專利名稱：牽引變流器的真空開關的功能測試方法
技術領域：
本發明涉及一種對一牽引變流器的一真空開關進行功能測試的方法。
背景技術：
這類牽引變流器詳見圖I。該牽引變流器在其交流電源側具有四象限斬波器2，在其負載側具有自動換相變流器4，也稱脈沖變流器，這兩個元件的直流電壓側借助中間電路電容器Czk電性并聯。脈沖變流器4的輸出端連接三相交流電動機6。四象限斬波器2的交流電壓側可借助牽引變壓器10的二次繞組8和真空開關12與接觸線14導電連接。牽引變壓器10的二次繞組8各有一個端子與四象限斬波器2的交流電壓端子16和18導電連接。這個四象限斬波器2將單相電網交流電壓uN轉換為規定的中間電路直流電壓Uzk，再用這個中間電路直流電壓產生符合三相交流電動機6要求的電壓系統，例如振幅及頻率可變的三相電壓系統。在牽引變流器的這種已知實施方式中，自換相變流器4的換流閥Tl至T6和四象限斬波器2的變流器T7至TlO均采用可關斷功率半導體開關，特別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。功率二極管Dl至D6或D7至DlO分別與每個可關斷功率半導體開關Tl至T6或17至TlO均并聯連接。與變換器設計相關的功率通量從電網出發，經接觸線14、牽引變壓器10、四象限斬波器2和自動換相變流器4流向三相交流電動機6。設有對四象限斬波器2的換流閥T7至TlO進行控制的反饋控制裝置20，單相電網交流電壓uN輸入該調節裝置。調節裝置20例如為設置在牽引變流器的控制及調節裝置中的微控制器。2004年6月21日至6月23日在亞琢召開的2004年度電力電子專家會議(PESC)上發表過一篇題為“Comparison of Multi-System Traction Converters for High-PowerLocomotives (大功率多流制機車牽引變流器的比較)”的文章,該文(主要是圖10)公開過圖I所示的牽引變流器。如果交流電源側設置的電網電流的諧波分量的值較低，就在交流電源側設置兩個四象限斬波器，這兩個四象限斬波器各通過一個變壓器二次繞組在交流電源側并聯連接且在一個共用直流電壓中間電路上工作。通過這兩個四象限斬波器的移相脈沖控制它們。這樣就能使交流電源電流的諧波在二次側相對電位移180°，從而在牽引變壓器的一次側通過求和進行補償。這樣一種牽引變流器同樣公開自上述文章，特別是該文的圖8及圖12。真空開關12是針對大電流設計的電源開關12。這個開關不但能接通工作電流，還能在出現故障時將較大的過載電流和短路電流保持一段預定時間并切斷。真空開關上的觸點為防止形成電弧而處于真空中。這種真空開關一般只應用于電壓不超過約40kV的中壓設備，適合很高的開關頻率且基本無需維護。這種真空開關可能因真空的突發性損失或緩慢損失而喪失其功能性。如果真空開關因此而喪失功能，一旦發生故障就會牽連整個牽引變流器。現有技術利用測試設備檢驗這類真空開關的操作可靠性。為此，必須將牽引變流、器的真空開關與高壓設備分離并連接測試設備。現有測試設備工作時所用的測試電壓為數千伏，因此必須配備高壓變壓器并采取相應的絕緣措施。此外，測試過程本身還需要采取很多預防措施。現有測試設備的工作原理決定了，用來測試真空室的測試電壓介于全真空擊穿電壓與大氣壓力下的空氣擊穿電壓之間。將這個測試電壓施加在斷開的開關觸點上并測定內部擊穿電壓。以此檢驗受測真空室是否還具有足夠的真空。
對真空開關的這項測試既復雜又占用牽引驅動裝置的停工期。如果不測試，真空開關一旦發生故障就可能導致嚴重后續損害。真空開關的功能測試需要使用測試設備，因此只能在鐵路或有軌電車的停車場實施功能測試。

發明內容
本發明的目的是提供一種不需要使用測試設備就能對牽引變流器的真空開關進行功能測試的方法。權利要求I所述的處理步驟為本發明用以達成上述目的的解決方案。本發明的方法是在真空開關斷開的情況下對四象限斬波器進行控制，使其產生電壓脈沖形式的斬波器電壓，對所述電壓脈沖與旋轉電網交流電壓的時間關系進行調節，使得真空開關上產生一預定測試電壓壓降。如果真空開關不具有絕緣能力，就會有一電流從電網流向四象限斬波器并被四象限斬波器的測量值檢測裝置檢測到。如果真空開關功能正常，就檢測不到電流。利用牽引變流器的電壓中間電路的中間電路電容器的能量產生這種電壓脈沖。本發明對一牽引變流器的一真空開關進行功能測試的方法的優點是不必使用任何測試設備。亦即，利用牽引變流器的既有電流組件就能實施功能測試。另一優點是，不必再將真空開關與高壓設備分離。這樣就能隨時隨地對牽引變流器的真空開關進行這種功能測試。所述功能測試可以自動運行。本發明針對牽引變流器中真空開關的功能測試方法簡單易行，因而能大幅簡化和改善故障檢測。


以下將參照附圖、結合具體實施方式
更詳細地說明本發明的方法，其中圖I為牽引變流器的已知實施方式；以及圖2為關于網側電壓及電流的相應的單相等效(equivalent)電路圖。
具體實施例方式下面借助附圖對本發明以及本發明方法的作用原理進行詳細說明。這個單相等效電路圖具有并聯連接的電壓源22和電壓源24。電壓源22取代電網，電壓源24則取代直流電壓側設有中間電路電容器Czk的四象限斬波器2。該單相等效電路圖僅示出了牽引變壓器10的漏感26。斷開的真空開關12在該等效電路圖中顯示為火花隙28。真空開關12在牽引變流器工作期間閉合，這兩個電壓源22和24借助牽引變壓器10的漏感電性并聯。如該等效電路圖所示，電網交流電壓&與斬波器輸入電壓Mst在正常工作狀態下相對彼此移相一定角度。斬波器脈沖頻率提高時漏感可能下降。在此情況下，電網交流電壓Mn與斬波器電壓Mst之間的角度也會變小。德語雜志“電氣鐵路(ElektrischeBahnen) ” 1974年第45期第6冊(專印本)中發表過一篇題為“四象限斬波器——一種適合三相電流驅動的牽引車輛的電網友好型供電裝置(Vierquadrantensteller-einenetzfreundliche Einspeisung fiir Triebfahrzeuge mit Drehstromantrieb)，，的文章，該文及該專印本中的圖10揭示了相應的矢量圖采用本發明的方法對牽引變流器的真空開關12進行功能測試時，真空開關12的兩個觸點處于斷開狀態。亦即，這兩個觸點相隔一定距離地布置在真空開關12的真空室內。因此，這個真空開關12在圖2所示的單相等效電路中示為火花隙。測試真空開關12所用的測試電壓為電網交流電壓&與斬波器輸入電壓Ust的電壓差Au。為了能夠測試真空開關12的功能性，這個電壓差Aii必須達到規定的擊穿電壓值。電壓差Aii的振幅可以通過調節斬波器輸入電壓ikt與電網交流電壓&的時間關系來加以調節。亦即，電網交流電壓&與斬波器輸入電壓Ust之間的角度必須達到規定值。如果電網交流電壓&與斬波器輸入電壓^的時間關系使得電壓差Ail達到規定測試電壓的振幅，就對四象限斬波器2進行控制，以便產生電壓脈沖形式的斬波器輸入電壓ilst。這個電壓脈沖在時間上采用一種不讓牽引變壓器10進入飽和狀態的大小。隨后檢驗是否有電流從電網流向四象限斬波器2。用四象限斬波器2的測量值檢測裝置實施這項檢驗。如果測不到流動電流，就表明真空開關12通過了功能測試。如果檢測到電流，就表明真空開關存在故障，必須予以更換。通過本發明的方法可以隨時隨地測試牽引變流器的真空開關的功能性，而且不必使用任何測試設備。
權利要求
1.一種對一牽引變流器的一真空開關(12)進行功能測試的方法，所述牽引變流器包括至少一個交流電源側四象限斬波器(2)、一負載側脈沖變流器(4)和一包含至少一個二次繞組(8)的牽引 變壓器(10)，所述四象限斬波器和所述脈沖變流器的直流電壓側借助一中間電路電容器(Czk)電性并聯，所述二次繞組的端子與所述四象限斬波器(2)的交流電壓側端子(16，18)連接，所述牽引變壓器的一次繞組的端子可借助所述真空開關(12)與一交流電源電壓(ilN)連接，其中，在所述真空開關(12)斷開的情況下，正好當測定的交流電源電壓(％)與斬波器輸入電壓Okt)的時間關系使得在所述交流電源電壓(％)與所述斬波器輸入電壓Okt)之間測定的一電壓差(Ail)在振幅上等于一預定測試電壓時，對所述四象限斬波器(2)進行驅動，隨后，檢驗是否有一電流從所述電網流向所述四象限斬波器(2)。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于， 所產生的斬波器輸入電壓(Ust)是一電壓脈沖。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于， 所述所產生的斬波器輸入電壓(Ust)能夠自由調節。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于， 所述所產生的斬波器輸入電壓(Ust)相對于所述交流電源電壓(ilN)的同步能夠調節。
全文摘要
本發明涉及一種對一牽引變流器的一真空開關(12)進行功能測試的方法，所述牽引變流器包括至少一個網側四象限斬波器(2)、一負載側脈沖變流器(4)和一包含至少一個二次繞組(8)的牽引變壓器(10)，所述四象限斬波器和所述脈沖變流器的直流電壓側借助一中間電路電容器(CZK)電性并聯，所述二次繞組的端子與所述四象限斬波器(2)的交流電壓側端子(16，18)連接，所述牽引變壓器的一次繞組的端子可借助所述真空開關(12)與一電網交流電壓(uN)連接。根據本發明，在所述真空開關(12)斷開的情況下，正好當所述電網交流電壓(uN)與斬波器輸入電壓(uSt)的時間關系使得在所述電網交流電壓(uN)與所述斬波器輸入電壓(uSt)之間測定的一電壓差(Δu)在振幅上等于一規定測試電壓時，對所述四象限斬波器(2)進行控制，隨后，檢驗是否有一電流從所述電網流向所述四象限斬波器(2)。這樣就能隨時對牽引變流器的真空開關(12)進行功能測試而無需任何測試設備。
文檔編號B60L9/00GK102648506SQ201080035508
公開日2012年8月22日 申請日期2010年8月5日 優先權日2009年8月10日
發明者諾貝特·朗格 申請人:西門子公司