. Hinweise in einer dem Umrichter zugehörigen Dokumentation (Betriebsanleitung, Inbetriebnahmeanleitung, Katalog) sollen dafür sorgen, dass ein Umrichter nur sachgemäß benutzt wird. D.h., dass ein unsachgemäßer Betrieb nicht auftreten dürfte.By a corresponding robust design, for example, sufficient sizing of creepage distances and creepage distances or high degree of protection, it is attempted to reduce the sensitivity to operation with condensation and / or contamination. Operation with condensation and / or contamination is improper operation, which is normally not permitted. Notes in a documentation accompanying the inverter (Operating Instructions, Commissioning Instructions, Catalog) should ensure that a converter is only used properly. That is, improper operation is unlikely to occur.
Umstände bei Beschädigung oder Zerstörung eines Umrichters lassen vermuten, dass Benutzungshinweise nicht eingehalten wurden. D.h., dass der beschädigte oder zerstörte Umrichter nicht sachgemäß verwendet worden ist.Circumstances in the event of damage or destruction of an inverter suggest that the user instructions were not adhered to. That is, the damaged or destroyed inverter has not been used properly.
Aus der DE 10 2004 018 578 B4 ist ein Verfahren zur Erfassung eines Verschmutzungsgrades eines betriebenen Umrichtergerätes bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird eine Oberflächenleitfä- higkeit eines der Umgebungsluft des Umrichtergerätes ausgesetzten Teils des Umrichtergerätes ermittelt und mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Dieser ermittelte Vergleichswert ist ein Maß für einen Verschmutzungsgrad des Um-
richtergerätes . Mit diesem Verfahren wird noch vor einer Betriebsunterbrechung die Gefahr einer Schutzabschaltung des Umrichtergerätes in Folge Verschmutzung erkannt. Eine derartige Verschmutzung des Umrichtergerätes entsteht genau dann, wenn dieses Umrichtergerät nicht entsprechend seines Schutzgrades betrieben wird.From DE 10 2004 018 578 B4 a method for detecting a degree of contamination of an operated converter device is known. According to this method, a surface conductance of a part of the converter device exposed to the ambient air of the converter device is determined and compared with a predetermined limit value. This comparative value is a measure of the degree of pollution of the judge device. With this method, the danger of a protective shutdown of the converter unit as a result of contamination is detected before an interruption in operation. Such contamination of the converter device arises precisely when this converter is not operated according to its degree of protection.
Aus der DE 10 2007 023 056 Al ist ein Verfahren zum Schutz der Betauung einer zur kühlenden Vorrichtung bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird in Abhängigkeit einer ermittelten Temperatur einer Kühlvorrichtung der zu kühlenden Vorrichtung, einer ermittelten Kühlmitteleintrittstemperatur und einer vorgegebenen Temperatur einer der zu kühlenden Vorrichtung umgebenden Luft ein Stellsignal generiert, mit dem der Kühl- mittelvolumenstrom derart eingestellt wird, dass die Temperatur der Kühlvorrichtung gleich der Umgehungsluft ist. Dadurch wird verhindert, dass im Bereich der Kühlvorrichtung eine flüssige Phase der Luft ausfällt und sich an zu kühlende Vorrichtungen dieses Bereiches der Kühlvorrichtung niederschla- gen kann. Somit wird ein Betauungsschutz erreicht.From DE 10 2007 023 056 Al a method for protecting the condensation of a device to be cooled is known. In accordance with this method, as a function of a determined temperature of a cooling device of the device to be cooled, a determined coolant inlet temperature and a predetermined temperature of the air surrounding the device to be cooled, a control signal is generated with which the coolant volume flow is adjusted such that the temperature of the cooling device is the same the bypass air is. This prevents a liquid phase of the air from precipitating in the region of the cooling device and being able to be reflected by devices of this region of the cooling device to be cooled. Thus, a condensation protection is achieved.
Diese bekannten Verfahren werden während des Betriebes eines Umrichters, insbesondere eines Spannungszwischenkreis-Umrichters, ausgeführt. Dadurch können diese bekannten Verfahren einen Umrichter, der nach längerem Stillstand wieder betrieben werden soll, nicht davor schützen, dass es in Folge von Betauung und/oder unzulässiger Verschmutzung zu Überschlägen kommt .These known methods are carried out during the operation of an inverter, in particular a voltage source converter. As a result, these known methods can not protect a converter, which is to be operated again after a long standstill, from flashovers as a result of condensation and / or impermissible contamination.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem wenigstens während eines Vorladevorgangs ein Zwischenkreiskondensator eines Spannungszwischenkreis- Umrichters ein Verschmutzungsgrad und/oder eine Betauung identifiziert werden kann.The invention is based on the object of specifying a method by means of which, at least during a precharging process, a DC link capacitor of a DC voltage converter can be identified with a degree of contamination and / or condensation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass wenigstens während des Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskon- densators eines Spannungszwischenkreis-Umrichters der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird, dessen Frequenzspektrum errechnet und ausgewertet wird, kann auf die Art der Verschmutzung oder die Betauung geschlossen werden. Das Ergebnis wird in Form einer entsprechenden Warnung angezeigt. Unter Umständen wird der Vorladevorgang abgebrochen .This object is achieved with the features of claim 1. The fact that at least during the pre-charging of at least one capacitor having Zwischenkreiskon- capacitor of a voltage source inverter the time course of a partial discharge pulse current is detected, the frequency spectrum is calculated and evaluated, it can be concluded on the type of contamination or condensation. The result is displayed in the form of a corresponding warning. The pre-charge process may be aborted.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass bei Umrichtern mit Spannungszwischenkreis beim Einschalten dieses Umrichters die Zwischenkreis-Gleichspannung am Zwischenkreis- kondensator, der wenigstens einen Kondensator aufweist, lang- sam aufgebaut wird. Dies dient unter anderem den Schutz von beteiligten Komponenten und zur Einschaltstrombegrenzung. Eine Verschmutzung und/oder Betauung, die bei voller Zwischenkreis-Gleichspannung zum Durchschlag führen würde, führt bei genügend kleiner Spannung jedoch nur zu Teilentladungen. Die- se Teilentladungen werden mittels Teilentladungs-Messtechnik erfindungsgemäß identifiziert und ausgewertet.This method according to the invention makes use of the fact that, in the case of converters with a voltage intermediate circuit, when the converter is switched on, the DC link DC voltage at the DC link capacitor, which has at least one capacitor, is built up slowly. Among other things, this serves to protect components involved and to limit inrush current. However, contamination and / or condensation, which would lead to breakdown at full DC link voltage, only leads to partial discharges if the voltage is sufficiently low. These partial discharges are identified and evaluated according to the invention by means of partial discharge measurement technology.
Da zwischen Anlegen einer Zwischenkreisspannung während eines Vorladevorgangs und dem Auftreten einer Teilentladung eine Zeitspanne von mehreren Minuten verstreichen kann, ist es sinnvoll den zeitlichen Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes auch während eines an den Vorladevorgang anschließenden Umrichterbetriebes zu erfassen und auszuwerten. Diese Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impuls- Stromes kann auf wenige Minuten, beispielsweise zehn Minuten, beschränkt werden. Es ist aber auch möglich die Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs-Impulsstromes während des gesamten Umrichterbetriebs zuzulassen.Since a time span of several minutes can elapse between the application of an intermediate circuit voltage during a precharge process and the occurrence of a partial discharge, it makes sense to detect and evaluate the time profile of a partial discharge pulse current during a converter operation subsequent to the precharging operation. This detection of the time course of a partial discharge pulse current can be limited to a few minutes, for example ten minutes. But it is also possible to allow the detection of the time course of a partial discharge pulse current during the entire inverter operation.
Eine Warnung, dass eine Verschmutzung und/oder Betauung vorliegt, soll darauf hinweisen, dass eine weitere Spannungserhöhung zum Durchschlag führen könnte. Anhand des zeitlichen Verlaufs und dem damit verbundenen Frequenzspektrum kann auf
die Art der Verschmutzung und/oder auf eine Betauung geschlossen werden.A warning that contamination and / or condensation is present should indicate that a further increase in voltage could lead to breakdown. On the basis of the time course and the associated frequency spectrum can on the type of pollution and / or condensation are closed.
Die Erfassung des zeitlichen Verlaufes eines Teilentladungs- Impulsstromes wird bei einer Spannung im Gleichspannungs-The recording of the time course of a partial discharge pulse current is at a voltage in DC voltage
Zwischenkreis des Spannungszwischenkreis-Umrichters durchgeführt, die noch nicht zu einem Durchschlag führen würde. Beispielsweise wird bei einer Spannungsamplitude, die wenigstens 60% und mehr der Nenngleichspannung entspricht, der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst. Dieser Wert könnte unter Umständen jedoch bereit zu einem Durchschlag führen. Um sich an die Spannungsgrenze, die zu einem Durchschlag führt, heranzutasten, wird der Zwischenkreiskon- densator stufenförmig aufgeladen.Intermediate circuit of the voltage source inverter performed, which would not lead to a punch. For example, with a voltage amplitude which corresponds to at least 60% and more of the nominal DC voltage, the time profile of a partial discharge pulse current is detected. However, this value could potentially lead to a breakthrough. In order to approach the voltage limit, which leads to a breakdown, the DC link capacitor is charged in stages.
Bei dieser schrittweisen Erhöhung der Zwischenkreisspannung treten ab einer bestimmten Spannung, auch als Teilentladungs- Einsatzspannung bezeichnet, Teilentladungen auf, die beispielsweise über der Isolation einer Zwischenkreis-Verschie- nung des Umrichters durch Verschmutzung bei gleichzeitigem Auftreten von Kondenswasser verursacht werden.In this stepwise increase of the intermediate circuit voltage occur from a certain voltage, also referred to as partial discharge threshold voltage, partial discharges, which are caused for example on the isolation of a DC link Verschie- tion of the inverter by contamination with simultaneous occurrence of condensation.
Während einer Teilentladung fließt ein impulsförmiger Ausgleichsstrom beispielsweise von einer Masse-Elektrode zur Um- richtermasse . Eine Messung dieses impulsförmigen Stromes erfolgt mittels eines Messwertaufnehmers, beispielsweise einer Rogowski-Spule. Aufgrund der charakteristischen Impulsform mit einem entsprechenden Frequenzspektrum, aufgrund der Häufigkeit und dem zeitlichen Zusammenhang mit einer auftreten- den Zwischenkreisspannung des Umrichters wird auf eine Teilentladung geschlossen.During a partial discharge, a pulse-shaped compensating current flows, for example, from a ground electrode to the converter ground. A measurement of this pulse-shaped current takes place by means of a measuring transducer, for example a Rogowski coil. Due to the characteristic pulse shape with a corresponding frequency spectrum, due to the frequency and the temporal relationship with an occurring intermediate circuit voltage of the converter is concluded that a partial discharge.
Da die Umrichtersteuerung den Ladevorgang des Spannungszwischenkreises des Umrichters steuert, ist es vorteilhaft, dass dieser auch die Analyse des Stromimpulses durchführt. Aus diesem Grund gibt der Teilentladungssensor sein Signal an die Steuerung des Umrichters weiter, in dem dann die Frequenzanalyse stattfindet. Ebenfalls findet in dieser Umrichtersteue-
rung die Auswahl einer Warnung statt, die zur Anzeige gebracht werden soll.Since the converter control controls the charging process of the voltage intermediate circuit of the inverter, it is advantageous that this also performs the analysis of the current pulse. For this reason, the partial discharge sensor transmits its signal to the controller of the inverter, in which then the frequency analysis takes place. Also found in this inverter the selection of a warning to be displayed.
Mittels diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann während eines Vorladevorgangs eines wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreiskondensator eines Spannungzwischenkreis- Umrichters ein Verschmutzungsgrad und/oder eine Betauung ermittelt werden, so dass diese Verschmutzung und/oder Betauung nicht mehr zu Überschlägen mit deren Folgen führen.
By means of this method according to the invention, a degree of contamination and / or condensation can be determined during a precharging operation of a DC link capacitor of a DC link converter, so that this contamination and / or dewing no longer lead to flashovers with their consequences.
Claims
1. Verfahren zur Identifizierung von Verschmutzung und/oder Betauung von Bauelementen eines Spannungszwischenkreis-Um- richters, wobei wenigstens während eines Vorladevorgangs ei¬ nes wenigstens einen Kondensator aufweisenden Zwischenkreis- kondensators des Spannungszwischenkreis-Umrichters der zeit¬ liche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird, wobei von diesen Stromimpuls ein Frequenzspektrum be- rechnet wird und wobei in Abhängigkeit des Ergebnisses eine Verschmutzungs-Warnung und/oder eine Betauungs-Warnung aktiviert wird.1. A method for identifying contamination and / or condensation of components of a voltage source converter, wherein at least during a pre-charging ei ¬ nes at least one capacitor having intermediate circuit capacitor of the voltage source inverter the time ¬ Liche course of a partial discharge pulse current is detected , wherein a frequency spectrum is calculated by this current pulse and wherein, depending on the result, a contamination warning and / or a condensation warning is activated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, dass während eines an den Vorladevorgang anschließenden Umrichterbetriebes der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird.2. The method of claim 1, wherein a temporal progression of a partial discharge pulse current is detected during a converter operation following the pre-charging operation.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, dass die Erfassung des zeitlichen Verlau¬ fes eines Teilentladungs-Impulsstromes bei wenigstens 60% und mehr einer Nenn-Zwischenkreisspannung des Spannungszwischenkreis-Umrichters erfolgt.3. The method according to claim 1, dadurchgekenn - characterized in that the detection of the temporal Verlau ¬ fes of a partial discharge pulse current at at least 60% and more of a nominal intermediate circuit voltage of the voltage source inverter takes place.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Vorladevorgang stufenförmig erfolgt, wobei nach Erreichen einer Teilentladungs-Einsatzspan- nung der zeitliche Verlauf eines Teilentladungs-Impulsstromes erfasst wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the precharging process is step-shaped, wherein after reaching a partial discharge operating voltage the time profile of a partial discharge pulse current is detected.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Abhängig¬ keit der Frequenzanalyse der Vorladevorgang abgebrochen wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in dependence ¬ speed of the frequency analysis of the pre-charging is canceled.
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