CN110632435B - 高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法。该方法包括次边短路故障诊断方法、原边短路故障诊断方法和匝间短路故障诊断方法。本发明能够在线实时诊断变压器原边侧、次边侧、匝间短路等各类短路故障，并进行相应的保护措施。

Description

高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法

技术领域

本公开涉及电气***领域，尤其涉及一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法。

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***。交流传动牵引***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。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***的重要电气部件，车载变压器一旦发生短路故障，将会迅速使变压器自身发热，温度升高，从而损坏变压器，甚至引发列车着火危险。因此，高压运行状态在线实时检测变压器短路故障的功能对列车的安全性、可用性等具有着重大意义。

由于变压器在牵引***中处于十分重要的位置，因此变压器发生短路故障，将会直接导致列车的一个动力单元无法正常工作。另外，短路会造成变压器出现发热等现象，如未及时保护，可能触发烧损和起火等严重事故。

在现有技术中，针对变压器短路故障，现有的方案主要基本上分为两种情况：

(1)根据变压器输入输出侧的电流信号的过流保护、或电压信号的欠压保护，进行间接地保护变压器。此方案仅根据变压器出现严重故障时的现象进行判断，较为粗略简单，且无法区别短路导致的故障还是其他因素导致的故障。此方案只有在变压器出现较为严重的短路情况下才能进行判断及保护；也无法判断匝间短路或多绕组变压器单个次边绕组短路等短路故障现象。

(2)在变压器出现故障停止工作之后，对变压器进行检测或分析其短路。该方案是在变压器停止工作情况下，检测变压器在电气上或结构上等异常现象。可见，该方案是针对变压器出现故障停止工作后，进行事后分析是否短路或短路类型或短路位置，缺乏对变压器高压运行状态下的诊断。

因此，亟需一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：在现有技术中，不能及时地对车载变压器的短路故障准确诊断。为解决该问题，本发明提供了一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法，该方法包括次边短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流以及各整流器的交流侧电流；

对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位；

根据所述锁相相位，得到所述原边电流的无功分量以及各整流器的交流侧电流的无功分量；

根据各整流器的交流侧电流的无功分量以及所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的无功分量估算值；

判断所述原边电流的无功分量与所述无功分量估算值的差值大于预设的无功分量偏差门槛的持续时间是否大于预设的次边短路保护时间门槛，如果是则确定所述车载变压器发生了次边短路故障。

优选的是，在所述次边短路故障诊断方法中，将各整流器的交流侧电流的无功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到得到所述原边电流的无功分量估算值。

优选的是，在所述次边短路故障诊断方法中，所述无功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受次边短路的时间成正比。

优选的是，上述高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法还包括原边短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中主断路器的状态信息和各整流器的状态信息、车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流；

在所述主断路器的状态信息指示所述主断路器闭合的情况下，判断当前采集的车载变压器的原边电流是否大于预设的原边过流门槛，如果是则输出整流器停止指令以及主断路器断开指令；

在当前采集的所述主断路器和各整流器的状态信息指示所有整流器均停止且所述主断路器闭合的情况下，判断是否同时满足以下第一条件组：当前采集的车载变压器的原边电压小于预设的原边欠压门槛，当前采集的各整流器的交流侧电流的基波为零，以及当前采集的车载变压器的原边电流大于所述原边过流门槛；

如果是则采集所述主断路器的状态信息，并在当前采集的所述主断路器的状态信息指示所述主断路器断开的情况下，判断是否同时满足以下第二条件组：当前采集的所述车载变压器的原边电压满足预设的电压范围，并且当前采集的所述车载变压器的原边电流的基波为零，如果是则确定所述车载变压器发生了原边短路故障。

优选的是，所述原边短路故障诊断方法，还包括：

在判断出未能同时满足所述第一条件组的情况下，确定所述车载变压器的原边过流现象不是由原边短路引起的。

优选的是，上述高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法，还包括次边绕组匝间短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流；

对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位；

根据所述锁相相位，得到所述原边电流的有功分量以及各整流器的交流侧电流的有功分量；

根据各整流器的交流侧电流的有功分量以及所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的有功分量估算值；

针对所述动力单元中的每一个整流器均执行以下步骤：

对该整流器对应的次边绕组的短路阻抗进行辨识，得到该整流器对应的短路阻抗辨识实时值；

判断所述原边电流的有功分量与所述有功分量估算值的差值大于预设的有功分量偏差门槛、且预设的短路阻抗辨识基准值与该整流器对应的短路阻抗辨识实时值的差值大于短路阻抗偏差门槛的持续时间是否大于预设的匝间短路保护时间门槛，如果是则确定该整流器对应的次边绕组发生了次边绕组匝间短路故障。

优选的是，在次边绕组匝间短路故障诊断方法中，将各整流器的交流侧电流的有功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到得到所述原边电流的有功分量估算值。

优选的是，在所述次边绕组匝间短路故障诊断方法中，所述有功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受匝间短路的时间成正比。

优选的是，上述高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法还包括原边绕组匝间短路故障诊断方法，其包括：

判断所述动力单元中所有整流器对应的次边绕组是否均发生了次边绕组匝间短路故障，如果是则确定车载变压器发生原边绕组匝间短路故障。

优选的是，上述高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法还包括：

在检测到车载变压器发生了短路故障的情况下，停止所述处于工作状态的动力单元，并启动冗余动力单元工作。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了通过合理地利用原边电流无功分量与各个整流器交流侧电流无功分量折算至原边的差量情况，在不改变现行硬件条件的情况下诊断出次边短路故障的方法，从而避免了次边短路故障无保护的风险。可见，应用本发明的次边短路故障实时诊断方法，能够在高压状态下及时、准确地对次边短路故障进行有效诊断，有助于提高***运行的安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本公开的范围。其中所包括的附图是：

图1是典型的列车牵引***拓扑示意图；

图2示出了车载变压器的短路类型；

图3是次边短路故障实时诊断方法的流程示意图；

图4是原边短路故障实时诊断方法的流程示意图；

图5是次边绕组匝间短路故障实时诊断方法的流程示意图；以及

图6车载四象限整流电路电气拓扑图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在详细介绍本发明各个具体实施例之前，首先结合图1说明典型的列车牵引***构成。

图1是典型的列车牵引***拓扑示意图。如图1所示，列车牵引***可根据车载变压器的个数分为若干个动力单元，每个动力单元对应一个车载变压器。图1所示的列车牵引***包括2个动力单元。每个动力单元包括一台变压器及其后端的整流器、逆变器和电机。列车通常存在两个受电弓，两个主断路器VCB，一个高压隔离开关。一般情况下，列车随机升起某一个受电弓，闭合对应受电弓下的主断路器，闭合高压隔离开关。在变压器原边侧，存在原边电压传感器、原边电流传感器；在变压器次边侧的每个整流器交流端均存在整流器交流侧电流传感器，即次边电流传感器。受电弓从供电网获取25kV等级高压交流电，车载变压器将25kV等级高压交流电转换为变压器次边绕组的较低电压等级交流电，整流器将交流电变换为恒定的直流电，逆变器将直流电变换为交流电，驱动交流电机。

车载变压器作为列车牵引传动***的重要部件，其运行状态是影响列车安全稳定运营的重要因素之一。随着电力机车和电动车组运营数量、运营年限的不断增加，变压器由于个别工艺缺陷或绝缘老化等因素影响，近年来陆续出现了一些变压器故障导致影响列车运营的事故，其中变压器短路故障是变压器故障最主要故障类型之一。

然而，现有技术中的车载变压器短路故障诊断方法一方面粗略简单、精度低，另一方面及时性差。具体地，针对车载变压器短路故障，面临的主要问题如下：

(1)车载变压器一般在兆伏安级别，功率较大，一旦出现短路，就会迅速发热甚至烧损。因此需要快速的诊断出变压器故障并保护；

(2)车载变压器安装在列车底部或机械间内，空间狭小，不便于检查变压器内部或外观上的异常。列车在高速运行时，不会因变压器故障而直接停车进行变压器短路检查和分析。列车司机在不清楚具体故障原因的情况下，难以执行正确的故障处理操作，导致影响列车运营。

(3)如果紧靠着次边绕组输出端附近出现短路，此次边绕组短路电流，不会流过整流器交流侧电流传感器(次边电流传感器)，而次边绕组阻抗较大，单个次边绕组短路电流在变压器原边侧引起的原边电流难以超过原边电流过流保护门槛，存在无法保护的重大安全风险。

基于此，本发明实施例提出了一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法，旨在实时地对车载变压器短路故障做出准确诊断。

总体来讲，本发明通过采集变压器原边电压、原边电流、整流器交流侧电流、中间直流电压、整流器脉冲等信号，根据车载变压器和整流器的电气特性，对变压器原边电流和整流器交流侧电流在线实时地进行有功无功分解并分析，并依据各电压、电流等信号以及整流器脉冲等在线实时辨识变压器短路阻抗，从而在线实时诊断变压器原边侧、次边侧、匝间短路等各类短路故障，并进行相应的保护措施。

如图2所示，车载变压器的短路故障主要分为次边(输出侧)短路、原边(输入侧)短路和匝间短路(层间短路跟匝间短路在电气意义上相同)。

短路实时诊断***方案诊断方案概括如下：

(1)采集牵引***已有的原边电压、原边电流、整流器交流侧电流、整流器脉冲、整流器启停状态、VCB(主断路器)状态、短接接触器状态等信号；

(2)根据次边短路时的次边短路导致的很大无功电流的现象，合理地利用原边电流无功分量与各个整流器交流侧电流无功分量折算至原边的差量情况，诊断出次边短路故障；

(3)根据原边短路时的原边电压、原边电流与其它原边过流故障之间的不同表现，合理地利用脉冲封锁到VCB断开之间存在延时的时序，分析各个时间段的原边电压和原边电流的大小，从原边过流现象中诊断出原边短路故障；

(4)根据匝间短路时的短路阻抗发生变化和原次边变比发生变化的现象，合理地利用原边电流有功分量与各个整流器交流侧电流有功分量折算至原边的差量情况以及短路阻抗的变化情况，诊断出匝间短路故障。

下面将结合图3至图6对本发明各个实施例进行详细阐述。

实施例一

本实施例涉及高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法中的次边短路故障实时诊断方法。

当车载变压器发生次边短路，有以下分析：

1.变压器次边绕组短路，其短路电流无法流过整流器交流侧电流传感器，无法直接通过整流器交流侧电流交流电流判断次边短路。

2.整流器工作状态下，如果次边绕组短路，能量可双向流动的整流器将会使中间直流回路能量通过短路点迅速释放，整流器交流侧电流立刻迅速增大，报出整流器交流侧过流，停止整流器。整流器停止工作(且可正常关断)状态下，即使次边绕组短路，整流器交流侧电流仍为零附近。

3.由于车载变压器一般具有较大阻抗，某些列车的车载变压器可达45％的次边短路阻抗(感性无功阻抗)。单个次边绕组输出短路，无法在变压器原边侧触发原边过流保护。

4.车载变压器一般有多个次边绕组，在大功率运行状态下，仅一个次边绕组短路，此短路电流相位与正常大功率运行次边电流的相位有区别，那么所有次边电流叠加在在原边侧的电流变化并不显著。

5.次边短路故障即次边绕组发生短路，此时***线路内会存在很大的无功电流分量，因此本发明倾向于根据无功电流分量进行次边短路故障的实时诊断。

根据上述分析，提出了本发明实施例的次边短路故障实时诊断方法。图3是次边短路故障实时诊断方法的流程示意图。如图3所示，次边短路故障实时诊断方法包括以下步骤31至步骤35。

在步骤31中，针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流以及各整流器的交流侧电流。

在步骤32中，对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位。

在步骤33中，根据所述锁相相位，得到所述原边电流的无功分量以及各整流器的交流侧电流的无功分量。

具体地，本领域技术人员可以采用现有技术中公知的锁相方法以及无功分量提取方法，来获取原边电压的锁相相位、原边电流的无功分量以及整流器的交流侧电流的无功分量。

在步骤34中，根据各整流器的交流侧电流的无功分量以及车载变压器的原次边变比，得到原边电流的无功分量估算值。

具体地，在本发明一优选实施例中，将各整流器的交流侧电流的无功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到得到所述原边电流的无功分量估算值。

在步骤35中，将所述原边电流的无功分量与所述无功分量估算值相减，判断差值是否大于预设的无功分量偏差门槛，且持续时间是否大于预设的次边短路保护时间门槛，如果以上两项均为是，则确定所述车载变压器发生了次边短路故障。

具体地，无功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受次边短路的时间成正比。特别地，该无功分量偏差门槛可根据次边短路阻抗计算次边短路时的短路电流理论值，然后除以变压器原次边变比，再乘以0.5～0.8的下限系数进行整定。

此外，次边短路保护时间门槛，可根据变压器对次边短路的承受时间进行整定。具体地，因上述短路承受时间为变压器硬件自身特性，假设变压器厂家认为变压器能承受Tc时间持续短路电流，则可取0.5*Tc作为此次边短路保护时间门槛。

次边绕组短路故障发生时，短路电流不会流过整流器交流侧电流传感器，即次边电流传感器，且因次边绕组阻抗较大，单个次边绕组短路电流在变压器原边侧引起的原边电流难以超过原边电流过流保护门槛，因此在现行的硬件条件下，存在次边短路故障发生时无法及时诊断并保护的重大安全风险。本发明实施例针对此现象，提出了利用原边电流无功分量与各个整流器交流侧电流无功分量折算至原边的差量情况，在不改变现行硬件条件的情况下诊断出次边短路故障，从而避免了次边短路故障无保护的风险。可见，应用本实施例的次边短路故障实时诊断方法，能够在高压状态下及时、准确地对次边短路故障进行有效诊断，有助于提高***运行的安全性。

实施例二

本实施例涉及高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法中的原边短路故障实时诊断方法。

当车载变压器发生原边短路，有以下分析：

1.当变压器发生原边短路故障时，原边电流传感器采集的原边电流迅速增大，触发原边过流保护。原边过流保护会立刻封锁此变压器后端所有整流器，使整流器立刻停止工作，并触发断开VCB操作。整流器停止可在1ms以内完成，而输出断VCB指令到电气开关最终断开状态需要几十ms；

2.当原边短路且VCB未断开之前，变压器原边电压将会由于短路跌落至很小，直至VCB断开后电压恢复正常范围；

3.在整流器停止工作后，VCB断开之前，由于原边仍存在回路，原边电流仍然会持续一段时间很大，直至VCB已断开后电流变为零附近。

根据上述分析，提出了本发明实施例的原边短路故障实时诊断方法。图4是原边短路故障实时诊断方法的流程示意图。如图4所示，原边短路故障实时诊断方法包括以下步骤41至步骤44。

在步骤41中，针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中VCB的状态信息和各整流器的状态信息、车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流。

具体地，VCB的状态信息可通过VCB状态反馈信号线采集并输出给变压器故障诊断***。

在步骤42中，在所述VCB的状态信息指示所述VCB闭合的情况下，判断当时采集的原边电流是否大于预设的原边过流门槛，如果是则输出整流器停止指令以及VCB断开指令。

在步骤43中，在当前采集的所述VCB和各整流器的状态信息指示所有整流器均停止且所述VCB闭合的情况下，判断是否同时满足以下第一条件组：

当前采集的车载变压器的原边电压小于预设的原边欠压门槛；

当前采集的各整流器的交流侧电流的基波为零；以及

当前采集的车载变压器的原边电流大于所述原边过流门槛；

在判断未能同时满足上述第一条件组中的三个条件的情况下，确定所述车载变压器的原边过流现象不是由原边短路引起的。

在步骤44中，在判断同时满足上述第一条件组中的三个条件的情况下，则采集当前主断路器的状态信息，并在当前采集的所述VCB的状态信息指示所述VCB断开的情况下，判断是否同时满足以下第二条件组：当前采集的所述车载变压器的原边电压满足预设的电压范围(即恢复至例如17kV～31KV之间)，并且当前采集的所述车载变压器的原边电流的基波为零(即原边电流在零附近)，如果是则确定所述车载变压器发生了原边短路故障。

具体地，原边过流门槛值根据不同车型的变压器会有不同，对应同一个车型变压器则相同；具体数值，是根据变压器自身能承受的电流大小和牵引***最大功率对应的电流进行设置。

通过上述实时诊断方式，可实现在100ms以内判定变压器是否存在原边短路，从而避免不清楚变压器是否短路时仍贸然重新投入运行的风险。具体地，上述实时诊断方式的执行过程中，整流器停止可在1ms以内完成，之后控制VCB从闭合到断开需要时间在几十ms左右，故可以实现在100ms以内判定变压器是否存在原边短路故障。

上述原边短路故障诊断方法有效地将变压器原边短路故障从原边过流现象中甄别出来。普通的原边过流故障，变压器可以重新投入高压运行；而变压器原边接地，也就是原边短路故障导致的原边过流现象，变压器是不能直接重新投入运行的。正确诊断出变压器发生原边短路故障，可有效避免由于再次投入导致损坏变压器。

实施例三

本实施例涉及高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法中的匝间短路故障实时诊断方法。

当车载变压器发生匝间短路，有以下分析：

1.变压器匝间短路，会导致变压器次边绕组的阻抗发生变化，因此可以通过实时在线辨识变压器短路阻抗，了解阻抗情况。变压器阻抗变化，有可能是受到变压器电磁特性变化的影响，而非匝间短路。

2.变压器匝间短路，会出现变压器原次边变比不一致，从而导致根据变压器的基准原次边变比折算出的原边电流估算值与原边电流实际值存在差别。

3.列车牵引***是以有功电流分量为主，若变压器自身匝数比发生变化，使用本发明内将次边侧电流有功分量根据理论匝数比折算到原边的方法，所得结果差别会较大，因此使用因此本发明内根据有功电流分量进行诊断次边匝间故障诊断。

根据上述分析，提出了本发明实施例的匝间短路故障实时诊断方法。匝间短路故障实时诊断方法又分为次边绕组匝间短路故障实时诊断方法和原边绕组匝间短路故障实时诊断方法。图5是次边绕组匝间短路故障实时诊断方法的流程示意图，如图5所示，次边绕组匝间短路故障实时诊断方法主要包括步骤51至步骤54。

在步骤51中，针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流。

在步骤52中，对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位。

在步骤53中，根据所述锁相相位，得到所述原边电流的有功分量以及各整流器的交流侧电流的有功分量。

在步骤54，根据各整流器的交流侧电流的有功分量以及车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的有功分量估算值。

具体地，将各整流器的交流侧电流的有功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到得到所述原边电流的有功分量估算值。

在步骤55中，针对所述动力单元中的每一个整流器均执行以下步骤：

步骤551：对该整流器对应的次边绕组的短路阻抗进行辨识，得到该整流器对应的短路阻抗辨识实时值；以及

步骤552：判断所述原边电流的有功分量与所述有功分量估算值的差大于预设的有功分量偏差门槛、且所述被检测线路预设的短路阻抗辨识基准值与所述该线路短路阻抗辨识实时值的差值大于短路阻抗偏差门槛的持续时间是否大于预设的匝间短路保护时间门槛，如果是，则确定所述车载变压器发生了次边绕组匝间短路故障。这里，将列车在以往运行过程中的短路阻抗辨识值作为预设的短路阻抗辨识基准值。

在本实施例中，***是并行的对所有次边绕组短路阻抗进行辨识和判断偏差是否超过门槛值，因此是同时得知所有次边绕组的情况。如果同时出现每一线路均发生次边绕组匝间短路故障的情况，则判定变压器发生原边绕组匝间短路故障。

在步骤551中，具体的阻抗辨识方法如下：根据原边电压、该线路整流器交流侧电流、中间直流电压、整流器脉冲等参量，根据电气方程在线辨识该线路次边绕组短路阻抗，对电气方程计算结果进行低通滤波，滤去干扰数据点，得到该线路短路阻抗辨识实时值。

辨识该线路次边绕组短路阻抗的电气方程为：

图6为车载四象限整流电路电气拓扑图。其中，ui表示次边绕组电动势，即原边绕组电压乘以变比，列车上存在电压互感器采集此信号；ii表示整流器交流侧电流，列车牵引***存在电流传感器采集此信号；u0表示中间直流电压，列车牵引***存在电流传感器采集此信号；d(t)为变流器的开关函数，直接从牵引***控制软件传递PWM脉冲信号给诊断***；根据上述电气方程，即可实时计算出电感L的数值，并且可推算出次边绕组短路阻抗辨识值，再将结果通过butterworth数字滤波器进行低通滤波，得到短路阻抗辨识实时值。

在本发明一优选的实施例中，有功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受匝间短路的时间成正比，根据所在***正常工作情况计算正常工作的偏差之后考虑裕量设置。

针对匝间短路难以识别的情况，本发明实施例提出了利用原边电流有功分量与各个整流器交流侧电流有功分量折算至原边的差量情况以及短路阻抗的变化情况，诊断出匝间短路故障，能够准确地检测到各个次边绕组是否存在匝间短路现象。可见，应用本实施例的匝间短路故障实时诊断方法，能够在高压状态下及时、准确地对匝间短路故障进行有效诊断，有助于提高***运行的安全性。

在本发明一优选的实施例中，一旦检测到变压器存在上述短路故障，则封锁此变压器次边对应的各整流器脉冲，即停止所述处于工作状态的动力单元，并断开主断路器。之后，列车隔离此变压器，将高压隔离开关断开，升另一个动力单元受电弓并闭合主断，从而启动冗余动力单元维持运行。

综上所述，本发明的有益效果可归纳如下：

1.本发明属于对变压器短路的实时诊断，在实施例一和三中，因为使用了无功分量，有功分量的提取，存在滞后效应，滞后时间约几十ms；在实施例二中，整流器停止可在1ms以内完成，之后控制VCB从闭合到断开需要时间在几十ms左右，故使用本发明所提出方法能够在100ms之内即可诊断出变压器短路故障，避免了变压器持续发热或烧损现象，对列车和乘客安全有重要意义。

2.本发明充分考虑了变压器各种短路类型的情况，不仅精确地判断出变压器发生短路故障，还可判断出具体的故障类型或故障位置，能够给列车操作人员精确的故障定位，从而指导司机迅速的采取正确的操作措施，对列车运营有着重大意义。

3.本发明可基于目前列车牵引***已采集的各电压和电流信号，可将本发明的诊断***和方法集成在牵引控制单元内部，可不更改或增加硬件，只需升级优化软件，极大程度上节约了实施成本，经济效益显著。

4.在次边绕组短路故障发生时，短路电流不会流过整流器交流侧电流传感器，即次边电流传感器，且因次边绕组阻抗较大，单个次边绕组短路电流在变压器原边侧引起的原边电流难以超过原边电流过流保护门槛，因此在现行的硬件条件下，存在次边短路故障发生时无法及时诊断并保护的重大安全风险。在本发明实施例一中，利用本发明提出的原边电流无功分量与各个整流器交流侧电流无功分量折算至原边的差量情况，在不改变现行硬件条件的情况下诊断出次边短路故障的方法，避免了次边短路故障无保护的风险。

5.本发明的实施例二中的原边短路故障诊断方法可以有效地将变压器原边短路故障从原边过流现象中甄别出来。普通的原边过流故障，变压器可以重新投入高压运行；而变压器原边接地，也就是原边短路故障导致的原边过流现象，变压器是不能直接重新投入运行的。正确诊断出变压器发生原边短路故障，可有效避免由于再次投入导致损坏变压器。

6.本发明针对诊断匝间短路难以识别的情况，提出了利用原边电流有功分量与各个整流器交流侧电流有功分量折算至原边的差量情况以及短路阻抗的变化情况，通过实施例三的匝间短路故障诊断方法，能够准确地检测到各个次边绕组是否存在匝间短路现象。

与本公开相一致的技术，除其他特征以外，提供了基于兑换历史来分发让利及让利文件的***和方法，以及完成针对文件的请求的***和方法。尽管上文已经描述了所公开***和方法的各种示例性实施例，但应该理解的是，它们仅用于示例性的目而并非加以限制。本公开并非是详尽的，并且不限制所公开的精确形式。在不脱离本公开广度或范围的情况下，可根据上述教导进行修改及变型，或者从本公开的实践中获知修改及变型。

Claims (10)

1.一种高压运行状态下车载变压器短路故障的实时诊断方法，其特征在于，包括次边短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流以及各整流器的交流侧电流；

对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位；

根据所述锁相相位，得到所述原边电流的无功分量以及各整流器的交流侧电流的无功分量；

根据各整流器的交流侧电流的无功分量以及所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的无功分量估算值；

判断所述原边电流的无功分量与所述无功分量估算值差值大于预设的无功分量偏差门槛的持续时间是否大于预设的次边短路保护时间门槛，如果是则确定所述车载变压器发生了次边短路故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述次边短路故障诊断方法中，将各整流器的交流侧电流的无功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的无功分量估算值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述次边短路故障诊断方法中，所述无功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受次边短路的时间成正比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括原边短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中主断路器的状态信息和各整流器的状态信息、车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流；

在所述主断路器的状态信息指示所述主断路器闭合的情况下，判断当前采集的车载变压器的原边电流是否大于预设的原边过流门槛，如果是则输出整流器停止指令以及主断路器断开指令；

在当前采集的所述主断路器和各整流器的状态信息指示所有整流器均停止且所述主断路器闭合的情况下，判断是否同时满足以下第一条件组：当前采集的车载变压器的原边电压小于预设的原边欠压门槛，当前采集的各整流器的交流侧电流的基波为零，以及当前采集的车载变压器的原边电流大于所述原边过流门槛；

如果是则采集所述主断路器的状态信息，并在当前采集的所述主断路器的状态信息指示所述主断路器断开的情况下，判断是否同时满足以下第二条件组：当前采集的所述车载变压器的原边电压满足预设的电压范围，并且当前采集的所述车载变压器的原边电流的基波为零，如果是则确定所述车载变压器发生了原边短路故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述原边短路故障诊断方法，还包括：

在判断出未能同时满足所述第一条件组的情况下，确定所述车载变压器的原边过流现象不是由原边短路引起的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括次边绕组匝间短路故障诊断方法，其包括：

针对牵引***中处于工作状态的动力单元，实时采集该动力单元中车载变压器的原边电压和原边电流、以及各整流器的交流侧电流；

对所述原边电压进行锁相，得到锁相相位；

根据所述锁相相位，得到所述原边电流的有功分量以及各整流器的交流侧电流的有功分量；

根据各整流器的交流侧电流的有功分量以及所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的有功分量估算值；

针对所述动力单元中的每一个整流器均执行以下步骤：

对该整流器对应的次边绕组的短路阻抗进行辨识，得到该整流器对应的短路阻抗辨识实时值；

判断所述原边电流的有功分量与所述有功分量估算值的差值大于预设的有功分量偏差门槛、且预设的短路阻抗辨识基准值与该整流器对应的短路阻抗辨识实时值的差值大于短路阻抗偏差门槛的持续时间是否大于预设的匝间短路保护时间门槛，如果是则确定该整流器对应的次边绕组发生了次边绕组匝间短路故障。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在次边绕组匝间短路故障诊断方法中，将各整流器的交流侧电流的有功分量求和，并将求和结果除以所述车载变压器的原次边变比，得到所述原边电流的有功分量估算值。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述次边绕组匝间短路故障诊断方法中，所述有功分量偏差门槛与所述车载变压器能够承受匝间短路的时间成正比。

9.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，还包括原边绕组匝间短路故障诊断方法，其包括：

判断所述动力单元中所有整流器对应的次边绕组是否均发生了次边绕组匝间短路故障，如果是则确定车载变压器发生原边绕组匝间短路故障。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：

在检测到车载变压器发生了短路故障的情况下，停止所述处于工作状态的动力单元，并启动冗余动力单元工作。

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