一种直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台。本发明的试验平台包括依次连接的用于产生高压大电流振荡脉冲的冲击电流发生装置、用于控制通过测试对象电流脉冲波形的波形控制装置、测试对象以及与测试对象串联的采样电阻，该实验平台既能符合超导直流限流断路器测试特点又能满足高压大电流脉冲冲击试验平台的要求，且该实验平台体积小，一般实验室即可满足安装条件；由于适用于实验室条件，因此维护简单，试验操作容易，试验风险和安全风险低。
【专利说明】
_种直流限流断路裔局压大电流脉冲冲击试验平台
技术领域
[0001]本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台。
技术背景
[0002]可靠有效的电力供应以及开发利用可再生资源对于改进电力传输模式提出了巨大的挑战。基于低损耗、远距离、大功率输电以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作的优点，高压直流输电得到了新的重视。特别是基于电压源型换流器的柔性直流输电技术的出现使得多端高压直流电网的筹建发展成为可能，并越来越具吸引力。具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是实现多端高压直流电网必不可少和至关重要的元件。
[0003]目前，直流断路器主要采用高压直流开关，但其只适用于点对点的直流输电系统且开断时间较长、系统欠稳定。因此具有高开断能力的快速高压直流断路器仍然是多端高压直流发展的一个瓶颈，限制着多端高压直流的发展。因此，人们开始将目光聚焦于超导直流限流断路器的开发并向现实生产力的转化。而超导限流断路器现实转化的研究需要与之相适应的试验测试设备。
[0004]基于现有试验设备，类比已有相似产品进行新产品研发的研发方式，其研发成本和研发风险相对较低，是研发中常常采取的方法。在超导直流限流断路器的研发中也不例夕卜，研发过程中大量沿用了高压直流开关试验设备对超导直流限流断路器进行测试。而超导直流限流断路器是通过超导体在大电流和强磁场中的状态转变特性来分断电流的，与高压直流开关的原理是通过切割电弧分断电流的原理不同，因此该类设备虽然也能模拟短路电流，但无法适应超导限流断路器自身特点，更重要的该类设备容量有限，无法适应超导限流断路器高电压、大电流的技术特点。
[0005]另一类测试方式是通过搭建小型输电网络，将超导限流断路器接入该模拟电网中以模拟挂网测试。该类方法可以比较真实地模拟超导限流断路器挂网运行的真实情况，但构建小型模拟输电网络需要占用较大的场地，耗时耗财耗力。而且后期维护较难，试验不易操作，试验风险和安全风险较大。
【发明内容】
[0006]为解决以上问题，本发明提供了一种超导直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，该试验平台克服了目前超导限流断路器研发中试验设备与测试对象特点不匹配且无法适应高电压、大电流技术领域要求等缺点。
[0007]本发明采用的技术方案是:一种直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，包括用于产生高压大电流振荡脉冲的冲击电流发生装置、测试对象、用于控制通过测试对象电流脉冲波形的波形控制装置以及与测试对象串联的采样电阻，其特征在于:所述冲击电流发生装置、波形控制装置、测试对象和采样电阻依次连接构成整个实验平台的闭合回路，所述采样电阻与测试对象串联，用于将测试对象电流波形转化成电压波形，供检测装置记录和显示。
[0008]作为优选，所述冲击电流发生装置包括依次连接的高压电容、高压点火开关以及高压电感;所述高压电容与高压电感串联构成LC振荡电路，产生振荡电流脉冲。
[0009]作为优选，所述的波形控制装置包括依次连接的截波控制电路、晶闸管、泄放电路以及整流二极管，所述整流二极管的阴极与测试对象串联，保证测试对象仅可通过正向电流脉冲;所述泄放电路与整流二极管、测试对象和采样电阻三者构成的串联支路并联，当冲击电流发生装置形成负电流脉冲时通过该并联泄放电路将负电流脉冲的能量泄放掉，以保证一次试验中仅产生一个正向电流脉冲;所述晶闸管与整流二极管、测试对象和采样电阻三者构成的串联支路并联形成截波旁路。
[0010]作为优选，所述冲击电流发生装置、波形控制装置中的整流二极管、测试对象和采样电阻依次串联构成试验平台主回路。
[0011]作为优选，所述泄放电路包括功率二极管和泄放电阻，所述功率二极管的阳极与高压电容负端相连，所述功率二极管的阴极与泄放电阻相连。
[0012]作为优选，所述截波控制电路包括电压同步信号发生电路和延时触发电路，所述电压同步信号发生电路通过跨接在电感高压端和电容负端的电阻分压电路监控主回路点火导通时刻，并以该时刻电压上升沿为参考产生同步脉冲信号;所述延时触发电路包括串行连接的双光耦脉冲锁定电路、可调延时电路和放大驱动电路。
[0013]作为优选，所述延时触发电路可控制截波相位范围为全脉冲O?90°。
[0014]作为优选，该实验平台还包括充电电源，所述充电电源用于将高压电容充电至额定电压。
[0015]作为优选，该实验平台还包括检测装置，所述检测装置与采样电阻相连，用于获取经过测试对象的电流波形。
[0016]本发明取得的有益效果是:本发明的试验平台包括依次连接的用于产生高压大电流振荡脉冲的冲击电流发生装置、用于控制通过测试对象电流脉冲波形的波形控制装置、测试对象以及与测试对象串联的采样电阻，该实验平台既能符合超导直流限流断路器测试特点又能满足高压大电流脉冲冲击试验平台的要求，且该实验平台体积小，一般实验室即可满足安装条件；由于适用于实验室条件，因此维护简单，试验操作容易，试验风险和安全风险低。
【附图说明】
[0017]图1是发明的整体连接示意图；
[0018]图2是本发明截波控制电路连接示意图；
[0019]图3是本发明泄放电路连接示意图；
[0020]图4是本发明延时触发电路连接示意图；
[0021 ]图5是具有延时截波情况下测试对象电流波形图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]如图1所示，本发明直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，包括依次连接的用于产生高压大电流振荡脉冲的冲击电流发生装置1、用于控制通过测试对象4电流脉冲波形的波形控制装置2、与测试对象4串联的采样电阻3和测试对象4，测试对象4与采样电阻3串联，用于将测试对象4电流波形转化成电压波形，供检测装置记录和显示。该实验平台还包括充电电源和检测装置，充电电源用于将高压电容10充电至额定电压;检测装置与采样电阻3相连，用于获取经过测试对象的电流波形。
[0024]结合图2-4所示，冲击电流发生装置I包括依次连接的高压电容10、高压点火开关11以及高压电感12，高压电容10与高压电感12构成LC振荡电路，产生振荡电流脉冲;冲击电流发生装置I与波形控制装置2中的整流二极管23、测试对象4和采样电阻3串联构成试验平台主回路。
[0025]波形控制装置2包括截波控制电路20、晶闸管21、泄放电路22以及整流二极管23，用于控制测试对象4中的电流波形，该电流波形为直流单脉冲电流且全相位范围(O?90°)内可任意相位截波;波形控制装置2中的整流二极管23通过阴极与测试对象4串联保证其仅可通过正向单脉冲电流。
[0026]波形控制装置2中的泄放电路22包括功率二极管220和泄放电阻221，其中功率二极管220的阳极与高压电容10负端相连，阴极与泄放电阻221相连。该泄放电路22与整流二极管23、测试对象4和采样电阻3三者构成的串联支路并联，当冲击电流发生装置I形成负电流脉冲时通过该并联泄放电路22将负电流脉冲的能量泄放掉，以保证一次试验中仅产生一个正向电流脉冲。
[0027]波形控制装置2中的晶闸管21与截波控制电路20用于在需要时对测试对象4中的电流波形进行旁路截波。其中晶闸管21与整流二极管23、测试对象4和采样电阻3三者构成的串联支路并联形成截波旁路。而截波控制电路20通过监控高压电感12高压端电压上升沿而产生同步脉冲，该脉冲经延时和驱动后触发晶闸管21以对测试对象4中的电流波形进行截波。
[0028]截波控制电路20包括电压同步信号发生电路201、延时触发电路202，电压同步信号发生电路201通过跨接在高压电感12高压端(接接线端I)和高压电容11负端(接接线端2)之间的电阻分压电路监控主回路点火导通时刻，并以该时刻电压上升沿为参考产生同步脉冲信号。该同步脉冲信号输入延时触发电路202，经延时触发电路202的双光耦脉冲锁定电路2020锁定后输入可调延时电路2021延时后产生触发脉冲，该脉冲经放大驱动电路2022放大后产生+15V驱动脉冲以控制晶闸管的导通。延时触发电路202的触发信号输出端(接线端3)接晶闸管的G极。
[0029]可调延时电路202可通过阻容积分延时电路实现，也可通过定时器实现，还可通过MCU控制实现等多种实现形式。任何延时和脉冲放大形式皆可视为该延时触发电路202的变化实现形式。
[0030]在本发明的具体实施方案中，高压电容10可以包括多个电容，各电容间串联或者并联连接以实现不同电容量的要求。
[0031]本发明的工作原理是:高压电容10通过外接充电电源充电至额定电压10kV，高压电容10、高压点火开关11、高压电感12、整流二极管23、测试对象4和采样电阻3串联构成主回路;初始时高压点火开关11处于断开状态，主回路处于开路，测试对象4中无电流通过。当高压点火开关11合闸时，由于电容端电压不能突变高压电感12高压端电压突变为10kV，回路接通，高压电容11与高压电感12形成LC振荡电路产生振荡大电流脉冲通过测试对象4和采样电阻3，以检测测试对象的功能和性能。高压点火开关11合闸时，电压同步信号发生电路201经分压电阻监控到合闸，并产生同步信号，该信号经延时触发电路202延时后产生触发脉冲，以触发晶闸管21导通，旁路整流二极管23测试对象4和采样电阻3，产生如图5所示电流波形。由于测试对象4与整流二极管23串联，限制振荡回路负半波的电流不会通过测试对象4，因此在测试对象4上形成单向脉冲冲击电流。又由于晶闸管2)在负半波时承受反向电压截止，因此高压电容10反向充电的电量也无法通过其进行释放，而泄放回路的功率二极管此时处于正偏导通，因此高压电容10反向充电的电量通过泄放电路22泄放，保证了测试对象中只通过单脉冲冲击电流。此处需注意，为防止LC电路继续振荡，泄放电阻221阻值需取得相对较大。
[0032]以上实施例仅对本发明实施方式的具体描述，不可因此理解为对本发明范围的限制。由于本领域的一般技术人员在不脱离本发明构思的前提下依然可以做出众多变形和改造，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，包括用于产生高压大电流振荡脉冲的冲击电流发生装置(I)、测试对象(4)、用于控制通过测试对象(4)电流脉冲波形的波形控制装置(2)以及与测试对象(4)串联的采样电阻(3)，其特征在于:所述冲击电流发生装置(I)、波形控制装置(2)、测试对象(4)和采样电阻(3)依次连接构成整个实验平台的闭合回路，所述采样电阻(3)与测试对象(4)串联，用于将测试对象(4)电流波形转化成电压波形，供检测装置记录和显示。2.根据权利要求1所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述冲击电流发生装置(I)包括依次连接的高压电容(10)、高压点火开关(11)以及高压电感(12);所述高压电容(10)与高压电感(12)串联构成LC振荡电路，产生振荡电流脉冲。3.根据权利要求3所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述的波形控制装置(2)包括依次连接的截波控制电路(20)、晶闸管(21)、泄放电路(22)以及整流二极管(23)，所述整流二极管(23)的阴极与测试对象(4)串联，保证测试对象(4)仅可通过正向电流脉冲;所述泄放电路(22)与整流二极管(23)、测试对象(4)和采样电阻(3)三者构成的串联支路并联，当冲击电流发生装置(I)形成负电流脉冲时通过该并联泄放电路(22)将负电流脉冲的能量泄放掉，以保证一次试验中仅产生一个正向电流脉冲;所述晶闸管(21)与整流二极管(23)、测试对象(O)和采样电阻(3)三者构成的串联支路并联形成截波芳路。4.根据权利要求4所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述冲击电流发生装置(I)、波形控制装置(2)中的整流二极管(23)、测试对象(O)和采样电阻(3)依次串联构成试验平台主回路。5.根据权利要求4所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述泄放电路(22)包括功率二极管(220)和泄放电阻(221)，所述功率二极管(220)的阳极与高压电容(10)负端相连，所述功率二极管(220)的阴极与泄放电阻(221)相连。6.根据权利要求4所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述截波控制电路(20)包括电压同步信号发生电路(201)和延时触发电路(202)，所述电压同步信号发生电路(201)通过跨接在电感高压端和电容负端的电阻分压电路监控主回路点火导通时刻，并以该时刻电压上升沿为参考产生同步脉冲信号;所述延时触发电路(202)包括串行连接的双光耦脉冲锁定电路(2020)、可调延时电路(2021)和放大驱动电路(2022)。7.根据权利要求4所述的直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述延时触发电路(202)可控制截波相位范围为全脉冲O?90°。8.根据权利要求1所述直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述实验平台还包括充电电源，所述充电电源用于将高压电容充电至额定电压。9.根据权利要求1所述直流限流断路器高压大电流脉冲冲击试验平台，其特征在于:所述实验平台还包括检测装置，所述检测装置与采样电阻(3)相连，用于获取经过测试对象的电流波形。
【文档编号】G01R31/327GK105911463SQ201610023421
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】邱凌, 齐小军, 李自怀, 戴兵, 刘楠康, 潘涛, 邵华峰
【申请人】武汉水院电气有限责任公司