直流输电晶闸管串联均压性能检测系统和电压检测装置的制作方法

本实用新型涉及直流输电晶闸管串联均压性能检测系统和电压检测装置。

背景技术：

目前我国已建成投运的高压直流输电工程线路总长度和输送容量均居世界前列，为我国西电东送战略做出了巨大贡献。晶闸管阀是直流输电系统的核心设备，具有技术难度大、集成度大、跨学科领域多、可靠性要求高等特点，是实现交直流电转换的核心功能单元。

为了确保高压直流输电晶闸管阀具备高运行可靠性，晶闸管阀在出厂试验、运行维护和异常故障情况下，都需要对晶闸管阀设备进行高压串联均压性能测试。确保晶闸管阀运行过程中，不会出现由于晶闸管阀的电压分布不均而出现晶闸管击穿损坏的情况。一般情况下，一个直流输电晶闸管阀组件的晶闸管级数为13～15级，整个晶闸管阀组件对地电位是26～30kV工频有效值，那么，每个晶闸管级两端的电压是工频电压有效值为2kV，每个晶闸管级两端的电压较高，但是目前在进行晶闸管阀均压性能测试时，都是电压不高的情况下，这跟晶闸管实际运行工况下的电压有差距，从而造成均压测试结果与实际情况有很大的差别。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种直流输电晶闸管串联均压性能检测系统，用以解决现有的均压检测结果精度低的问题。本实用新型同时提供一种电压检测装置。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：一种直流输电晶闸管串联均压性能检测系统，包括控制部分，还包括至少一个电压检测部分，所述电压检测 部分包括用于分别连接对应晶闸管两端的两个端口，所述两个端口之间连接有一条串设有分压电阻的分压支路，所述分压支路与一个保护间隙并联设置，所述分压电阻的两端连接一个隔离变压器的高压侧，所述隔离变压器的低压侧输出连接所述控制部分。

所述分压电阻与一个避雷器并联设置。

所述检测系统还包括信号处理部分，所述隔离变压器的低压侧通过所述信号处理部分输出连接所述控制部分，所述信号处理部分包括依次连接的低通滤波电路和A/D转换电路。

所述电压检测部分的个数与串联的晶闸管个数相同，且一一对应。

所述控制部分为控制芯片DSP。

所述检测系统还包括上位机，所述控制部分与所述上位机通讯连接。

一种电压检测装置，包括用于分别连接对应晶闸管两端的两个端口，所述两个端口之间连接有一条串设有分压电阻的分压支路，所述分压支路与一个保护间隙并联设置，所述分压电阻的两端连接一个隔离变压器的高压侧，所述隔离变压器的低压侧即为所述电压检测装置的输出端。

所述分压电阻与一个避雷器并联设置。

本实用新型提供的直流输电晶闸管串联均压性能检测系统中，将该检测系统直接接在处于实际运行情况下或者模拟实际运行情况下的晶闸管的两端，所以该系统能够检测晶闸管在实际运行工况下的电压，保证了检测的真实性和精度。由于晶闸管的两端的电压很高，所以该性能检测系统中设置有保护间隙，通过该保护间隙能够对分压支路进行过压保护，避免分压支路承受过大的电压，防止在检测电压时分压支路因过压而损坏；并且，通过隔离变压器的降压，将高电压降为低电压，并输出给控制部分，控制部分能够根据该低电压信号进行相应地处理，以进行均压测试，保证了均压测试的可实施性。所以，该系统对检验直流输电晶闸管阀的均压性能具有重要意义。

附图说明

图1是电压检测部分结构示意图；

图2是直流输电晶闸管串联均压性能检测系统与晶闸管的连接关系示意图；

图3是直流输电晶闸管串联均压性能检测系统的原理示意图；

图4是低通滤波电路图；

图5是DSP软件结构示意图；

图6是DSP主程序流程示意图；

图7是数据采集子程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

直流输电晶闸管阀串联均压性能检测系统实施例

换流器中包括多条晶闸管串联线路，每条晶闸管串联线路可以成为晶闸管阀段，每条串联线路上串设有多个晶闸管，用来提升每条串联线路上的可承受电压。为了检测晶闸管串联线路中的每个晶闸管两端承受的电压，最终实现检测每个晶闸管的均压性能，本实用新型提供了一种直流输电晶闸管阀串联均压性能检测系统。

该直流输电晶闸管阀串联均压性能检测系统整体上包括三部分，分别是电压检测部分、信号处理部分和控制部分。

该系统中的电压检测部分的个数为至少一个，其中，当系统只包括一个电压检测部分时，该检测系统每次只能够检测一个晶闸管，所以，如果需要对串联线路上的所有的晶闸管进行检测时，就需要进行多次检测；当包括多个电压检测部分时，每次能够进行多个晶闸管的检测，并且，如果该系统中的电压检测部分的个数与待测的串联线路上的晶闸管的个数相同，那么，各个电压检测部分就对应检测一个晶闸管，所以，只进行一次检测即可将待测的串联线路上 的所有的晶闸管两端的电压都进行检测。

如图1所示，电压检测部分(也称为电压检测装置)包括两个端口，X1和X2，这两个端口用于分别连接对应晶闸管的两端，通过这两个端口来采集和检测晶闸管两端的电压。这两个端口之间连接有一个交流电阻分压器，具体为一条串设有分压电阻的分压支路，该分压支路上串设有电阻R1和电阻R2，其中电阻R2为分压电阻。交流电阻分压器通过端口X1和X2来测量晶闸管两端的高电压U_X1X2，然后从分压器中的分压电阻R2上得到高电压信号U_Y1Y2。两个交流电压值满足：的数值关系，其中，设定R1是高压臂电阻值，R2是低压臂电阻值。为了尽可能减小交流电阻分压器的接入不影响晶闸管的均压性能，要求交流电阻分压器上的电阻远大于晶闸管的电阻R_VT，即R1+R2＞＞R_VT。

端口X1和X2之间还连接有一个保护间隙，即该保护间隙与交流电阻分压器并联设置，该保护间隙的作用是保护电阻分压器不承受过电压，该保护间隙的保护水平根据空气间隙的击穿特性选取。该保护间隙为现有的器件，所以，不再对其结构以及工作原理进行详细说明。

为了进一步实现保护，在交流电阻分压器中的分压电阻R2的两端并联有一个避雷器，该避雷器的保护水平根据分压电阻R2的实际参数来进行选取，用来保护分压电阻和后端的电路不承受过电压。另外，整个电路对地绝缘。

而且，为了将分压电阻R2上的高电压信号转换为低电压信号，满足后续控制需要，该电压检测部分还包括一个隔离变压器，分压电阻R2的两端分别连接变压器高压侧(原边)的两端，该变压器低压侧(副边)即为该电压检测部分的输出端。该隔离变压器能够将高电压信号转换成低电压信号。原、副边之间仅有磁关系，没有电联系，实现有效隔离。

如图2所示，信号处理部分(也称为信号处理系统)用于对隔离变压器输 出的电压信号进行处理，以供后续的控制部分使用。隔离变压器原边电压跟分压器上的分压电阻R2两端的电压U_Y1Y2匹配，副边电压跟信号处理部分的输入电压匹配。

如图3所示，信号处理部分包括依次连接的低通滤波电路和A/D转换电路。隔离变压器输出的电压信号依次经低通滤波电路和A/D转换电路的处理后得到相应的数字信号，然后送入控制部分中。

在本实施例中，给出低通滤波电路和A/D转换电路的一种具体实施方式。

低通滤波电路实质上是一种选频装置，能够使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。由于被测信号中的毛刺和高频分量将影响谐波测试的效果，所以设计了4阶巴特沃思有源低通滤波器，采用TL082宽带双JFET输入运算放大器构成滤波电路，其中电路参数R11＝5.5kΩ，R12＝7.5kΩ，R13＝13kΩ，R21＝13.7kΩ，R22＝17.8kΩ，R23＝32kΩ，C11＝0.033uF，C12＝0.0047uF，C21＝0.0056uF，C22＝0.0047uF，具体电路见图4所示。

数据采集必不可少的电路是A/D转换电路，A/D转换的原理就是将模拟信号依次通过取样、保持、量化和编码几个过程后转换成数字量格式。ADS8515是TI公司推出的一款完整的16-bit采样A/D转换器。ADS8515的外围电路简单，只需配置几个滤波电容及基准电容即可，而且芯片内部具有采样保持装置，可以将采样电压保持至A/D转换结束。在电路设计时选用ADS8515作为15个晶闸管级工频交流电压信号的AD转换芯片。

经A/D转换电路后得到相应的数字信号送入控制部分(图中未画出)中，在本实施例中，为了配合A/D转换电路，控制部分为控制芯片DSP。控制芯片DSP根据接收到的电压数据进行处理和分析，得到晶闸管两端的电压，然后进行均压性能的检测。

本实施例中，该检测系统还包括上位机，上位机与控制芯片DSP通讯连接，实现数据信息的上传与控制信号的下发。那么，在控制时，控制芯片DSP根据上位机的指令，完成相应的功能，根据采集到的电压数据自动判断晶闸管高压 串联均压性能，并把电压数据和判断结果送给上位机显示。

在本实施例中，控制芯片DSP的硬件部分采用美国德州仪器公司生产的TMS320F2812。该芯片是TI公司专为控制领域推出的一种高性能数字信号处理芯片，属于定点DSP。2812DSP有着32位精度，其最高数据处理速度可达150MIPS，并且有丰富的片上外设，使其更适用于控制领域，为设计数字化的控制系统提供了一种理想方案。DSP的最小系统电路包括电源电路、时钟电路、复位电路。

而控制芯片的软件部分则包括主程序设计和功能子程序设计，如图5所示。

其中，对于DSP主程序：

DSP的软件设计采用模块化设计方法，因此在本设计中主程序主要是为了调用各个子程序模块，让各个子程序有序的进行工作。

DSP上电后，首先对系统进行初始化设置，包括：设置DSP的工作模式、初始化各个控制寄存器、设置看门狗初始值及时钟的工作模式、设定I/O口的输入输出状态。系统初始化结束后，程序便进入了等待上位机指令阶段，接收到上位机发来的指令后执行相关指令，进行交流A/D采样，并将数据存入缓存，并发送交流电压数据，图6为DSP主程序流程图。

对于数据采集子程序：

数据采集子程序主要是通过DSP控制A/D芯片完成模数转换，并将转换完的数据存至缓存区，以方便向上位机传送数据。本系统交流采样的A/D芯片是ADS8515，选用定时器设定采样间隔，在确定了采样间隔的基础上，通过定时中断进行同步采样，本系统采用的是偏差累积增量同步法，因此在定时中断开始时，先重置定时计数值并计算下一定时值。根据上位机发来的指令进行交流电压A/D采样，并将其存入相应的缓存区内，并置位数据采集结束位，等候上位机发指令取走数据。如果是直流A/D采样，直接读取直流A/D转换值，在读取结束后将数据存入缓存区，并置位数据采集结束标志位，等候上位机发指令取走数据，图7为数据采集子程序流程图。

而且，控制芯片DSP与上位机之间的通讯方式采用半双工通信方式，在此称之为应答模式的通信方式，即控制芯片DSP根据上位机指令执行相应动作。通信程序设计也采用模块化设计，本设计中包含三个模块：串口初始化子程序模块、发送字符子程序模块和接收字符子程序模块，串口初始化子程序主要是对串口进行配置。

另外，控制芯片DSP与上位机之间可以采用有线方式进行通讯，也可以采用无线通讯模块进行通讯，比如4G无线通讯模块。

虽然上述对控制芯片DSP中的软件程序的设计进行了具体说明，但是需要说明的是本实用新型的发明点在于硬件结构，不在于软件程序，所以，本实用新型并不局限于上述软件程序的设计，在使用其他类型的控制器的情况下，软件程序的具体设计就可能会不同。

利用本检测系统能够对对含多个晶闸管的晶闸管串联线路(即晶闸管阀)进行了高压串联均压性能测试，以15个晶闸管为例，在这含有15个晶闸管的阀段两端施加工频交流电压30.0kV，然后利用检测系统对每个晶闸管进行检测，根据每个晶闸管两端的电压来判断直流输电晶闸管高压串联均压性能。

电压检测装置实施例

本实施例提供一种电压检测装置，该装置可以用在上述晶闸管均压测试，也可以用在其他的电压采集和检测领域，由于该电压检测装置的具体结构以及工作过程在上述系统实施例中已经有了详细的描述，这里不再具体说明。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。