CN106646005B - 换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流输电换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台及测试方法，测试平台包括电源系统、光耦合模块在线封装平台和光功率测试仪，电源系统给固定好的耦合模块上的全部光发射回路供电，在线封装平台上实现光耦合模块发射回路的安装，光功率测试仪通过衰减率为≤2 db的150米的光纤来接收耦合模块发送出的光信号，检测发射的光功率。光耦合模块组装到阀基电子设备光收发板卡上后参与光收发板卡的高温、低温环境筛选试验。测试中光耦合模块光发射回路同样处于上述测试状态并长期运行，实现对光发射回路全部元器件的整体考核、剔除早期失效元件的目的，从而提高光耦合模块整体可靠性。

Description

换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台及测试方法

技术领域

本发明涉及直流输电换流阀测试平台及其测试方法，具体涉及一种直流输电换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台及测试方法。

背景技术

换流阀是直流输电系统的核心设备。阀基电子设备实现对换流阀全部晶闸管级的触发和监测保护功能，其工作的稳定性和可靠性直接关系到直流输电系统能否正常稳定运行。光耦合模块是阀基电子设备上重要的光信号收发装置。阀基电子设备通过光耦合模块实现与换流阀上晶闸管一一对应的触发和监测保护的功能。由于特高压直流输电工程往往包含至少数百乃至上千个晶闸管级，并对应有上百个光耦合模块。其中的光发射通道总量达到上千个。任何一个光发射通道的损坏都会直接导致对应晶闸管级不能触发，并可能导致晶闸管级故障，对直流工程正常运行造成威胁。对于直流输电工程，晶闸管级故障是重要设备受损事件，一旦超过冗余数量，必须跳闸停电检修，由此导致的经济损失数以亿元计算。。

由于阀基电子设备体积的限制，光耦合模块具有体积小、集成度高、运行发热量大的特点。如何提高光耦合模块光发射回路在这种特定环境下的运行可靠性是目前国内外直流输电技术领域的研究重点。

由于阀基电子设备体积限制，光耦合模块具有体积小、集成度高的特点。在尺寸为宽不足10厘米、高不足1.5厘米的模块上集成了18路光信号通道。由于模块加工精度的限制和集成度高造成组装困难的原因，光耦合模块光发射回路往往出现发射功率小引起传输信号畸变和运行寿命短、可靠性差的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种直流输电换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台及测试方法，通过本方法从光耦合模块组装工艺控制和可靠性测试两方面提升光耦合模块光发射回路可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台，其改进之处在于，所述测试平台包括电源系统、光耦合模块在线封装平台和光功率测试仪，所述电源系统中的电阻与光耦合模块连接，所述光耦合模块在线封装平台的光耦合模块发射回路与光功率测试仪连接。

进一步地，所述电源系统由5V直流电源和100Ω的电阻串联组成，电源系统两端做成针管输出头以便将排线正负极插入，给发光二极管供电；其中每个发光二级管通过针管输出头与电源系统相连接，二极管的最上的脚是接电源的正极，而另外两个脚短接作为负极；

进一步地，所述光耦合模块在线封装平台包括固定工装和光耦合模块孔槽，光耦合模块固定在固定工装上，光发射器安装在固定工装上，将发光二极管安装到光耦合模块对应孔槽内，光耦合模块与发光二极管构成光耦合模块发射回路；光耦合模块发射回路通过衰减为≤2db的150米的光纤与测量光波波长为820nm的光功率测试仪连接，光功率测试仪用于接收耦合模块发送出的光信号，检测发射的光功率。

本发明还提供一种应用光耦合模块发射回路可靠性测试平台进行测试的测试方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

步骤一：组装光耦合模块发射回路；

步骤二：测试光耦合模块发射回路的可靠性。

进一步地，所述步骤一的组装光耦合模块发射回路包括：

将光耦合模块固定在固定工装上，将发光二极管安装到光耦合模块对应孔槽内；

电源系统给发光二极管供电，采用衰减为≤2db的150米的光纤将发光二极管的光信号传输至光功率测试仪中；

光功率测试仪实时测试光耦合模块发射回路的光功率；

不断调整发光二极管位置使得光发射功率达到目标要求值；

在发光二极管的周围点上胶水，自然封装固化，不使用温箱烘干；在固化过程中，不触碰光发射器及其信号线，确保调整后的光发射器位置不变；

固化完成后对光耦合模块发射回路的光发射功率进行复测，确认光功率合格后再进入可靠性测试环节。

进一步地，所述步骤二的测试光耦合模块发射回路可靠性包括：

检验耦合模块外观以确保光耦合模块光发射回路无损；

进行光耦合模块发射回路光功率测试：光耦合模块组装到阀基电子设备光收发板卡上后对光收发板卡进行测试和失效筛选，光功率测试后进行最终电气性能测试检出不合格品。

进一步地，对光收发板卡进行测试包含光耦合模块在内的阀基电子设备光收发板电测试，其是在常温下对阀基电子设备功能的整体性功能测试；其中与光耦合器模块功能相关的测试为交互信号自检测试；交互信号自检测试是对光耦合模块上光发射器发出的信号在信号接收端通过FPGA集成芯片程序对收到的信号频率、幅值和占空比等三个参数的自检性测试；试验中FPGA集成芯片程序监测到任一参数不合格则会发出相应的报警信息，提示器件失效；失效筛选是在特殊环境条件下对阀基电子设备光收发板进行的电测试；测试方法和判据与常温下电测试方法相同；不同点是试验环境的温度、湿度、持续时间不同；其目的是通过改变器件运行环境参数，加速器件老化的进程，对器件本身制造工艺或组装工艺存在缺陷所可能引起的低于预期寿命的早期失效进行提前筛选；筛选试验项目包括：高温筛选、低温筛选和温度循环筛选内容。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1)采用本发明的光耦合模块发射回路组装工艺可以将光发射通道发射功率精确控制在合格范围内，剔除光功率差异性，整体提高光耦合模块发射回路光功率效率。

2)采用本发明的可靠性试验方法后光耦合模块光发射回路在工程应用中的失效率低于0.025％，可靠性非常高。

3)采用本方法可以实现大批量光耦合模块光发射回路筛选过程中的流程化操作，从而节约人力，并摒除人为错检、漏检的现象。

4)使用发明中的电源系统供电，在获得光耦合模块光发射回路完整外特性基础上，可以大大降低操作人员受电击的风险。

附图说明

图1是本发明提供的光耦合模块模块光发射回路功率测试原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提供一种换流阀光耦合模块发射回路可靠性测试平台，所述测试平台包括电源系统、光耦合模块在线封装平台和光功率测试仪，所述电源系统中的电阻与光耦合模块连接，所述光耦合模块在线封装平台的光耦合模块发射回路与光功率测试仪连接。如图1所示，首先通过电源系统给固定好的耦合模块上的全部光发射回路供电，并通过光纤将发送出的光信号输送给光功率测试仪，测量记录耦合模块发射的光功率。其中：电源系统由一个5V直流电源和100Ω的电阻串联组成，电源系统两端做成针管输出头以便将排线正负极插入给发光二极管供电；在线封装平台是整个生产测试工装的核心部分，其中每个发光二级管通过一个三脚与电源系统相连接，二极管的最上的脚是接电源的正极，而另外两个脚短接作为负极；光功率测试仪通过150米的光纤(衰减率为≤2db)来接收耦合模块发送出的光信号，检测发射的光功率。通过以上测试可以等效模拟光耦合模块发射回路在工程运行中的真实运行工况。光耦合模块组装到阀基电子设备光收发板卡上后参与光收发板卡的高温、低温等环境筛选试验。测试中光耦合模块光发射回路同样处于上述测试状态并长期运行，以此可以实现对光发射回路全部元器件的整体考核、剔除早期失效元件的目的，从而提高光耦合模块整体可靠性。

本发明提出了一种用于提升直流输电换流阀光耦合模块光发射回路可靠性测试方法，其技术组成重点阐述创新部分。

本发明涉及到的发明内容包括如下两部分内容：光耦合模块发射回路组装工艺控制方法和可靠性测试方法。

在光耦合模块模块发射回路组装工艺部分，本发明针对传统组装工艺中先组装后测试的基本流程进行改进。提出在光耦合模块模块发射回路光发射管组装阶段加入光发射器临时定位结合复测光功率校验的工艺环节，以此达到确保光耦合模块模块发射回路中发光二极管与光耦合模块安装座最佳的位置配合，将由于安装位置偏差引发的光功率损失降到最低。

本发明该部分具体步骤包括：将光耦合模块固定在固定工装上，将发光二极管安装到光耦合模块对应孔槽内。然后给发光二极管供电，采用衰减为≤2db的150米的光纤将光信号引如到光功率测试仪中。光功率测试仪实时测试光耦合模块光发射回路的光功率。通过专用工具不断调整发光二极管位置使得光发射功率达到目标要求值。然后在发光二极管的周围点上胶水，自然封装固化，不使用温箱烘干。在固化过程中，不触碰光发射器及其信号线，确保调整后的光发射器位置不变。其固化完成后对光耦合模块的光发射功率进行复测确认光功率合格后再进入可靠性测试环节。

直流工程中光耦合模块发射回路将常年处于发射光信号的状态，其运行寿命要求达到40年。如何保证光耦合模块发射回路的高可靠性一直是直流输电装备制造领域的难题。本发明针对如何剔除易失效光耦合模块发射回路而提高其整体可靠性而提出了一种可靠性测试方法。

光耦合模块发射回路可靠性测试步骤：首先目测检验耦合模块外观以确保光耦合模块光发射回路无损，再进行耦合模块光功率测试。光耦合模块组装到阀基电子设备光收发板卡上后对光收发板卡进行测试和失效筛选，光功率测试后进行最终电气性能测试检出不合格品。

实施例

本发明已经在多个国内特高压直流输电工程中成功应用，根据实际工程量的大小、工期要求和实际设备情况合理配置每批次耦合模块光功率试验的板卡数量，通常情况下，完成全部光收发板卡光发射器的失效与筛选试验，同时可以同步进行功能测试和目检。

采用该方法后，经过统计，本单位产出累计超过600个光耦合模块，在其出厂后投运前的工程现场试验中没有发现任何一块光收发板卡失效，从而认为，目前的方法可以确保将失效率降低到0.025％以下。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种光耦合模块发射回路可靠性测试平台进行测试的测试方法，其特征在于，所述测试平台包括电源系统、光耦合模块的在线封装平台和光功率测试仪，所述电源系统中的电阻与光耦合模块连接，所述光耦合模块的在线封装平台的光耦合模块发射回路与光功率测试仪连接；

所述电源系统由5V直流电源和100Ω的电阻串联组成，电源系统为给发光二极管供电的且其两端为排线正负极插入的针管输出头；所述二极管的最上的脚是接电源的正极，而另外两个脚短接作为负极；

所述光耦合模块的在线封装平台包括固定工装和光耦合模块孔槽，光耦合模块固定在固定工装上，发光二极管安装在固定工装上，光耦合模块设有安装发光二极管的孔，光耦合模块与发光二极管构成光耦合模块发射回路；光耦合模块发射回路通过衰减为≤2db的150米的光纤与测量光波波长为820nm的光功率测试仪连接，光功率测试仪用于接收耦合模块发送出的光信号，检测发射的光功率；

所述方法包括下述步骤：

步骤一：组装光耦合模块发射回路；

步骤二：测试光耦合模块发射回路的可靠性；

所述步骤一包括：

将光耦合模块固定在固定工装上，将发光二极管安装到光耦合模块的光耦合模块孔槽内；

电源系统给发光二极管供电，采用衰减为≤2db的光纤将发光二极管的光信号传输至光功率测试仪中；

光功率测试仪实时测试光耦合模块发射回路的光功率；

不断调整发光二极管位置使得光发射功率达到目标要求值；

在发光二极管的周围点上胶水，自然封装固化；在固化过程中，不触碰光发射器及其信号线，确保调整后的光发射器位置不变；

固化完成后对光耦合模块发射回路的光发射功率进行复测，确认光功率合格后再进入可靠性测试环节。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤二的测试光耦合模块发射回路可靠性包括：

检验耦合模块外观以确保光耦合模块光发射回路无损；

光耦合模块发射回路光功率的测试：光耦合模块组装到阀基电子设备光收发板卡上后对光收发板卡进行测试和失效筛选，光功率测试后进行最终电气性能测试检出不合格品。

3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，光收发板卡的测试包含光耦合模块在内的阀基电子设备光收发板电测试，其是在常温下对阀基电子设备功能的整体性功能测试；其中与光耦合模块功能相关的测试为交互信号自检测试；交互信号自检测试是对光耦合模块上发光二极管发出的信号在信号接收端通过FPGA集成芯片程序对收到的信号频率、幅值和占空比等三个参数的自检性测试；试验中FPGA集成芯片程序监测到任一参数不合格则会发出相应的报警信息，提示器件失效；

失效筛选包括对阀基电子设备光收发板进行的电测试；测试方法包括在环境的温度、湿度和持续时间下，通过改变器件运行环境参数，器件老化的进程，确认器件的制造工艺或组装工艺存在的缺陷所引起的低于预期寿命的早期失效进行提前筛选。