一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置的制作方法

[0001]
本发明涉及电力设备测试技术领域，特别涉及一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置。


背景技术：

[0002]
换流阀设备作为(特)高压直流输电的核心设备之一，其性能的好坏直接影响直流系统运行的可靠性和稳定性。换流阀设备均采用模块化设计，由若干个阀组件组成，每个阀组件包含多个晶闸管级，即每个晶闸管级是组成换流阀的最小基本单元。晶闸管级主要包括晶闸管、阻尼电阻、阻尼电容、均压电阻、晶闸管控制单元等功能性元器件，其功能性测试主要包括低压触发测试、高压du/dt测试、高压bod测试。
[0003]
目前，国内高压直流输电正处于高速发展期，已建成及投运的直流输电工程有30余条，但尚未自主研制开发出同时具备高低压试验功能的晶闸管级测试仪器，因此，研制开发高效、可靠、功能齐全的高压直流输电换流阀设备晶闸管级功能测试方案和试验仪器显得尤为紧迫。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例的目的是提供一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置，通过控制逻辑，既能够实现高压功能、低压功能的分项测试，又能够实现高低压功能的自动测试，实现了晶闸管级低压触发功能、高压du/dt功能和高压bod功能的测试。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置，包括：供电回路模块、高压功能回路模块、低压功能回路模块、输出回路模块和控制板卡；
[0006]
所述供电回路模块包括若干个开关，通过所述若干个开关控制所述高压功能回路模块、所述低压功能回路模块和所述控制板卡；
[0007]
所述高压功能回路模块和所述低压功能回路模块并联连接后与所述输出回路模块的输入端连接；
[0008]
所述输出回路模块输出端与试品晶闸管级连接，其包括第二电压测量单元和电流测量单元，所述第二电压测量单元与所述高压功能回路模块输出端并联连接，所述电流测量单元与所述高压功能回路模块输出端串联连接；
[0009]
所述控制板卡分别与所述高压功能回路模块和所述低压功能回路模块的输入端连接，其还与所述试品晶闸管级的控制单元连接，通过逻辑控制对所述试品晶闸管级进行低压触发试验、高压du/dt试验和/或bod试验。
[0010]
进一步地，所述供电回路包括：第一控制开关、第二控制开关和第三控制开关，所述第一控制开关串联设置于输入端，所述第二控制开关设置于所述高压功能回路模块的输入端，所述第三控制开关串联设置于所述低压功能回路模块的输入端。
[0011]
进一步地，所述高压功能回路模块包括：第一晶闸管单元、第一变压器单元、整流
模块、第一电压测量单元、第三晶闸管单元和第一电容；
[0012]
所述第一晶闸管单元与所述第一变压器单元的原边串联连接，其包括反并联连接的第一晶闸管和第二晶闸管；
[0013]
所述整流模块、所述第一电压测量单元和所述第一电容分别与所述第一变压器单元的副边并联连接；
[0014]
所述第三晶闸管单元串联设置于所述第一变压器单元的副边。
[0015]
进一步地，所述高压功能回路模块还包括：第一限流电阻；
[0016]
所述第一限流电阻串联设置于所述第一变压器单元的原边。
[0017]
进一步地，所述整流模块包括二极管整流器；
[0018]
所述二极管整流器与所述第一变压器单元副边并联连接。
[0019]
进一步地，所述高压功能回路模块还包括：第三泄放电阻；
[0020]
所述第三泄放电阻与所述第一电容并联连接。
[0021]
进一步地，所述高压功能回路模块包括：放电回路单元；
[0022]
所述放电回路单元包括：第一电感、第五电阻和第二电容；
[0023]
所述第一电感串联设置于所述高压功能回路模块的输出端，所述第五电阻和第二电容串联连接后并联设置于所述高压功能回路模块的输出端。
[0024]
进一步地，所述高压功能回路模块包括：第四限流电阻；
[0025]
所述第四限流电阻与所述第三晶闸管单元串联设置。
[0026]
进一步地，所述低压功能回路模块包括：第二晶闸管单元和第二变压器单元；
[0027]
所述第二晶闸管单元串联设置于所述第二变压器单元的原边，所述第二晶闸管单元包括反并联连接的第三晶闸管和第四晶闸管；
[0028]
所述第二变压器单元的副边与所述输出回路模块的输入端连接。
[0029]
进一步地，所述低压功能回路模块还包括：第二限流电阻；
[0030]
所述第二限流电阻串联设置于所述第二变压器单元的原边。
[0031]
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0032]
通过控制逻辑，既能够实现高压功能、低压功能的分项测试，又能够实现高低压功能的自动测试，实现了晶闸管级低压触发功能、高压du/dt功能和高压bod功能的测试。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试装置模块示意图；
[0034]
图2是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试装置电路示意图；
[0035]
图3是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试流程图；
[0036]
图4是本发明实施例提供的低压触发功能测试控制逻辑时序图；
[0037]
图5是本发明实施例提供的高压du/dt功能测试控制逻辑时序图；
[0038]
图6是本发明实施例提供的高压bod功能测试控制逻辑时序图。
具体实施方式
[0039]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发
明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0040]
图1是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试装置模块示意图。
[0041]
图2是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试装置电路示意图。
[0042]
图3是本发明实施例提供的换流阀晶闸管级高低压功能测试流程图。
[0043]
请参照图1、图2和图3，本发明实施例提供一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置，包括：供电回路模块、高压功能回路模块、低压功能回路模块、输出回路模块和控制板卡；供电回路包括若干个开关，通过若干个开关控制高压功能回路模块、低压功能回路模块和控制板卡；高压功能回路模块和低压功能回路模块并联连接后与输出回路模块的输入端连接；输出回路模块输出端与试品晶闸管级连接，其包括第二电压测量单元pt2和电流测量单元ct，第二电压测量单元pt2与高压功能回路模块输出端并联连接，电流测量单元ct与高压功能回路模块输出端串联连接；控制板卡分别与高压功能回路模块和低压功能回路模块的输入端连接，其还与试品晶闸管级的控制单元连接，通过逻辑控制对所述试品晶闸管级进行低压触发试验、高压du/dt试验和/或bod试验。
[0044]
在本实施例的一个实施方式中，控制板卡通过光纤与试品晶闸管级连接，高压功能回路模块和低压功能回路模块通过共用的电气连接与试品晶闸管级连接。
[0045]
具体的，供电回路模块包括：第一控制开关qf1、第二控制开关qf2和第三控制开关qf3，第一控制开关qf1串联设置于输入端，其为总开关，同时为控制板卡开关；第二控制开关qf2设置于高压功能回路模块的输入端；第三控制开关qf3串联设置于低压功能回路模块的输入端。供电回路模块电源为ac220v/50hz。
[0046]
具体的，高压功能回路模块包括：第一晶闸管单元vt1、第一变压器单元t1、整流模块d、第一电压测量单元pt1、第三晶闸管单元vt3和第一电容c1。第一晶闸管单元vt1与第一变压器单元t1的原边串联连接，其包括反并联连接的第一晶闸管vt1-1和第二晶闸管vt1-2，反并联连接方式可以实现在交流电传输的同时避免使用继电器带来的延迟性和不一致性问题。整流模块d、第一电压测量单元pt1和第一电容c1分别与第一变压器单元t1的副边并联连接。第三晶闸管单元vt3串联设置于第一变压器单元t1的副边。
[0047]
高压功能回路模块的工作原理为：控制板卡触发第一晶闸管单元vt1导通对第一电容c1进行充电，通过对第一电压测量单元pt1的实时采集，当第一电压测量单元pt1的电压值达到预期值时，控制第一晶闸管单元vt1不再导通，即完成高压充电；充电完成后的特定时间，控制板卡触发第三晶闸管单元vt3导通对试品晶闸管级进行放电，从而得到所需的高压脉冲信号；通过对第二电压测量单元pt2、电流测量单元ct的采集来判断晶闸管的状态，通过与试品晶闸管级控制单元的光通讯来控制试品晶闸管的触发、判断试品晶闸管级控制单元的状态
[0048]
进一步地，高压功能回路模块还包括：第一限流电阻r1；第一限流电阻r1串联设置于第一变压器单元t1的原边。第一限流电阻r1能够有效地限制第一变压器单元t1原边侧的瞬时电流辐值，从而避免瞬时过流引起电源跳闸。
[0049]
进一步地，整流模块d包括二极管整流器；二极管整流器与第一变压器单元t1副边并联连接。二极管整流器将第一变压器单元t1副边侧交流电转换为直流电，从而实现对第一电容c1进行充电。
[0050]
进一步地，高压功能回路模块还包括：第三泄放电阻r3；第三泄放电阻r3与第一电容c1并联连接。第三泄放电阻r3为100mω左右的大电阻，其作用是防止第三晶闸管单元vt3不受控时进行第一电容c1的自由泄放。
[0051]
进一步地，高压功能回路模块包括：放电回路单元。放电回路单元包括：第一电感l、第五电阻r5和第二电容c2；第一电感l串联设置于高压功能回路模块的输出端，第五电阻r5和第二电容c2串联连接后并联设置于高压功能回路模块的输出端。放电回路单元用于当输出回路存在连接断开时，对第一电容c1进行快速的放电。
[0052]
进一步地，高压功能回路模块包括：第四限流电阻r4；第四限流电阻r4与第三晶闸管单元vt3串联设置。第四限流电阻r4用于限值第三晶闸管单元vt3导通后的瞬间电流辐值。
[0053]
具体的，低压功能回路模块包括：第二晶闸管单元vt2和第二变压器单元t2；第二晶闸管单元vt2串联设置于第二变压器单元t2的原边，第二晶闸管单元vt2包括反并联连接的第三晶闸管vt2-1和第四晶闸管vt2-2；第二变压器单元t2的副边与输出回路模块的输入端连接。
[0054]
低压功能回路模块能够实现低压触发试验其原理为：控制板卡触发第二晶闸管单元vt2导通一定时间，得到固定周期的低电压信号施加在试品晶闸管级两端；通过对第二电压测量单元pt2、电流测量单元ct的采集来判断晶闸管的状态，通过与试品晶闸管级控制单元的光通讯来控制试品晶闸管的触发、判断试品晶闸管级控制单元的状态；
[0055]
进一步地，低压功能回路模块还包括：第二限流电阻r2；第二限流电阻r2串联设置于第二变压器单元t2的原边。第二限流电阻r2能够有效地限制第二变压器单元t2原边侧的瞬时电流辐值，从而避免瞬时过流引起电源跳闸。
[0056]
具体的，控制板卡b的主要作用包括：采集同步电压，控制第一晶闸管vt1-1、第二晶闸管vt1-2、第三晶闸管vt2-1、第四晶闸管vt2-2，使其在特定的时间节点进入或结束触发状态；接收第一电压测量单元pt1的测量反馈，当第一电容c1的电压值达到设定值后，控制第三晶闸管单元vt3，使其在特定周期内进行触发；通过控制km的闭合和断开，实现du/dt功能测试；接收第二电压测量单元pt2、电流测量单元ct的测量反馈，输出给能够显示测试结果的上位机或触摸屏等设备。
[0057]
图4是本发明实施例提供的低压触发功能测试控制逻辑时序图。
[0058]
请参照图4，上述换流阀晶闸管级高低压功能测试装置的低压触发功能如下：
[0059]
闭合第一控制开关qf1和第三控制开关qf3，控制板卡触发第三晶闸管vt2-1和第四晶闸管vt2-2导通若干个完整的周期，经过第二变压器单元t2得到所需电压等级的若干个完整周期交流电压；通过同步信号的采集，在试品晶闸管级承受正向电压的时刻，控制板卡发出光触发信号给试品晶闸管控制单元，从而实现试品晶闸管的触发。
[0060]
图5是本发明实施例提供的高压du/dt功能测试控制逻辑时序图。
[0061]
图6是本发明实施例提供的高压bod功能测试控制逻辑时序图。
[0062]
请参照图5和图6，上述换流阀晶闸管级高低压功能测试装置的高压du/dt功能、高压bod功能测试过程如下：
[0063]
闭合第一控制开关qf1、第二控制开关qf2、第三控制开关qf3，控制板卡触发第一晶闸管vt1-1、第二晶闸管vt1-2导通直到主电容c1的电压值达到预设值，不再给第一晶闸
管vt1-1、第二晶闸管vt1-2触发信号，du/dt试验、bod试验的预设值可分别通过充放电回路、试品回路进行理论计算而得出，此时，即完成高压充电过程，第一限流电阻r1的作用为限制充电电流；在充电完成后的某个时间点，控制板卡控制第三晶闸管单元vt3导通，第一电容c1即开始对后级回路、试品回路进行放电，由于放电电压的辐值(即bod试验所需的最大电压值)主要取决于后级回路、试品回路的电容值，放电电压的斜率(即du/dt试验所需的电压上升率)主要取决于后级回路的电感值，因此，通过合理计算选取后级回路l、c值，即可得到du/dt试验、bod试验所需的电压波形。由于du/dt试验是建立在触发试验的基础上，所以进行du/dt试验时通过控制板卡的逻辑控制，在试品晶闸管触发后的反向恢复期内高压放电回路输出du/dt所需的高电压脉冲。
[0064]
上述技术方案通过控制板卡的逻辑控制选取低压触发试验、高压du/dt试验、bod试验的某一项试验，还可选取自动测试，实现低压触发试验、高压du/dt试验、bod试验的自动连续测试。
[0065]
本发明实施例旨在保护一种换流阀晶闸管级高低压功能测试装置，包括：供电回路模块、高压功能回路模块、低压功能回路模块、输出回路模块和控制板卡；供电回路包括若干个开关，通过若干个开关控制高压功能回路模块、低压功能回路模块和控制板卡；高压功能回路模块和低压功能回路模块并联连接后与输出回路模块的输入端连接；输出回路模块输出端与试品晶闸管级连接，其包括第二电压测量单元和电流测量单元，第二电压测量单元与高压功能回路模块输出端并联连接，电流测量单元与高压功能回路模块输出端串联连接；控制板卡分别与高压功能回路模块和低压功能回路模块的输入端连接，其还与试品晶闸管级的控制单元连接，通过逻辑控制对试品晶闸管级进行低压触发试验、高压du/dt试验和/或bod试验。上述技术方案具备如下效果：
[0066]
通过控制逻辑，既能够实现高压功能、低压功能的分项测试，又能够实现高低压功能的自动测试，实现了晶闸管级低压触发功能、高压du/dt功能和高压bod功能的测试。
[0067]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。