CN107765118A - 一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置与方法，在现有检测RPU板的测试装置的基础上，加入了用于检测RPU板电源进线端子电流大小的电流检测装置，以及改进了用于产生所需电压脉冲的脉冲发生回路，明确了RPU板的测试步骤和方法，从而能够快速有效地完成RPU板卡的使能信号输入模块、工作电源模块、电流采样模块、脉冲扩展模块、回检信号输出模块的功能验证及故障定位。

Description

一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置与方法

技术领域

本发明属于光控换流阀技术的高压直流输电技术领域，具体涉及一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置与方法。

背景技术

在高压直流输电中，晶闸管处于反向恢复期时，对正向电压上升率比较敏感，如果正向电压上升率过高，将损坏晶闸管，为避免这种情况的出现，设计有光控换流阀反向恢复保护单元(简称RPU板)，对反向恢复期内的晶闸管进行保护。

RPU板在高压直流输电中监测晶闸管恢复期的正向电压上升速率，如果电压上升率超过允许值，RPU板将输出触发脉冲到被监测的晶闸管阀段，使被监测的晶闸管再次触发导通，从而对晶闸管起到保护作用。

由于RPU板只能在晶闸管反向恢复期起作用，且RPU板本身没有监视晶闸管是否处于反向恢复期的功能，因此，RPU板必须能受外部光使能信号的控制，并把光信号转换为电信号以便控制RPU板的启动。

一篇公布号为105510730、名称为《适用于换流阀反向恢复期保护单元RPU的测试装置及方法》公开了一种待测RPU板的测试装置，包括控制板卡、取能回路、脉冲发生回路，通过控制板卡发送反向恢复期使能信号给RPU板，RPU板通过取能回路取电，RPU板两端通过脉冲发生回路施加一定电压幅值的脉冲电压，利用控制板卡检测 RPU板是否发出触发信号以判断RPU板功能是否正常。该装置的不足之处在于只能检测待测RPU板是否工作正常，当判定待测RPU板发生故障时，不能识别出待测RPU板中的哪些模块发生故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置与方法，用于解决现有技术只能检测出RPU板工作异常，但无法检测出RPU板内功能模块是否工作异常的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，包括取能回路、控制板卡、脉冲发生回路；

还包括用于设置在待测RPU板的电源进线端的电流检测装置，电流检测装置连接控制板卡，控制板卡用于根据电流检测装置检测的电流，判断待测RPU板的工作电源模块、使能信号输入模块、电流采样模块是否发生故障；

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，检测待测RPU板的电源进线端的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的工作电源模块工作正常，否则，判定工作电源模块故障；

待测RPU板通电一段时间后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常，否则，判定所述使能信号输入模块故障；

脉冲发生回路在待测RPU板的电源进线端施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否超过设定电流阈值，若超过，判定待测RPU板的电流采样模块工作正常，否则，判定所述电流采样模块故障。

所述脉冲发生回路施加正向脉冲电压后，在工作电源模块、使能信号输入模块、电流采用模块均工作正常的基础上，当控制板卡没有检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号时，判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

当控制板卡检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号，且所述激光脉冲信号的脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

还包括用于设置在待测RPU板的电源进线端的电压检测装置，监视待测RPU板两端测试过程中电压是否正确，从而判断测试装置本身是否存在故障。

所述脉冲发生回路包括触发控制板，触发控制板用于接收所述控制板卡发出的晶闸管触发信号，并将该信号转换后用于控制晶闸管触发，生成所述正向脉冲电压。

为解决上述技术问题，本发明还提出一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试方法包括检测待测RPU板中工作电源模块故障、使能信号输入模块故障、电流采样模块故障的步骤；

1)检测待测RPU板中工作电源模块故障的步骤为：

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，检测待测RPU板的电源进线端的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的工作电源模块工作正常，否则，判定待测RPU板的工作电源模块故障；

2)检测待测RPU板中使能信号输入模块故障步骤为：

待测RPU板通电一段时间后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常，否则，判定所述RPU 板的使能信号输入模块故障；

3)检测待测RPU板中电流采样模块故障的步骤为：

在待测RPU板的电源进线端施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，检测待测RPU板的电源进线端上的电流值是否超过设定电流阈值，若超过，判定待测RPU板的电流采样模块工作正常，否则，判定所述电流采样模块故障。

步骤3)中还包括检测待测RPU板中回检信号输出模块是否故障的步骤：所述正向脉冲电压施加后，当没有检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号时，判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

步骤3)中还包括检测待测RPU板中脉冲扩展模块是否故障的步骤：当检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号，且所述激光脉冲信号的脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

本发明的有益效果是：

本发明在现有检测RPU板的测试装置的基础上，加入了用于检测RPU板电源进线电流大小的电流检测装置，待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，控制板卡检测若电流值迅速上升后逐渐变小，判定工作电源模块工作正常。

然后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，若该电流检测装置检测的电流值迅速上升后逐渐变小，控制板卡判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常。

在施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，利用电流检测装置检测RPU板的电源进线端子上的电流值，当电流值小于或等于设定的电流阈值时，判定RPU板的电流采样模块发生故障；当电流值大于设定的电流阈值时，判定电流采样模块正常。

进一步，正向脉冲电压施加后，若控制板卡没有检测到待测RPU 板发出激光脉冲信号，则判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

进一步，为了保证可靠触发晶闸管，需要控制板卡检测RPU板发出的激光脉冲信号的脉宽，当脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

综上所述，本发明不仅能够完成对RPU板使能信号输入模块、工作电源模块、电流采样模块、脉冲扩展模块、回检信号输出模块的功能测试，而且能够对出现功能异常的RPU板进行故障定位，克服现有测试装置和方法只能检测出RPU板是否异常，却无法检测出RPU板内功能模块是否工作异常的问题，从而可以有针对性地进行导致功能异常的原因分析，为RPU板的可靠运行及优化设计提供依据。

附图说明

图1是光控换流阀反向恢复保护单元的结构示意图；

图2是光控换流阀反向恢复期保护单元测试装置与RPU板的连接图；

图3是脉冲发生回路在施加正向脉冲触发信号时VT1、VT2、R1 和脉冲电压的电压时序图；

图4是晶闸管处于反向恢复期的使能信号、正向脉冲电压和RPU 板发出的激光脉冲信号的时序图。

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说明。

实施例一：

本发明的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，包括用于为待测RPU板供电的取能回路，用于连接待测RPU板的光接收端的控制板卡，用于连接待测RPU板的电源进线端的脉冲发生回路，以及分别采样连接控制板卡的电流检测装置、电压检测装置，电流检测装置和电压检测装置设置在待测RPU板的电源进线端。

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，控制板卡检测若电流值迅速上升后逐渐变小，判定工作电源模块工作正常。

然后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，若该电流检测装置检测的电流值迅速上升后逐渐变小，控制板卡判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常。

在施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，利用电流检测装置检测RPU板的电源进线端子上的电流值，当电流值小于或等于设定的电流阈值时，判定RPU板的电流采样模块发生故障；当电流值大于设定的电流阈值时，判定电流采样模块正常。

进一步，正向脉冲电压施加后，若控制板卡没有检测到待测RPU 板发出激光脉冲信号，则判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

进一步，为了保证可靠触发晶闸管，需要控制板卡检测RPU板发出的激光脉冲信号的脉宽，当脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

实施例二：

如图1所示的RPU板，包括浪涌抑制模块1，电流采样模块2，脉冲扩展模块3，工作电源模块4，回检信号输出模块5，使能信号输入模块6。RPU板的各组成模块属于现有技术，具体结构请见公布号为CN105356726、名称为《一种晶闸管反向恢复期保护装置和一种阀段系统》的中国专利。

如图2所示的一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，包括取能回路、控制板卡、脉冲发生回路、电流互感器CT。其中，取能回路包括空开QF、滤波器、隔离变压器、电容器，采用交流220V 对系统进行供电。取能电路一方面通过电容C连接待测RPU板的进线端X1、X2，另一方面连接脉冲发生回路，为脉冲发生回路提供220V 交流电。

脉冲发生回路包括220V继电器KM，48V开关电源，两个电阻R1、R2，两个晶闸管VT1、VT2及触发控制板，其中，开关电源的高压端通过继电器KM连接取能回路，开关电源的低压端正极依次通过晶闸管VT1、电阻R2连接RPU板的进线端子X1，开关电源的低压端负极通过电阻R1连接RPU板的进线端子X2，电阻R1与R2之间连接有晶闸管VT2，VT2的阴极连接电阻R1，VT2的阳极连接电阻R2。触发控制板连接有VT1的门极、阴极，VT2的门极、阴极，还连接控制板卡的端口G1、G2，用于接收控制板卡发出的晶闸管触发信号，并将该信号进行电压转换，转换后用于控制晶闸管VT1、VT2 触发，在RPU板的进线端生成模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压。

上述控制板卡通信连接待测RPU板，控制板卡设置有：用于向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号的接口U3、U4，及用于检测待测RPU板发出的激光脉冲信号的接口U1、U2。同时，还设置有电压采集、同步信号采集的接口，采样连接电流互感器CT的接口，及用于控制继电器KM的接口。电压测量装置设置在RPU板的两个进线端X1、X2之间，用于检测进线端之间的电压；电流互感器CT设置在RPU板的一个进线端上，用于检测RPU板进线端上的电流。

上述测试装置实现的测试方法包括以下步骤：

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，控制板卡检测若电流值迅速上升后逐渐变小，判定工作电源模块工作正常。

然后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，若该电流检测装置检测的电流值迅速上升后逐渐变小，控制板卡判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常。

在施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，利用电流检测装置检测RPU板的电源进线端子上的电流值，当电流值小于或等于设定的电流阈值时，判定RPU板的电流采样模块发生故障；当电流值大于设定的电流阈值时，判定电流采样模块正常。

正向脉冲电压施加后，若控制板卡没有检测到待测RPU板发出激光脉冲信号，则判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

为了保证可靠触发晶闸管，需要控制板卡检测RPU板发出的激光脉冲信号的脉宽，当脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

基于上述测试方法，一种判断RPU板中各模块是否存在故障的顺序流程为：

(1)合上空开QF，控制板卡检测待测RPU板的电源进线端的电流值，若电流值迅速上升后逐渐变小，判定工作电源模块工作正常，反之，该模块存在故障。

(2)控制板卡U3或U4发出使能信号，此时RPU板开始进入反向恢复期，若CT所测电流迅速增大后逐渐减小，则使能信号输入模块工作正常，反之，该模块存在故障。为了提高使能信号输入模块的可靠性，冗余配置有两个使能信号输入模块，分别为U3、U4。

(3)在反向恢复期内某一时刻，控制板卡触发晶闸管VT1、VT2 产生所需脉宽的24V脉冲电压信号，施加到RPU两端，若CT所测正向电流幅值超过触发值，则电流采样模块工作正常，反之，该模块故障。

(4)控制板卡的接口U1或U2能检测到大于10us的激光脉冲信号，则脉冲扩展模块、回检信号输出模块工作正常，若检测到小于10us 的激光脉冲信号，则脉冲扩展模块故障，若U1或U2检测不到任何信号，则对应的回检信号输出模块故障。

实现测试流程时，控制板卡输出一个光脉冲，对RPU板使能，在使能期间，控制板卡对VT1、VT2进行合理的触发控制，使脉冲发生回路产生所需脉宽、幅值为24V的电压脉冲；此时，RPU板的电流采样值超过其触发值，RPU将产生回检信号，控制板卡能够检测到该回检信号，同时控制板卡具有录波功能，通过波形分析能够判断脉冲扩展模块、回检信号输出模块功能是否正常。

通过控制板卡对两个晶闸管进行一定时间间隔的触发控制，先导通VT1，间隔时间不小于10us后，导通VT2以及断开KM，能够得到脉宽不小于10us的24V锯齿波脉冲电压；由于KM具有延迟性，因此KM断开时刻晚于VT2的导通时刻，在此期间，设计电阻R1起到耗能的作用，避免导通VT2后、断开KM前，开关电源输出测出现短路的情况；电阻R1和R2的设计值为RPU板采样电阻的一半，其工作时序原理如图3所示。

图2中的端子E1、E2之间还进行用于控制VT1、VT2导通的同步信号测量，端子E3、E4之间进行用于监视RPU两端电压的电压信号测量。在RPU两端进行电流监测，能够验证RPU板电流采样模块、使能信号输入模块、工作电源模块是否正常。

上述测试流程中各信号的时序图如图4所示，闭合KM继电器，控制板卡输出一个可见红光脉冲，在此期间RPU板处于使能状态；在某一时刻，控制板卡导通VT1，间隔时间不小于10us后，导通VT2 且断开KM，即可得到脉宽大于10us的24V电压脉冲输出至RPU板两端，当RPU板进线端连接的电流互感器CT采集的电流超过触发值时，RPU将产生一个激光脉冲信号至控制板卡用以完成RPU功能的验证。

本发明能够快速有效地对RPU板卡的使能信号输入模块、工作电源模块、电流采样模块、脉冲扩展模块、回检信号输出模块的功能进行验证，确定RPU板卡是否正常，同时能够对功能异常的RPU板进行故障定位。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，包括取能回路、控制板卡、脉冲发生回路，其特征在于，

还包括用于设置在待测RPU板的电源进线端的电流检测装置，电流检测装置连接控制板卡，控制板卡用于根据电流检测装置检测的电流，判断待测RPU板的工作电源模块、使能信号输入模块、电流采样模块是否发生故障；

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，检测待测RPU板的电源进线端的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的工作电源模块工作正常，否则，判定工作电源模块故障；

待测RPU板通电一段时间后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常，否则，判定所述使能信号输入模块故障；

脉冲发生回路在待测RPU板的电源进线端施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否超过设定电流阈值，若超过，判定待测RPU板的电流采样模块工作正常，否则，判定所述电流采样模块故障。

2.根据权利要求1所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，其特征在于，所述脉冲发生回路施加正向脉冲电压后，在工作电源模块、使能信号输入模块、电流采用模块均工作正常的基础上，当控制板卡没有检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号时，判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

3.根据权利要求1或2所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，其特征在于，当控制板卡检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号，且所述激光脉冲信号的脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。

4.根据权利要求1所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，其特征在于，还包括用于设置在待测RPU板的电源进线端的电压检测装置，监视待测RPU板两端测试过程中电压是否正确，从而判断测试装置本身是否存在故障。

5.根据权利要求1所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试装置，其特征在于，所述脉冲发生回路包括触发控制板，触发控制板用于接收所述控制板卡发出的晶闸管触发信号，并将该信号转换后用于控制晶闸管触发，生成所述正向脉冲电压。

6.一种光控换流阀反向恢复期保护单元的测试方法，其特征在于，包括检测待测RPU板中工作电源模块故障、使能信号输入模块故障、电流采样模块故障的步骤；

1)检测待测RPU板中工作电源模块故障的步骤为：

待测RPU板通电后、在发送晶闸管处于反向恢复期的使能信号前，检测待测RPU板的电源进线端的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的工作电源模块工作正常，否则，判定待测RPU板的工作电源模块故障；

2)检测待测RPU板中使能信号输入模块故障步骤为：

待测RPU板通电一段时间后，控制板卡向待测RPU板施加晶闸管处于反向恢复期的使能信号后，电流检测装置检测待测RPU板的电源进线端上的电流值，控制板卡判断该电流值是否上升后变小，若是，判定待测RPU板的使能信号输入模块工作正常，否则，判定所述RPU板的使能信号输入模块故障；

3)检测待测RPU板中电流采样模块故障的步骤为：

在待测RPU板的电源进线端施加模拟晶闸管处于反向恢复期的正向脉冲电压后，检测待测RPU板的电源进线端上的电流值是否超过设定电流阈值，若超过，判定待测RPU板的电流采样模块工作正常，否则，判定所述电流采样模块故障。

7.根据权利要求6所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试方法，其特征在于，步骤3)中还包括检测待测RPU板中回检信号输出模块是否故障的步骤：所述正向脉冲电压施加后，当没有检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号时，判定待测RPU板的回检信号输出模块故障。

8.根据权利要求6或7所述的光控换流阀反向恢复期保护单元的测试方法，其特征在于，步骤3)中还包括检测待测RPU板中脉冲扩展模块是否故障的步骤：当检测到待测RPU板发出的激光脉冲信号，且所述激光脉冲信号的脉宽小于10us时，判定待测RPU板的脉冲扩展模块故障。