CN104459396A - 换流阀均压测试仪 - Google Patents
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Abstract
一种换流阀均压测试仪，涉及高压直流输电工程的测试装置，特别涉及换流阀均压测试仪。换流阀均压测试仪，包括锂电池(1)、直流电源转换模块(2)、DC/AC逆变模块(3)、10KHz信号模块(4)、100Hz信号模块(5)、倍压整流模块(6)、源信号选择模块(7)、数据采集模块(8)、数据处理模块(9)和升压变压器(10)。本发明实现了快速测试阀组件各晶闸管级的均压特性，而且设备体积小，自带测试源信号，锂电池供电，自动记录数据，接线简单，安全可靠，特别适合高空作业，在方便使用的同时大大提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流输电工程的测试装置，特别涉及换流阀均压测试仪。
背景技术
换流阀是直流输电工程的核心设备，实现交流和直流的变换。但目前换流阀晶闸管级阻抗(或均压)测试设备体积庞大，使用不方便，不适宜于换流阀高空试验；而且其中均压电阻、均压电容、直流均压电阻参数需要单独测量，这样不但费时费力，而且在不打开电气连接的情况下，无法保证测得参数的正确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换流阀均压测试仪，在不打开晶闸管级电气连接的情况下，同时测量各晶闸管级上的电压，如果电压是均衡的，即可以判断出晶闸管级元件的均压电阻、均压电容、直流均压电阻参数在正常范围内。
本发明的目的可以这样实现，设计一种换流阀均压测试仪，包括锂电池、电源转换模块、DC/AC逆变模块、10KHz信号模块、100Hz信号模块、倍压整流模块、源信号选择模块、数据采集模块、数据处理模块和变压器，
锂电池，用于给整个设备提供工作电源；
直流电源转换模块，为10KHz信号模块和100Hz信号模块提供工作电源；
DC/AC逆变模块，将直流电压逆变为交流电压；
10KHz信号模块，输出220V的10KHz信号，用于测试换流阀各晶闸管级高频均压特性；
100Hz信号模块，输出220V的100Hz信号，用于测试换流阀各晶闸管级低频均压特性；
升压变压器，用于将50Hz正弦交流信号升压为1350V的高压信号，用于测试换流阀各晶闸管级工频均压特性；
倍压整流模块，输出1320V的高压直流信号，用于测试换流阀各晶闸管级直流均压特性；
源信号选择模块，选择输出DC、50Hz、100Hz和10KHz中的一种信号，将源信号加在换流阀组件的两端，测试每个晶闸管级均压特性；
数据采集模块，采集每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，对模拟信号进行隔离，放大和滤波处理，然后进行A/D转换；
数据处理模块，计算采集到的每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，写入数据库，自动生成所选阀组的统计报表。
进一步地，所述直流电源转换模块包括输入滤波电路、高频开关电路、环形变压器、输出整流滤波电路，直流电源经输入滤波电路滤波后，由高频开关电路使其变成脉动交流，再经环形变压器升压，输出整流滤波电路整流滤波后输出。
进一步地，所述DC/AC逆变模块包括DC/DC转换电路、DC/AC逆变回路、滤波电路、保护电路，直流电源经DC/DC转换电路转换升压，通过DC/AC逆变回路逆变为交流，再经滤波电路滤波输出，滤波电路滤波输出的反馈信号经保护电路处理。
进一步地，所述10KHz信号模块包括高频函数发生器、功率放大器件、高频升压变压器，高频函数发生器产生10KHz正弦波信号，功率放大器件对该正弦波信号进行放大，经由高频升压变压器输出220V的10KHz信号。
进一步地，所述100Hz信号模块包括逆变电路、控制电路、驱动电路、辅助电源和输出回路，逆变电路将直流信号逆变为100Hz纯正弦信号并对信号进行功率放大输出220V的100Hz信号。
进一步地，所述倍压整流模块采用多倍压半波整流电路，将交流信号用耐压较高的整流二极管和电容器进行整流和升压，将50Hz/220V的交流信号整成1320V直流信号。
进一步地，所述数据采集模块包括差分输入信号处理电路、真有效值转换电路、模拟/数字转换采样模块，测量信号经差分输入信号处理电路滤波和放大，真有效值转换电路将放大后的信号转换为直流信号由模拟/数字转换采样模块将模拟信号转换为数字信号。
进一步地，所述数据处理模块包括微处理器、芯片组、LVDS接口、CF卡接口、USB接口、100M以太网接口，LVDS接口、CF卡接口、USB接口、100M以太网接口连接至微处理器和芯片组。
本发明实现了快速测试阀组件各晶闸管级的均压特性，而且设备体积小，自带测试源信号，锂电池供电，自动记录数据，接线简单，安全可靠，特别适合高空作业，在方便使用的同时大大提高了工作效率。
本发明无需打开晶闸管级电气连接，即可同时测量一个阀组件各晶闸管级的均压特性，分别测试晶闸管级在DC、50Hz、100Hz、10kHz频率的阻抗值是否合格，进一步判断出晶闸管级元件的均压电阻、均压电容、直流均压电阻参数在正常范围内。本发明自带测试源信号，自动记录数据，无需外部电源供电，安全可靠，在方便使用的同时大大提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明原理框图；
图2是本发明较佳实施例之直流电源转换模块的组成方框图；
图3是本发明较佳实施例之DC/AC逆变模块的组成方框图；
图4是本发明较佳实施例之10KHz信号模块的组成方框图；
图5是本发明较佳实施例之100Hz信号模块的组成方框图；
图6是本发明较佳实施例之数据采集模块的组成方框图；
图7是本发明较佳实施例之数据处理模块的组成方框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种换流阀均压测试仪，包括锂电池1、直流电源转换模块2、DC/AC逆变模块3、10KHz信号模块4、100Hz信号模块5、倍压整流模块6、源信号选择模块7、数据采集模块8、数据处理模块9和升压变压器10，
锂电池1，用于给整个设备提供工作电源；
直流电源转换模块2，为10KHz信号模块4和100Hz信号模块5提供工作电源；
DC/AC逆变模块3，将直流电压逆变为交流电压；
10KHz信号模块4，输出220V/1A的10KHz信号，用于测试换流阀各晶闸管级高频均压特性；
100Hz信号模块5，输出220V的100Hz信号，用于测试换流阀各晶闸管级低频均压特性；
升压变压器10，用于将50Hz正弦交流信号升压为1350V的高压信号，用于测试换流阀各晶闸管级工频均压特性；
倍压整流模块6，输出1320V的高压直流信号，用于测试换流阀各晶闸管级直流均压特性；
源信号选择模块7，选择输出DC、50Hz、100Hz和10KHz中的一种信号，将源信号加在换流阀组件的两端，测试每个晶闸管级均压特性；
数据采集模块8，采集每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，对模拟信号进行隔离、放大和滤波处理，然后进行A/D转换；
数据处理模块9，计算采集到的每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，写入数据库，自动生成所选阀组的统计报表。
本实施例中，所述锂电池1为DC24V、15AH聚合物锂电池组。DC24V锂电池以固体聚合物电解质来做电解质，具有能量密度高、小型化、超薄化、轻量化的特点。锂电池主要给各信号源模块，数据采集和处理模块供电，该电池持续放电电流可达15A，脉冲放电电流25A，并带有过充电和过放电保护。
如图2所示，所述直流电源转换模块2包括输入滤波电路201、高频开关电路202、环形变压器203、输出整流滤波电路204，直流电源经输入滤波电路201滤波后，由高频开关电路202使其变成脉动交流，再经环形变压器203升压，输出整流滤波电路204整流滤波后输出。输出整流滤波电路204至少设有两种输出模式，本实施例为DC12V和DC±50V。各输出电压回路采用分布式结构，输出噪音小，而且动态响应快。直流电源转换模块2将DC24V转成DC12V和DC±50V，输出功率300W。
如图3所示，所述DC/AC逆变模块3包括DC/DC转换电路301、DC/AC逆变回路302、滤波电路303、保护电路304，直流电源经DC/DC转换电路301转换升压，通过DC/AC逆变回路302逆变为交流，再经滤波电路303滤波输出，滤波电路303滤波输出的反馈信号经保护电路304处理。直流电源经DC/DC转换电路301利用高频逆变把24V直流电压逆变成高频方波，再经整流滤波转化为DC400V，给逆变提供过程提供足够的功率。DC/AC逆变回路302利用专用的纯正弦逆变器控制芯片，完成将DC/DC转换电路输出的DC400V信号逆变为AC50Hz/220V。滤波电路303由LC组成，主要是滤除谐波成分，使输出波形正弦化。保护电路304实现过压、欠压保护，过流、短路保护和过温保护。DC/AC逆变模块3输入电压为DC24V，输出为标准纯正弦电压AC50Hz/220V。
如图4所示，所述10KHz信号模块4包括高频函数发生器401、功率放大器件402、高频升压变压器403，高频函数发生器401产生10KHz正弦波信号，功率放大器件402对该正弦波信号进行放大，经由高频升压变压器403输出220V的10KHz信号。高频函数发生器401采用精密高频波形产生器MAX038，输出波形的频率10KHz，频率可以由一个内部2.5V的参考电压、一个外部电阻和一个电容来控制，输出正弦波峰-峰值为2V，最大输出电流为±20mA。本实施例中功率放大器件402采用大功率高电压DMOS管TDA7293，具有低失真、低噪音、高耐压以及过热保护、短路保护等优点。为提高输出功率，功率放大器件402为并联三只功放管，采用主从模式工作，即主芯片从输入到输出的全部电路都在工作，其余两个从芯片前级部分被屏蔽，只有后级的功率输出部分在工作，功放管的工作电源由前述直流电源转换模块2提供。高频升压变压器403用于将功放管输出的电压信号升压至220V。
如图5所示，所述100Hz信号模块5包括逆变电路501、控制电路502、驱动电路503、辅助电源504和输出回路505，将直流信号逆变为100Hz纯正弦信号，场效应管对信号进行功率放大输出220V的100Hz信号。100Hz信号模块5采用前述DC/AC逆变模块3产生的DC400V信号，为逆变电路提供足够的功率。逆变电路501为单相全桥逆变电路，每一个桥臂都有两个功率MOS管并联组成，目的是提高输出功率。控制电路502采用纯正弦波逆变器控制芯片产生的SPWM信号，通过驱动电路控制功率器件的导通和关断，配合逆变电路，完成逆变过程。驱动电路503是将输入的低幅值PWM信号转换为高幅值的方波信号，以此来驱动开关管，驱动芯片采用IR2110，它兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，有独立的低端和高端输入通道，可以同时驱动全桥逆变上下两个功率管。辅助电源504用于产生控制电路和驱动电路工作的直流电压。输出回路505采用由电容和电感构成的Г型低通滤波器，用来滤除谐波分量。
所述倍压整流模块6采用多倍压半波整流电路，将交流信号用耐压较高的整流二极管和电容器进行整流和升压，将50Hz/220V的交流信号整成1320V直流信号。由于倍压整流模块6所带负载较轻，采用多倍压半波整流电路，将DC/AC逆变模块3输出的AC50Hz/220V交流信号进行整流和升压，输出1320V直流信号。本实施例中倍压整流模块6采用八倍压整流模块，选用的电容器耐压值较高而容量较小。
如图6所示，所述数据采集模块8包括差分输入信号处理电路801、真有效值转换电路802、模拟/数字转换采样模块803，所述差分输入信号处理电路801接收每个晶闸管的测量信号后，要做高频干扰滤波处理并对信号进行放大。因为输入信号包括4种类型，最高10KHz，因此采用真有效值转换电路802将输入的4种频率的信号统一转换为直流，以减轻数据处理的负担。真有效值转换电路802采用AD637，计算精度达0.02％，输入信号频率最高达600kHz。模拟/数字转换采样模块803由CPLD控制采样保持电路和AD转换芯片进行同步采样，将每一路模拟信号转换为数字信号，并将采集数据通过PCI总线提供给数据处理模块9。
如图7所示，所述数据处理模块9包括微处理器901、芯片组902、LVDS接口903、CF卡接口904、USB接口905、100M以太网接口906、内存907，LVDS接口903、CF卡接口904、USB接口905、100M以太网接口906、内存907连接至微处理器901和芯片组902。微处理器901和芯片组902通过PCI总线访问并接收数据采集模块8传来的数据放入由内存907组成的数据缓冲区，然后计算每个晶闸管级测量数据，在检测到晶闸管级电压不正常时，有报警信号发出，并于界面显示。该模块自动记录测试数据，自动生成每个阀组的统计报表、分析及导出数据，并通过LVDS接口903实现人机界面交互。
本发明集换流阀测试信号源和晶闸管级均压测试于一体，产生DC、AC50Hz、AC100Hz、AC10kHz频率的电压信号，分别测试晶闸管级在直流、低频、高频信号下的均压特性，并可对测量数据自动保存及分析。本发明采用大容量锂电池供电，特别适合高空作业，安全可靠，使用方便。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (9)
1.一种换流阀均压测试仪，其特征在于，包括锂电池(1)、直流电源转换模块(2)、DC/AC逆变模块(3)、10KHz信号模块(4)、100Hz信号模块(5)、倍压整流模块(6)、源信号选择模块(7)、数据采集模块(8)、数据处理模块(9)和升压变压器(10)，
锂电池(1)，用于给整个设备提供工作电源；
直流电源转换模块(2)，为10KHz信号模块(4)和100Hz信号模块(5)提供工作电源；
DC/AC逆变模块(3)，将直流电压逆变为交流电压；
10KHz信号模块(4)，输出220V的10KHz信号，用于测试换流阀各晶闸管级高频均压特性；
100Hz信号模块(5)，输出220V的100Hz信号，用于测试换流阀各晶闸管级低频均压特性；
升压变压器(10)，用于将50Hz正弦交流信号升压为1350V的高压信号，用于测试换流阀各晶闸管级工频均压特性；
倍压整流模块(6)，输出1320V的高压直流信号，用于测试换流阀各晶闸管级直流均压特性；
源信号选择模块(7)，选择输出DC、50Hz、100Hz和10KHz中的一种信号，将源信号加在换流阀组件的两端，测试每个晶闸管级均压特性；
数据采集模块(8)，采集每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，对模拟信号进行隔离、放大和滤波处理，然后进行A/D转换；
数据处理模块(9)，计算采集到的每个晶闸管级上的电压信号和电流信号，写入数据库，自动生成所选阀组的统计报表。
2.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述锂电池(1)为DC24V、15AH聚合物锂电池组。
3.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述直流电源转换模块(2)包括输入滤波电路(201)、高频开关电路(202)、环形变压器(203)、输出整流滤波电路(204)，直流电源经输入滤波电路(201)滤波后，由高频开关电路(202)使其变成脉动交流，再经环形变压器(203)升压，输出整流滤波电路(204)整流滤波后输出。
4.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述DC/AC逆变模块(3)包括DC/DC转换电路(301)、DC/AC逆变回路(302)、滤波电路(303)、保护电路(304)，直流电源经DC/DC转换电路(301)转换升压，通过DC/AC逆变回路(302)逆变为交流，再经滤波电路(303)滤波输出，滤波电路(303)滤波输出的反馈信号经保护电路(304)处理。
5.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述10KHz信号模块(4)包括高频函数发生器(401)、功率放大器件(402)、高频升压变压器(403)，高频函数发生器(401)产生10KHz正弦波信号，功率放大器件(402)对该正弦波信号进行放大，经由高频升压变压器(403)输出220V的10KHz信号。
6.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述100Hz信号模块(5)包括逆变电路(501)、控制电路(502)、驱动电路(503)、辅助电源(504)和输出回路(505)，逆变电路(501)将直流信号逆变为100Hz纯正弦信号并对信号进行功率放大输出220V的100Hz信号。
7.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述倍压整流模块(6)采用多倍压半波整流电路，将交流信号用整流二极管和电容器进行整流和升压，将50Hz/220V的交流信号整成1320V直流信号。
8.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述数据采集模块(8)包括差分输入信号处理电路(801)、真有效值转换电路(802)、模拟/数字转换采样模块(803)，测量信号经差分输入信号处理电路(801)滤波和放大，真有效值转换电路(802)将放大后的信号转换为直流信号由模拟/数字转换采样模块(803)将模拟信号转换为数字信号。
9.根据权利要求1所述的换流阀均压测试仪，其特征在于：所述数据处理模块(9)包括微处理器(901)、芯片组(902)、LVDS接口(903)、CF卡接口(904)、USB接口(905)、100M以太网接口(906)，LVDS接口(903)、CF卡接口(904)、USB接口(905)、100M以太网接口(906)连接至微处理器(901)和芯片组(902)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |