一种晶闸管状态监测系统的制作方法

本发明涉及超高压输电保护领域，尤其涉及一种晶闸管状态监测系统。

背景技术：

超高压直流输电换流阀控制保护系统主要由处于地电位的极控设备、阀基电子设备(上层控制系统)和处于高电位的换流阀状态监测设备构成。换流阀控保系统综合阀侧实时电压监测回报和网侧状态进行调度控制。

大容量换流阀作为超高压直流输电系统主要设备之一，多由晶闸管器件集成。晶闸管换流阀的触发方式分为电触发晶闸管阀(ett)和光触发晶闸管阀(ltt)。光触发换流阀晶闸管电压监测单元构成该晶闸管级直流均压回路，同时对晶闸管两端电压进行监测并产生相应的回报信号。电压监测系统功能的正常与否，对换流阀可靠运行有很大的影响，可能会导致重大的安全事故。

每个晶闸管级均有电压监测系统单元，晶闸管电压监测系统需要完成以下功能：

(1)监测晶闸管的阻断能力；

(2)监测晶闸管是否能够开通(正电压建立的监测)；

(3)监测晶闸管过零(负电压建立的监测)；

(4)通过内部集成过电压保护电路监测晶闸管是否过电压(正向过电压)。

换流阀处于高压、电场变化率大的环境中，晶闸管监测系统的可靠稳定性要求较高。

当前换流阀晶闸管监测系统对阈值电压监测部分硬件采用模拟电路和数字电路的ad芯片把模拟信号转换成数字信号。虽然数字芯片可以减少部件的数目，缩短设计时间，但是其在有高性能要求的场合可靠性和稳定性不足。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种晶闸管状态监测系统，主要解决晶闸管状态监测系统中使用数字芯片所导致可靠性和稳定性不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种晶闸管状态监测系统，包括ac分压模块、直流均压模块、负向过零监测模块、正向过零监测模块、过电压监测模块，以及脉冲发生与控制模块，负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块采用分立元件构成电路。ac分压模块通过y2线路接入负向过零监测模块和正向过零监测模块的一端，直流均压模块通过y1线路接在负向过零监测模块和过电压监测模块的一端，正向过零监测模块通过y3线路接入过电压监测模块，负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块分别通过y4、y5、y6线路接入脉冲发生与控制模块的公共端。

在一些实施方式中，负向过零监测模块的具体结构如下：包括，与y2线路端直接连接的二极管d1-1，二极管d1-1的正极连接四组并联的支路，其中，一组支路为二极管d1-2的正极和二极管d1-3的正极连接、二极管d1-3的负极与电阻r1-2串联，一组支路为电阻r1-3，一组支路为电容c1-3与电阻r1-5连接，电阻r1-5接入场效应管m1-2的漏极，一组支路为串联的电阻r1-4和电阻r1-6，电阻r1-6接入y4线路，电容c1-3与电阻r1-5之间的节点连接到电阻r1-4和电阻r1-6之间的节点；

与y1线路端直接连接的二极管d1-5，二极管d1-5的正极与二极管d1-6的正极以及三极管b1-1的集电极连接，二极管d1-6的负极与场效应管m1-2的栅极连接，三极管b1-1的发射极接入控制极g，三极管b1-1的基极连接两组并联的支路，一组支路为电容c1-1和二极管d1-7的正极连接，一组支路为串联的电阻r1-1和电容c1-4，三极管b1-1的基极与场效应管m1-1的漏极连接，场效应管m1-1的源极连接并联的二极管d1-4负极、电容c1-2、电阻r1-2以及电阻r1-3，并接入控制极g，二极管d1-4的正极和电容c1-2的另一端、场效应管m1-1的栅极以及二极管d1-3的负极连接；

二极管d1-5的正极连接并联的电容c1-5和电阻r1-7，场效应管m1-2的源极与二极管d1-7的负极、电容c1-4、电容c1-5以及电阻r1-7连接并接入控制极g。

在一些实施方式中，正向过零监测模块包括二极管d2-1、二极管d2-2、二极管d2-3、二极管d2-4、二极管d2-5、电阻r2-1、电阻r2-2、电阻r2-3、电阻r2-4、电阻r2-5、电阻r2-6、电阻r2-7、电阻r2-8、电容c2-1、电容c2-2、电容c2-3、电容c2-4、三极管b2-1、场效应管m2-1以及场效应管m2-2，二极管d2-1的正极与y2线路连接，二极管d2-1的负极与并联的二极管d2-2的正极、电阻r2-4以及电阻r2-5连接，电阻r2-5的另一端接入控制极g，二极管d2-2的负极依次与二极管d2-3的负极和电阻r2-3串联连接，y3线路与并联的三极管b2-1的发射极、电容c2-1以及电阻r2-1连接，三极管b2-1的基极与电容c2-1、电阻r2-1的另一端连接，并接入电阻r2-2，电阻r2-2的另一端与场效应管m2-1的漏极连接，场效应管m2-1的栅极与电容c2-2连接后接入二极管d2-3的正极，场效应管m2-1的源极与并联的电容c2-2以及电阻r2-3连接，二极管d2-4的负极与场效应管m2-1的栅极连接，二极管d2-4的正极接入控制极g，三极管b2-1的集电极与二极管d2-5的负极连接，二极管d2-5的正极与并联的电容c2-3、电阻r2-6以及场效应管m2-2的栅极连接，场效应管m2-2的漏极与电阻r2-4的另一端连接，场效应管m2-2的源极与电阻r2-7连接，电阻r2-7的另一端接入控制极g，场效应管m2-2的源极与电容c2-4的一端连接，电容c2-4的另一端与电阻r2-6连接，场效应管m2-2的源极与电阻r2-8连接，电阻r2-8与线路y5连接。

在一些实施方式中，过电压监测模块包括二极管d3-1、二极管d3-2、二极管d3-3、电容c3-1、电容c3-2、电容c3-3、电阻r3-1、电阻r3-2、电阻r3-3、电阻r3-4、电阻r3-5、电阻r3-6以及三极管b3-1，y1线路和y3线路通过二极管d3-1连接，二极管d3-1的负极与三极管b3-1的发射极连接，二极管d3-1的负极与并联的电容c3-2、电阻r3-2、电阻r3-3以及电阻r3-4连接，电阻r3-4与二极管d3-3的负极连接，二极管d3-3的正极接入控制极g，三极管b3-1的基极与电容c3-2、电阻r3-2以及二极管d3-2的负极连接，二极管d3-2的正极与电阻r3-3以及电阻r3-4连接，三极管b3-1的集电极与电阻r3-6连接，y6线路与电阻r3-1的一端连接，电阻r3-1的另一端与并联的电容c3-1以及电阻r3-6连接，电阻r3-6的另一端与二极管d3-1的负极之间连接有并联的电阻r3-5和电容c3-3。

在一些实施方式中，晶闸管状态监测系统输入端接入阻尼电路，用于输入分压。

在一些实施方式中，阻尼电路为一次rc电路，一次rc电路通过将一个电阻和一个电容串联后并联在晶闸管两端，电阻与晶闸管连接的一端接入直流均压模块，电阻与电容的串联节点接入ac分压模块。

本发明的有益效果为：本发明的晶闸管状态监测系统的负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块使用了分立元件，提高了系统的稳定性和可靠性，适用于高电压、电场变化率大的场合，并且分立元件成本较数字芯片低。

附图说明

图1为本发明实施例中晶闸管状态监测系统的电路示意图；

图2为本发明实施例中负向过零监测模块的电路示意图；

图3为本发明实施例中正向过零监测模块的电路示意图；

图4为本发明实施例中过电压监测模块的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示,本实施例提出了一种晶闸管状态监测系统，包括ac分压模块、直流均压模块、负向过零监测模块、正向过零监测模块、过电压监测模块，以及脉冲发生与控制模块，负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块采用分立元件构成电路。晶闸管状态监测系统输入端接入阻尼电路，用于输入分压。阻尼电路为一次rc电路，一次rc电路通过将一个电阻和一个电容串联后并联在晶闸管两端，电阻与晶闸管连接的一端接入直流均压模块，电阻与电容的串联节点接入ac分压模块。

本发明的晶闸管状态监测系统的负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块使用了分立元件，提高了系统的稳定性和可靠性，适用于高电压、电场变化率大的场合，并且分立元件成本较数字芯片低。通过晶体管、fet分立元件搭建的电压阈值监测单元来实现晶闸管的状态监测功能，提高晶闸管监测系统的可靠性和稳定性，并且分立器件成本较数字芯片低。

ac分压模块通过y2线路接入负向过零监测模块和正向过零监测模块的一端，直流均压模块通过y1线路接在负向过零监测模块和过电压监测模块的一端，正向过零监测模块通过y3线路接入过电压监测模块，负向过零监测模块、正向过零监测模块以及过电压监测模块分别通过y4、y5、y6线路接入脉冲发生与控制模块的公共端。晶闸管状态监测系统中ac分压模块的作用是调节电压相位和分压的作用，能够使其末端电压相位较直流均压模块末端的电压超前约90度。脉冲产生于脉冲发生与控制模块，将负向过零监测模块、正向过零监测模块、过电压监测模块发来的信息转化成光信号，发送给上层控制系统。晶闸管监测系统通过监测晶闸管两端的电压，向上层控制系统发送三种回报信号，上层控制系统根据晶闸管监测系统上传信号判断晶闸管的运行状态，作为控制和保护命令下发的依据。

(1)晶闸管两端正电压建立回报信号，正向过零监测模块工作，当晶闸管两端正向电压达到50～70v时，晶闸管监测系统向上层控制系统发送正电压建立回报信号。

(2)晶闸管两端负电压建立回报信号，负向过零监测模块工作，当晶闸管两端负向电压达到-150～-170v时，晶闸管监测系统向上层控制系统发送负电压建立回报信号。

(3)当晶闸管两端的正向电压达到6500～7500v时，过电压监测模块工作，晶闸管监测系统向上层控制系统发送过电压保护回报信号。

如图2所示,负向过零监测模块的具体结构如下：包括，与y2线路端直接连接的二极管d1-1，二极管d1-1的正极连接四组并联的支路，其中，一组支路为二极管d1-2的正极和二极管d1-3的正极连接、二极管d1-3的负极与电阻r1-2串联，一组支路为电阻r1-3，一组支路为电容c1-3与电阻r1-5连接，电阻r1-5接入场效应管m1-2的漏极，一组支路为串联的电阻r1-4和电阻r1-6，电阻r1-6接入y4线路，电容c1-3与电阻r1-5之间的节点连接到电阻r1-4和电阻r1-6之间的节点；

与y1线路端直接连接的二极管d1-5，二极管d1-5的正极与二极管d1-6的正极以及三极管b1-1的集电极连接，二极管d1-6的负极与场效应管m1-2的栅极连接，三极管b1-1的发射极接入控制极g，三极管b1-1的基极连接两组并联的支路，一组支路为电容c1-1和二极管d1-7的正极连接，一组支路为串联的电阻r1-1和电容c1-4，三极管b1-1的基极与场效应管m1-1的漏极连接，场效应管m1-1的源极连接并联的二极管d1-4负极、电容c1-2、电阻r1-2以及电阻r1-3，并接入控制极g，二极管d1-4的正极和电容c1-2的另一端、场效应管m1-1的栅极以及二极管d1-3的负极连接；

二极管d1-5的正极连接并联的电容c1-5和电阻r1-7，场效应管m1-2的源极与二极管d1-7的负极、电容c1-4、电容c1-5以及电阻r1-7连接并接入控制极g。

当晶闸管两端电压由正电压过零向负电压变化的时候，g点的电位高于y1点的电位，当电位差高于一定的阈值时m1-2导通，y4发送一个脉冲信号。晶闸管两端负电压建立回报信号，负向过零监测模块工作，当晶闸管两端负向电压达到-150～-170v时，晶闸管监测系统向上层控制系统发送负电压建立回报信号。

如图3所示,正向过零监测模块包括二极管d2-1、二极管d2-2、二极管d2-3、二极管d2-4、二极管d2-5、电阻r2-1、电阻r2-2、电阻r2-3、电阻r2-4、电阻r2-5、电阻r2-6、电阻r2-7、电阻r2-8、电容c2-1、电容c2-2、电容c2-3、电容c2-4、三极管b2-1、场效应管m2-1以及场效应管m2-2，二极管d2-1的正极与y2线路连接，二极管d2-1的负极与并联的二极管d2-2的正极、电阻r2-4以及电阻r2-5连接，电阻r2-5的另一端接入控制极g，二极管d2-2的负极依次与二极管d2-3的负极和电阻r2-3串联连接，y3线路与并联的三极管b2-1的发射极、电容c2-1以及电阻r2-1连接，三极管b2-1的基极与电容c2-1、电阻r2-1的另一端连接，并接入电阻r2-2，电阻r2-2的另一端与场效应管m2-1的漏极连接，场效应管m2-1的栅极与电容c2-2连接后接入二极管d2-3的正极，场效应管m2-1的源极与并联的电容c2-2以及电阻r2-3连接，二极管d2-4的负极与场效应管m2-1的栅极连接，二极管d2-4的正极接入控制极g，三极管b2-1的集电极与二极管d2-5的负极连接，二极管d2-5的正极与并联的电容c2-3、电阻r2-6以及场效应管m2-2的栅极连接，场效应管m2-2的漏极与电阻r2-4的另一端连接，场效应管m2-2的源极与电阻r2-7连接，电阻r2-7的另一端接入控制极g，场效应管m2-2的源极与电容c2-4的一端连接，电容c2-4的另一端与电阻r2-6连接，场效应管m2-2的源极与电阻r2-8连接，电阻r2-8与线路y5连接。

当晶闸管两端电压由负电压过零向正电压变化的时候，y2点电位达到一定的阈值，r2-3上的分压达到了一定的值，使得m2-1开通，由于y2点电位超前y3点电位的相位约90度，因此允许m2-1提前沟通，当y2点电位在r2-1上的分压超过一定的值时，b2-1开通。进而当r2-6的分压达到一定的值时m2-2开通，此时y5发送一个脉冲信号。晶闸管两端正电压建立回报信号，正向过零监测模块工作，当晶闸管两端正向电压达到50～70v时，晶闸管监测系统向上层控制系统发送正电压建立回报信号。

如图4所示,过电压监测模块包括二极管d3-1、二极管d3-2、二极管d3-3、电容c3-1、电容c3-2、电容c3-3、电阻r3-1、电阻r3-2、电阻r3-3、电阻r3-4、电阻r3-5、电阻r3-6以及三极管b3-1，y1线路和y3线路通过二极管d3-1连接，二极管d3-1的负极与三极管b3-1的发射极连接，二极管d3-1的负极与并联的电容c3-2、电阻r3-2、电阻r3-3以及电阻r3-4连接，电阻r3-4与二极管d3-3的负极连接，二极管d3-3的正极接入控制极g，三极管b3-1的基极与电容c3-2、电阻r3-2以及二极管d3-2的负极连接，二极管d3-2的正极与电阻r3-3以及电阻r3-4连接，三极管b3-1的集电极与电阻r3-6连接，y6线路与电阻r3-1的一端连接，电阻r3-1的另一端与并联的电容c3-1以及电阻r3-6连接，电阻r3-6的另一端与二极管d3-1的负极之间连接有并联的电阻r3-5和电容c3-3。

当y1点超过一定的值之后，r3-2上的分压达到0.7v之后b3-1开通，此时y6发送一个脉冲信号。当晶闸管两端的正向电压达到6500～7500v时，过电压监测模块工作，晶闸管监测系统向上层控制系统发送过电压保护回报信号。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。