CN107144777B - 一种高压晶闸管电压监测板检测装置 - Google Patents

一种高压晶闸管电压监测板检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压晶闸管电压监测板(TVM板)检测装置，用于检测高压晶闸管电压监测板的性能，所述检测装置包括EMI滤波电路、可控高压直流电源、可控低压交流电源、辅助电源、光纤接收器、无线模块、显示屏，以及嵌入式处理器。由嵌入式处理器控制EMI滤波电路进行市电的过滤，并采集相关电压电流信号，将过滤的市电信号输入高压晶闸管电压监测板，将得到的高压晶闸管电压监测板信号和自身采集的电压电流信号进行分析和比对，得到高压晶闸管电压监测板的运行状态，并将此状态通过显示屏和无线模块传递给近端客户和远端人机。本发明检测装置和检测方法能够独立检测TVM板的性能，判断故障并定位。

Description

一种高压晶闸管电压监测板检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测检验高压晶闸管电压监测板(Thyristor VoltageMonitoring Board，以下均简称TVM板)是否正常工作的装置及方法，为电网公司在进行TVM板检修时，提供检修技术方案支撑，属于电气设备运维检修技术领域。
背景技术
特高压直流输电换流器、大容量静止无功补偿装置中广泛采用高压晶闸管阀作为其基本的变流单元，晶闸管阀是由晶闸管串并联组成的换流单元，其每一个晶闸管的安全、可靠以及触发信号的一致性都会影响晶闸管阀的工作稳定性，因此在高压晶闸管组成的换流阀中每一个晶闸管都配有一个TVM板。TVM板为晶闸管触发、关断以及过电压提供指示信号，以便阀控极作出相应的控制指令。TVM板具备直流均压、正向电压监测、反向电压监测、晶闸管BOD(Break Over Diode)电压的监测功能。如TVM板不能正常工作，将影响晶闸管的控制安全，如何在设备检修时，能够独立检测TVM板的性能，判断故障并定位。目前，在电气设备运维检修和其它技术领域，尚未出现具体的检测方法或装置。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高压晶闸管电压监测板(TVM)检测装置及检测方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种高压晶闸管电压监测板检测装置，用于检测高压晶闸管电压监测板的性能，其特征在于，包括EMI滤波电路、可控高压直流电源、可控低压交流电源、辅助电源、光纤接收器、无线模块、显示屏，以及嵌入式处理器，其中：
所述EMI滤波电路，接受嵌入式处理器的命令对市电进行过滤，抽取需要的电压信号和电源传入嵌入式处理器；
所述可控高压直流电源，用于产生4～10kV高压，用于给予高压晶闸管电压监测板中过电压监测的源；
所述可控低压交流电源，用于产生有效值200V以内的正弦电压，用于给予高压晶闸管电压监测板中的正负触发源；
所述辅助电源，用于给嵌入式处理器、显示屏、光纤接收器提供电源；
所述光纤接收器，用于接收高压晶闸管电压监测板的光信号，传入嵌入式处理器；
所述显示屏，用于将检测结果显示给近端客户；
所述无线模块，用于将检测结果传递给远端人机；
所述嵌入式处理器，控制EMI滤波电路进行市电的过滤，并采集相关电压电流信号，将过滤的市电信号输入高压晶闸管电压监测板，将得到的高压晶闸管电压监测板信号和自身采集的电压电流信号进行分析和比对，得到高压晶闸管电压监测板的运行状态，并将此状态通过显示屏和无线模块传递给近端客户和远端人机。
进一步地，所述可控高压直流电源具体包括：
小功率整流电路，用于将市电整流成为脉动的直流电源；
BUCK降压电路，用于将脉动的直流电源转化为所需的平稳的直流电源；
单向桥式逆变电路，用于将平稳的直流电源斩波成为正负对称的低压脉冲电源；
高频脉冲变压器，用于将正负对称的低压脉冲电源转为正负对称的高压脉冲电源；
CW倍压电路，用于将正负对称的高压脉冲电源转化为需求的电压平稳的高压直流电源。
进一步地，所述可控低压交流电源具体包括：
单相桥式逆变电路，用于产生斩波形式的正弦电源；
LC功率滤波器，用于将滤除斩波频率，形成标准的50Hz正弦电源。
进一步地，所述辅助电源是经过EMI滤波后，通过变压器变换成为低压，再通过单相桥式逆变电路，整流成为±12V和±5V直流电源，供给检测装置的各个模块电源使用。
进一步地，所述可控高压直流电源，最大输出为10kV/30mA。
进一步地，所述可控低压交流电源，最大输出为200V/600mA@50Hz。
进一步地，所述嵌入式处理器具体型号为ST ARM STM32F103和altra FPGAEP2C20484。
一种如上所述的高压晶闸管电压监测板检测装置的移动客户端应用程序，其特征在于，具体包括：
所述移动客户端应用程序是基于Android4.0以上系统开发；
所述移动客户端应用程序是基于ST STM323F103C8处理器组建的局域网实现通信；
所述移动客户端应用程序界面包括欢迎用户界面、直流电阻测试界面、交流阻抗测试界面、正反向触发测试界面和过电压测试界面组成。
一种如上所述的可控高压直流电源的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：检测高压直流电源输出的电流；
步骤2：根据电流及高频变压器和倍压电路的阻抗及压降，计算出BUCK电路给定电压的修正值；
步骤3：根据系统设定值与步骤2中的修正值确定BUCK电路控制的目标值；
步骤4：根据目标值与反馈值修正BUCK电路的输出；
步骤5：检测BUCK电路输出的电流值与高压直流电源过流保护值比较，确定是否允许输出。
一种采用如上所述的高压晶闸管电压监测板检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采集市电并进行EMI滤波，与此同时采集市电信号处理后作为比对，通过滤波的电源分别进入高压直流电源电路、低压交流电源电路和辅助电源电路；
步骤2：当高压直流电源输入高压直流信号时，被检测的高压晶闸管电压监测板内均压电阻和电容会进行直流和交流分压，为晶闸管阀的各个晶闸管提供触发电压，这个电压信号被嵌入式处理器采集到；同时，高压晶闸管电压监测板也监测到触发动作电压信号，并做出处理和反馈，将处理完的结果通过光电转换输出光信号；
步骤3：检测装置内的光纤接收器将光信号转换成为电信号输入到嵌入式处理器的采样电路，嵌入式处理器将这个光信号和自身采集信号进行比对，主要对比直流均压、正向电压、负向电压、时间基，从而实现高压晶闸管电压监测板的工作状态的检测，再根据检测结果，判断高压晶闸管电压监测板是否存在故障；
步骤4：最后，将检测结论通过显示屏和无线模块传递给近端和远端客户。
本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)可控的高压直流源。在本发明中，设计的可控高压直流源，它提供一个可调节输出的电压(最大输出为10kV/30mA)，提供给TVM板。直流高压通过TVM均压后，模拟实现晶闸管的触发。
(2)正向电压检测。监测晶闸管正常工作时的正向电压为晶闸管触发提供必要的时间基，尽可能保证晶闸管阀中的晶闸管一致触发。本发明TVM板的检测检验装置设计了晶闸管的正向电压监测电路。
(3)负向电压检测。需要监测晶闸管正常工作时的负向电压，以便根据此电压判断晶闸管是否关闭。
(4)直流均压电阻检测。需要检测TVM的直流均压电阻，以便确定晶闸管管阀中的晶闸管关断时承受相同的直流电压。
(5)交流阻抗检测。需要检测TVM板的交流阻抗，以便确定TVM的充电电流，保证触发脉冲有足够的能量。
附图说明
图1是本发明的高压晶闸管电压监测板检测装置原理框图。
图2是高压直流电源产生的原理图。
图3是低压交流电源电路原理图。
具体实施方式
以下通过实施例形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本发明提供的一种TVM板的检测装置及方法，主要技术方法是：通过设计一个可控的高压直流电源、低压直流电源，输出给TVM板，模拟晶闸管阀工作时输出标准电流和电压，同时采集TVM板输出的光信号和自身采集的电压电流数据进行对比分析，从而判断TVM的性能。该装置包括一个可控的高压直流源，最大输出为10kV/30mA，一个可控的低压交流电源，最大输出为200V/600mA@50Hz，辅助电源，光纤接收器，嵌入式处理器(ST ARM STM32F103和altra FPGA EP2C20484)，7寸触摸显示屏和基于Android移动客户端的应用程序。
技术原理：采集市电并进行EMI滤波，与此同时采集市电信号处理后作为比对，通过滤波的电源分别进入高压直流电源电路、低压交流电源电路和辅助电源电路。高压直流电源用于给TVM板提供直流电源；低压交流电源用于TVM板的正向电压监测和负向电压监测；辅助电源主要是用给嵌入式处理器、液晶面板、光纤接收器等提供电源。当高压直流电源输入高压直流信号时，被检测的TVM板内均压电阻和电容会进行直流和交流分压，为晶闸管阀的各个晶闸管提供触发电压，这个电压信号被嵌入式处理器采集到。同时，TVM板也监测到触发动作电压信号，并做出处理和反馈，将处理完的结果通过光电转换输出光信号。检测装置内的光纤接收器将光信号转换成为电信号输入到嵌入式处理器的采样电路，处理器将这个光信号和自身采集信号进行比对，主要对比直流均压、正向电压、负向电压、时间基等信息化，从而实现TVM的工作状态的检测，再根据检测结果，判断TVM板是否存在故障。最后，将这个检测结论通过显示屏和无线模块传递给近端和远端客户，其原理框图如图1所示。
EMI滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，处理后的信号直接送入高压直流电源电路。也同时送给低压直流电源电路和辅助电源电路。
图2为高压直流电源产生的原理图。小功率整流电路(EMI滤波电路)，用于将市电整流成为脉动的直流电源；BUCK降压电路，用于将脉动的直流电源转化为所需的平稳的直流电源；单向桥式逆变电路，用于将平稳的直流电源斩波成为正负对称的低压脉冲电源；高频脉冲变压器，用于将正负对称的低压脉冲电源转为正负对称的高压脉冲电源；CW倍压电路，用于将高压脉冲电源转化为需求电压平稳的高压直流电源，提供给TVM板监测装置；这里产生的电压是高压直流电源电路。
所述的高压直流电源的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：检测高压直流电源输出的电流；
步骤2：根据电流及高频变压器和倍压电路的阻抗及压降，计算出BUCK电路给定电压的修正值；
步骤3：根据系统设定值与步骤2中的修正值确定BUCK电路控制的目标值；
步骤4：根据目标值与反馈值修正BUCK电路的输出；
步骤5：检测BUCK电路输出的电流值与高压直流电源过流保护值比较，确定是否允许输出。
图3为低压交流电源电路原理图。由市电通过(EMI滤波电路)成为脉动的直流电源，然后经过单相桥式逆变电路，产生斩波形式的正弦电源；正弦电源经过LC功率滤波器，将滤除斩波频率，形成标准的50Hz正弦电源。
辅助电源是经过EMI滤波后，通过变压器变换成为低压，再通过单相桥式逆变电路，整流成为±12V和±5V直流电源，供给检测装置的各个模块电源使用。
所述的高压晶闸管电压监测板检测装置的移动客户端应用程序，具体包括：
所述移动客户端应用程序是基于Android4.0以上系统开发；
所述移动客户端应用程序是基于ST STM323F103C8处理器组建的局域网实现通信；
所述移动客户端应用程序界面包括欢迎用户界面、直流电阻测试界面、交流阻抗测试界面、正反向触发测试界面和过电压测试界面组成。
本发明的高压晶闸管电压监测板检测装置，采用其的检测方法，包括如下步骤：
步骤1：采集市电并进行EMI滤波，与此同时采集市电信号处理后作为比对，通过滤波的电源分别进入高压直流电源电路、低压交流电源电路和辅助电源电路；
步骤2：当高压直流电源输入高压直流信号时，被检测的高压晶闸管电压监测板内均压电阻和电容会进行直流和交流分压，为晶闸管阀的各个晶闸管提供触发电压，这个电压信号被嵌入式处理器采集到；同时，高压晶闸管电压监测板也监测到触发动作电压信号，并做出处理和反馈，将处理完的结果通过光电转换输出光信号；
步骤3：检测装置内的光纤接收器将光信号转换成为电信号输入到嵌入式处理器的采样电路，嵌入式处理器将这个光信号和自身采集信号进行比对，主要对比直流均压、正向电压、负向电压、时间基，从而实现高压晶闸管电压监测板的工作状态的检测，再根据检测结果，判断高压晶闸管电压监测板是否存在故障；
步骤4：最后，将检测结论通过显示屏和无线模块传递给近端和远端客户。

Claims (5)

1.一种高压晶闸管电压监测板检测装置，用于检测高压晶闸管电压监测板的性能，其特征在于，包括EMI滤波电路、可控高压直流电源、可控低压交流电源、辅助电源、光纤接收器、无线模块、显示屏，以及嵌入式处理器，其中：
所述EMI滤波电路，接受嵌入式处理器的命令对市电进行过滤，抽取需要的电压信号和电流信号传入嵌入式处理器；
所述可控高压直流电源，用于产生4～10kV高压，用于给予高压晶闸管电压监测板中过电压监测的源；
所述可控低压交流电源，用于产生有效值200V以内的正弦电压，用于给予高压晶闸管电压监测板中的正负触发源；
所述辅助电源，用于给嵌入式处理器、显示屏、光纤接收器提供电源；
所述光纤接收器，用于接收高压晶闸管电压监测板的光信号，传入嵌入式处理器；
所述显示屏，用于将检测结果显示给近端客户；
所述无线模块，用于将检测结果传递给远端人机；
所述嵌入式处理器，控制EMI滤波电路进行市电的过滤，并采集相关电压电流信号，将过滤的市电信号输入高压晶闸管电压监测板，将得到的高压晶闸管电压监测板信号和自身采集的电压电流信号进行分析和比对，得到高压晶闸管电压监测板的运行状态，并将此状态通过显示屏和无线模块传递给近端客户和远端人机；所述可控高压直流电源具体包括：
小功率整流电路，用于将市电整流成为脉动的直流电源；
BUCK降压电路，用于将脉动的直流电源转化为所需的平稳的直流电源；
单向桥式逆变电路，用于将平稳的直流电源斩波成为正负对称的低压脉冲电源；
高频脉冲变压器，用于将正负对称的低压脉冲电源转为正负对称的高压脉冲电源；
CW倍压电路，用于将正负对称的高压脉冲电源转化为需求的电压平稳的高压直流电源；
所述可控高压直流电源最大输出为10kV/30mA；
所述的可控高压直流电源的实现方法，包括以下步骤：
步骤1：检测高压直流电源输出的电流；
步骤2：根据高压直流电源输出的电流及高频脉冲变压器和倍压电路的阻抗及压降，计算出BUCK电路给定电压的修正值；
步骤3：根据系统设定值与步骤2中的修正值确定BUCK电路控制的目标值；
步骤4：根据目标值与反馈值修正BUCK电路的输出；
步骤5：检测BUCK电路输出的电流值与高压直流电源过流保护值比较，确定是否允许输出。
2.如权利要求1所述的一种高压晶闸管电压监测板检测装置，其特征在于，所述可控低压交流电源具体包括：
单向桥式逆变电路，用于产生斩波形式的正弦电源；
LC功率滤波器，用于将滤除斩波频率，形成标准的50Hz正弦电源。
3.如权利要求1所述的一种高压晶闸管电压监测板检测装置，其特征在于，所述辅助电源是经过EMI滤波后，通过变压器变换成为低压，再通过单向桥式逆变电路，整流成为±12V和±5V直流电源，供给检测装置的各个模块电源使用。
4.如权利要求1或2所述的一种高压晶闸管电压监测板检测装置，其特征在于，所述可控低压交流电源，最大输出为200V/600mA@50Hz。
5.如权利要求1所述的一种高压晶闸管电压监测板检测装置，其特征在于，所述嵌入式处理器具体型号为ST ARM STM32F103或altra FPGA EP2C20484。
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