[发明专利]一种大功率永磁直驱机车变流器接地故障判断方法及定位策略

说明书

本发明属于电力牵引交流传动中机车变流器接地故障判断领域，具体是一种大功率永磁直驱机车变流器接地故障判断方法及定位策略。所述故障判断方法包括以下步骤：信息采集、信息处理、接地故障判定。基于该故障判断方法，本发明进一步提供了启动阶段接地故障定位策略以及运行阶段接地故障定位策略。本发明所提供的判断方法和故障定位策略适用于共用直流母线的2整3逆1辅的大功率永磁直驱牵引辅助变流器，目的是在不增加硬件检测成本的前提下，提供一种接地故障检测判断策略，且能正确区分变流器输入侧、中间直流母线侧、输出侧的接地故障，以解决现有技术对接地故障不能及时检测、错误检测、检测不能准确定位接地点的问题。

技术领域

本发明属于电力牵引交流传动中机车变流器接地故障判断领域，具体是一种大功率永磁直驱机车变流器接地故障判断方法及定位策略。

背景技术

大功率永磁直驱机车变流器采用主辅一体结构设计，包括整流器、滤波电路、中间直流回路、接地电压检测电路、牵引逆变器、辅助逆变器等，为整车系统提供安全、可靠的电力需求，是整车的核心部件。当牵引辅助变流器在启动、运行过程中出现接地故障时，如不能及时发现并采取有效措施，会对整个传动系统的正常运行产生危害，甚至引起其他故障，使车辆出现部分或全部牵引丢失现象，影响整车行车安全。

如今，随着铁路安全、可靠运行的要求不断提高，对于传动系统中的故障诊断也越来越被重视，但目前为止，对牵引辅助变流器的接地保护研究较少。目前通常采用的直流回路电桥接地检测方法仅是检测出接地故障后进行保护动作，不能对接地点进行具体区分，不利于故障发生后的准确定位和排查。另有部分机车采用基于直流回路电桥增加逻辑判断策略的方法，虽能够区分变流器输入侧接地、直流母线正接地、直流母线负接地和变流器输出侧接地，但是无法区分牵引逆变器接地和辅助逆变器接地，也无法区分输入侧接地的相序。此外，在永磁传动系统中，由于反电势、隔离接触的存在，会导致永磁系统变流器和异步系统变流器接地故障检测方法存在差异，然而涉及大功率永磁系统变流器的研究十分有限。

专利申请CN201811338927.0介绍了一种交直交电力机车牵引变流器主回路接地判断方法：通过实时检测到的中间直流母线电压信号、中间接地点与直流母线负极之间的接地电压信号，并根据其差值信号在固定时间内的变化情况，能够检测出直流侧正负接地和交流侧接地，并且交流侧接地能够区分开是输入侧接地还是输出侧接地。当牵引变流器主回路具有两个四象限整流模块和三个逆变模块时，还能进行具体接地点的定位判断：如果是输入侧接地，可以判断出四象限模块1接地还是四象限模块2接地；如果是输出侧接地，可以区分逆变模块1、逆变模块2或逆变模块3接地。该方法能实现变流器接地故障的检测及输入接地和输出接地的区分，但是存在以下缺点：（1）未能区分牵引逆变器接地和辅助逆变器接地；（2）输入接地和输出接地区分时，需要封锁全部逆变侧脉冲，导致负载突切，使变流器牵引全部丢失，容易诱发系统故障；此外，该方法是针对异步变流器系统而设计，未能考虑永磁系统中反电势和隔离接触器存在的的影响，不能很好地适用于永磁牵引系统。

专利申请CN201811338010.0涉及一种机车变流器接地故障检测电路及方法，基于优化的接地电压检测电路，根据获取输入电压、输出电压的频率和相位信息，定位变流器接地故障的位置，能准确区分输入侧和输出负载侧接地的相序的问题。该方法能实现变流器输入接地、直流母线正接地、直流母线负接地、输出接地的故障检测及输入接地和输出接地的相序区分，但是存在以下缺点：（1）接地判断算法实现复杂，需要进行傅里叶计算，增加系统计算负荷，导致成本增加；（2）仅适用于机车辅助变流系统及单轴逆变系统，对于2整3逆1辅的大功率永磁直驱变流器则不适用。

发明内容

本发明为了解决在不增加硬件检测成本的前提下满足共用直流母线的2整3逆1辅的大功率永磁直驱牵引辅助变流器的接地故障判断检测的问题，提供了一种大功率永磁直驱机车变流器接地故障判断方法及定位策略。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种大功率永磁直驱机车变流器接地故障判断方法，包括以下步骤：

（1）信息采集：