地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障分析

王嶸

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012）

地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障分析

王嶸

（南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012）

文章首先介紹了地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障診斷存在的難度，然后對構(gòu)建濾波電路軟故障仿真模型的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，最后對仿真模型的結(jié)果進(jìn)行了介紹與探討，在有關(guān)輔助逆變器濾波電路軟故障的診斷處理方面有參考價值。

地鐵；輔助逆變器；濾波電路；軟故障

在地鐵電力系統(tǒng)中，設(shè)置輔助逆變器的主要功能是為地鐵列車運行中輔助用電設(shè)備提供充足的交流-直流電源支持。輔助逆變器運行過程當(dāng)中所面向的主要負(fù)荷對象為通風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組，均為380V交流負(fù)載。由于輔助逆變器濾波電路軟故障無法直接通過目測或直流電阻測量的方法進(jìn)行診斷，因此必須依靠大量數(shù)據(jù)為故障診斷提供支持。

1 地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障診斷難度

以輔助逆變器LC濾波器電感為例，電感開路或短路通?？梢酝ㄟ^工作人員直觀目測或者是基于直流電阻測量的方式進(jìn)行準(zhǔn)確的故障判斷。然而，針對鐵芯層間絕緣損壞、匝間短路、以及介質(zhì)損耗等故障而言，這些故障作為濾波電路中常見的軟故障，故障現(xiàn)象比較隱蔽，往往只能夠根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行判斷，沒有真實數(shù)據(jù)作為支撐，給故障檢修帶來了非常大的難度。為了提高對這部分軟故障的檢修精確性，就必須從認(rèn)識輔助逆變器濾波電路軟故障特性的角度入手，為故障檢修提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2 地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障仿真模型

地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障仿真應(yīng)用 Matlab/Sinulink模型進(jìn)行仿真，LC濾波器軟故障仿真中相關(guān)參數(shù)根據(jù)實際電路參數(shù)取值，其中：直流電源電壓取值為650V，1GBT逆變橋所對應(yīng)載波頻率取值為6.0kHz，逆變器輸出端所對應(yīng)濾波電感取值為0.25mH，電阻取值為2.0m，濾波電容設(shè)置為3*78.0us電容，經(jīng)過0.5uF單位電容做接地處理，負(fù)載裝置選擇純電阻，電阻取值為6.2Ω。系統(tǒng)仿真分析過程中，仿真算法為ode23s，仿真算法采樣時間為5.0us，系統(tǒng)仿真反應(yīng)時間為0.12s，監(jiān)測標(biāo)量包括負(fù)載側(cè)線電壓以及相電壓。

3 地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障仿真結(jié)果

在對地鐵輔助逆變器濾波電路軟故障進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，元件參數(shù)正常取值屬于已知狀態(tài)（如下表1所示），故障診斷的主要任務(wù)是評估相關(guān)元件參數(shù)的實際取值與正常取值之間是否存在偏差，以及兩者的偏差是否在合理范圍之內(nèi)。為了方便分析，在仿真研究中的可以首先考慮輔助逆變器濾波電路電感值減少的工況，假定輔助斌便器單相電感與兩相電感發(fā)生軟故障。對于地鐵輔助逆變器而言，由于濾波電路中所存在的故障信息關(guān)鍵點信號具有周期性特征，因此，需要將是與信息轉(zhuǎn)換至頻域當(dāng)中，然后通過抽取故障特征的方式，實現(xiàn)對軟故障的診斷。

表1：輔助逆變器單相電感下降不同比例對應(yīng)軟故障示意表

下表（如表2）所示即為輔助逆變器單相電感下降至正常值1/2、1/4以及1/8狀態(tài)時所對應(yīng)的軟故障情況，下表（見表3）所示則為輔助逆變器兩相電感下降至正常值1/2、1/4以及1/8狀態(tài)時所對應(yīng)的軟故障情況。

表2：輔助逆變器單相電感下降不同比例對應(yīng)軟故障示意表

表3：輔助逆變器兩相電感下降不同比例對應(yīng)軟故障示意表

根據(jù)地鐵輔助逆變器三相LC濾波電路參數(shù)取值情況，在不考慮電感電阻以及線路阻抗水平的條件下，濾波器輸出電壓相對于逆變橋輸出電壓之間有一定的函數(shù)關(guān)系，在此基礎(chǔ)之上可以將振蕩環(huán)節(jié)中的截止頻率代入仿真參數(shù)中，根據(jù)這種方式可以得到輔助逆變器LC濾波電路在正常運行狀態(tài)下所對應(yīng)的截止頻率參數(shù)，取值為1140.0Hz。根據(jù)振蕩環(huán)節(jié)的特性，高于該截止頻率的頻段會發(fā)生非常顯著的衰減，衰竭速度為-40.0dB，因此，對于10倍于截止頻率的成分，衰減速度非常快。

當(dāng)輔助逆變器濾波電路電感值下降至 1/2*正常值時，截止頻率取值為1612.0Hz；當(dāng)輔助逆變器濾波電路電感值下降至 1/4*正常值時，截止頻率取值為2280.0Hz；當(dāng)輔助逆變器濾波電路電感值下降至 1/8*正常值時，截止頻率取值為3225.0Hz。從表2～表3中的數(shù)據(jù)來看，在輔助逆變器濾波電路發(fā)生軟故障時，故障相電壓諧波失真有非常明顯的增大趨勢，并且諧波失真伴隨電感故障程度的增加也有正向增加的關(guān)系。即便是對于單相故障而言，在2000.0Hz頻率范圍內(nèi)，故障相所對應(yīng)的電壓諧波失真也在5.0%以上。同時，非故障相電壓諧波失真也有一定增加趨勢，但不如故障相明顯，說明非故障相受故障相的影響較小。而在兩相故障條件下，由于各個故障相的影響相互作用，因此在各自截止頻率附近頻段內(nèi)，電壓諧波失真取值均在5.0%以上，并且對非故障相也有非常大的影響。

4 結(jié)束語

本文通過仿真分析的方式，對地鐵輔助逆變器濾波電路的軟故障特征展開了詳細(xì)的分析與探討，通過對仿真數(shù)據(jù)的綜合分析，概括了軟故障主要特征以及識別方法，能夠為現(xiàn)場維修人員對濾波電路軟故障的診斷處理提供必要參考，值得引起重視。

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1007-6344（2015）08-0141-01