СПОСОБ САМОДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
SELF-DIAGNOSTIC METHOD OF HIGH-VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных частотно-регулируемых электроприводах для контроля исправности входного трансформатора и силовых ячеек.
Известен способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты, включающий контроль состояния силовой ячейки и ее байпасирование при выявлении неисправности (патент РФ №2289191, МПК Н02М 5/453, от 04.10.2006), включающий формирование выходного напряжения каждой фазы многоуровневого инвертора напряжения в виде ступенчатой синусоиды путем сложения волн напряжения ряда включенных последовательно силовых блоков, а также обеспечение обхода дефектного силового блока выходным нагрузочным током в случае возникновения неисправности этого силового блока путем включения управляемого тиристора байпасного моста, отличающийся тем, что при возникновении неисправности дефектного силового блока одновременно подают сигналы на открытие транзисторов в смежных плечах управляемых мостов и управляемые тиристоры байпасных мостов этого дефектного силового блока и двух других силовых блоков, занимающих такие же по счету от начала соответствующего ряда позиции в рядах последовательно включенных силовых блоков формирования выходных напряжений двух других фаз многоуровневого инвертора напряжений, причем момент одновременной подачи сигналов на открытие транзисторов в смежных плечах управляемых мостов и управляемые тиристоры байпасных мостов дефектного силового блока и соответствующих ему двух других блоков в двух других рядах силовых блоков определяют на основании сравнения информационных сигналов с выхода каждого ряда силовых блоков и соответствующих им информационных сигналов с каждого соответствующего этим рядам оптоволоконного концентратора.
Недостаток данного способа - неполный контроль исправности элементов высоковольтного преобразователя частоты, а именно отсутствие контроля исправности обмоток входного трансформатора.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты (патент РФ №2397597, МПК Н02М 5/458, 06.04.2009). Способ аварийного управления силовой ячейкой высоковольтного преобразователя частоты, содержащей выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, заключающийся в том, что контролируют силовую ячейку и при неисправности выводят ее из работы путем байпасирования, отключают по входу и выходу, тестируют и при положительном результате тестирования вводят в работу, при этом контролируют силовую ячейку по температуре тиристоров, выходному напряжению выпрямителя, температуре IGBT-транзисторов и выходному току инвертора, а при тестировании проверяют состояние входных предохранителей и при отсутствии их срабатываний попарно включают тиристоры в противоположных плечах соседних фаз выпрямителя и проверяют, сравнивая с установленным минимальным значением, выходное напряжение выпрямителя, а затем попарно включают IGBT-транзисторы в противоположных плечах инвертора и проверяют, сравнивая с установленным минимальным значением, выходной ток инвертора через балластную нагрузку.
Недостатком данного способа является отсутствие контроля остаточного ресурса изоляции, который определяется интегрально через время работы трансформатора при превышениях напряжения и температуры.
Задачей изобретения является повышение надежности функционирования высоковольтного преобразователя частоты за счет осуществления контроля остаточного ресурса изоляции.
Поставленная цель достигается тем, что в способе самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты, содержащего входной трансформатор и включенные в каждую из трех фаз несколько уровней силовых ячеек, каждая из которых содержит выпрямитель на тиристорах и инвертор на IGBT-транзисторах, включающем контроль исправности силовых ячеек по температуре тиристоров, выходному напряжению выпрямителя, температуре IGBT-транзисторов и выходному току инвертора, согласно изобретению дополнительно контролируют состояние вторичных обмоток входного многообмоточного трансформатора путем измерения их температуры, выходного напряжения и тока, что дает возможность дополнительно контролировать остаточный ресурс изоляции.
На фиг. 1 представлена схема высоковольтного преобразователя частоты с байпасными полупроводниковыми ключами, содержащего входной многообмоточный трансформатор 1, систему управления 2 с управляющим выходом 3, коммутирующим ключи при неисправности силовых ячеек, диагностическим входом 4 параметров трансформатора и диагностическими входами параметров ячеек 5, и несколько уровней силовых ячеек в каждой фазе: силовые ячейки первого уровня 6, силовые ячейки второго уровня 7, силовые ячейки третьего уровня 8 и так далее, а параллельно выходу каждой силовой ячейки подключен байпасный полупроводниковый ключ 9.
На фиг. 2 показана схема силовой ячейки, управляемой по предлагаемому способу. В состав силовой ячейки входят выпрямитель 10 на тиристорах VD1…VD6 и инвертор 11 на IGBT-транзисторах VT1…VT4. Выпрямитель 10 и инвертор 11 снабжены датчиками 12 температуры тиристоров и IGBT-транзисторов (на фиг. 2 условно показано по одному датчику 12). Силовая ячейка снабжена также датчиком 13 напряжения и датчиком 14 выходного тока инвертора. Выходы всех датчиков подключены к системе управления 2 через диагностический вход параметров ячеек 5.
На фиг. 3 показана одна из вторичных обмоток входного многообмоточного трансформатора 1 с установленными датчиками 14 тока, 13 выходного напряжения и 12 температуры, информация от которых поступает в систему управления 2 через диагностический вход 4 параметров трансформатора.
Осуществляя заявленный способ, устройство работает следующим образом.
В режиме рабочего управления байпасный полупроводниковый ключ 9 разомкнут и система управления 2 контролирует исправность силовых ячеек и вторичных обмоток входного многообмоточного трансформатора 1. Исправность каждой силовой ячейки производится по следующим критериям: по температуре тиристоров выпрямителя 10 и IGBT-транзисторов инвертора 11, получаемой с соответствующих датчиков 12; по выходному напряжению выпрямителя 10, данные о котором поступают от датчика 13; по выходному току инвертора 11, данные о котором поступают от датчика 14. Сигналы от всех датчиков силовых ячеек поступают в систему управления 2 через диагностический вход 5 параметров силовых ячеек. В известном способе состояние входного трансформатора 1 не контролируется. При этом в случае неисправности входного трансформатора 1 аварийные сигналы на выходе датчиков температуры 12, тока 14 и напряжения 13 (фиг. 3), контролирующих состояние силового блока, могут не появиться. Это возможно, например, при витковых замыканиях внутри вторичной обмотки входного трансформатора или при увеличении температуры трансформатора вследствие неисправностей в магнитопроводе. Это снижает надежность преобразователя частоты, вызывает ускоренное старение изоляции и может привести к развитию аварии и полному выходу из строя входного трансформатора 1 и преобразователя частоты в целом.
В предлагаемом способе контроль состояния каждой вторичной обмотки входного многообмоточного трансформатора 1 производится: по температуре обмотки, получаемой с соответствующего датчика 12; по выходному напряжению обмотки, данные о котором поступают от датчика 13; по току обмотки, данные о котором поступают от датчика 14. Сигналы от всех датчиков вторичных обмоток поступают в систему управления 2 через диагностический вход 4 параметров трансформатора.
При отклонении любого из контролируемых параметров ячейки или вторичной обмотки за установленные пределы система управления 2 фиксирует обнаружение неисправности и выводит из работы силовую ячейку в соответствующей фазе преобразователя путем замыкания байпасного полупроводникового ключа 9. При этом принимаются меры по обеспечению симметричности фазных напряжений на выходе преобразователя (выводом из работы силовых ячеек в остальных фазах). При замыкании байпасного ключа 9 неисправная вторичная обмотка и соответствующая силовая ячейка отсоединяются от нагрузки, ток во вторичной обмотке входного трансформатора 1 снижается до тока холостого хода, температурный режим входного трансформатора 1 восстанавливается и развития аварии в неисправной вторичной обмотке входного трансформатора 1 не происходит.
Таким образом, применение способа самодиагностики высоковольтного преобразователя частоты позволит контролировать остаточный ресурс изоляции, который определяется интегрально через время работы трансформатора при превышениях напряжения и температуры.