CN107942241B - 一种用于高压直流断路器子模块的试验电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高压直流断路器子模块的试验电路，包括控制器、受控电压源以及用于分别将正向电压和负向电压加载到高压直流断路器子模块中主回路两端的电压控制电路，控制器控制连接受控电压源，受控电压源供电连接电压控制电路。在本发明中，当需要对直流断路器子模块的电气通路进行测试时，将子模块主回路连接试验电路的电压控制电路，下发命令给控制器，控制器控制电压源输出电压，该电压通过电压控制电路对子模块中的主回路进行正向供电或反向供电，在子模块主回路不导通的情况下，子模块中的电容会建立起预期电压，通过测量子模块电容端电压即可判断子模块的电气通路是否合格，该试验电路检测流程短、效率高、成本低、检测速度快。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高压直流断路器子模块的试验电路，属于自动测试设备技术领域。
背景技术
高压直流断路器是一种按照直流输电运行方式及故障处理要求关合或者断开直流负荷电流的开关设备。通常，一台直流断路器设备是由多个相同子模块串联而成，在生产直流断路器的过程中，必须要对每一个子模块的各项性能进行全面检测，这是一项工作量十分浩大的工作。
通常情况下，高压直流子模块采用手动检测，该检测方式成本较高，而且效率较低，在有限的工期内，将对企业按时交付订单造成严峻挑战。而且，由于高压直流断路器子模块拓扑有别于柔直阀子模块拓扑，常见的柔直阀组件测试手段无法有效移植。鉴于此，高效快捷地完成直流断路器子模块的性能测试工作，是每一个直流断路器生产厂家都将面临的一项挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压直流断路器子模块的试验电路，用于解决手动检测高压直流子模块效率低、工作量大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于高压直流断路器子模块的试验电路，包括控制器、受控电压源以及用于分别将正向电压和负向电压加载到高压直流断路器子模块中主回路两端的电压控制电路，所述控制器控制连接所述受控电压源，所述受控电压源供电连接所述电压控制电路。
进一步的，该试验电路还包括用于连接高压直流断路器子模块中的电容以给电容进行充电的充电控制电路以及给电容进行放电的放电控制电路；所述受控电压源供电连接所述充电控制电路。
进一步的，还包括受控电流源、用于连接高压直流断路器子模块中旁路开关开入端的旁路开关开入回路以及用于连接高压直流断路器子模块中旁路开关输出端的旁路开关输出回路，所述旁路开关输出回路控制连接旁路开关开入回路；所述控制器控制连接所述受控电流源、并用于通讯连接高压直流断路器子模块的通讯连接端子；所述受控电流源用于供电连接高压直流断路器子模块中的取能电源。
进一步的，所述电压控制电路包括用于正向连接受控电压源和高压直流断路器子模块中主回路两端的第一继电器的开关以及用于反向连接受控电压源和高压直流断路器子模块中主回路两端的第二继电器的开关；所述控制器控制连接第一继电器的线圈和第二继电器的线圈。
进一步的，所述充电控制电路包括用于连接受控电压源和高压直流断路器子模块中的电容的第三继电器的开关，所述放电控制电路包括用于连接高压直流断路器子模块中的电容两端的第四继电器的开关，所述控制器控制连接第三继电器的线圈和第四继电器的线圈。
进一步的，所述旁路开关输出回路中串设有第五继电器的线圈，所述旁路开关开入回路中串设有第五继电器的开关。
进一步的，所述控制器还连接有人机交互模块。
进一步的，所述人机交互模块为PC机或触摸屏。
本发明的有益效果是：
当需要对直流断路器子模块的电气通路进行测试时，将直流断路器子模块中的主回路连接试验电路的电压控制电路，下发命令给控制器，控制器控制受控电压源输出电压，该电压通过电压控制电路对高压直流断路器子模块中的主回路进行正向供电或反向供电，在直流断路器子模块中的主回路不导通的情况下，子模块中的电容会建立起预期电压，通过测量被测子模块电容端电压即可判断直流断路器子模块的电气通路是否合格；该试验电路检测流程短、效率高、检测成本低、检测速度快，有效解决了高压直流断路器子模块电气测试的时间与效率问题。
进一步的，当需要对直流断路器子模块中的元器件参数进行测试时，将直流断路器子模块中的电容连接试验电路的充电控制电路和放电控制电路，下发命令给控制器，控制器控制受控电压源输出电压给充电控制电路，充电控制电路对直流断路器子模块中的电容进行充电，设置充电时间并记录充电电压的变化；充电结束后，控制器控制放电控制电路对直流断路器子模块中的电容进行放电，记录某一时间段内电容电压减小值，根据充放电时间以及电容电压变化情况可以计算出直流断路器子模块中的电容以及电容两端的电阻值。
进一步的，当需要对直流断路器子模块的功能进行测试时，将直流断路器子模块中的旁路开关开入端和旁路开关输出端分别连接试验电路的旁路开关开入回路和旁路开关输出回路，将控制器连接高压直流断路器子模块中的通讯连接端子，下发命令给控制器，控制器控制受控电流源给直流断路器子模块中的取能电源进行供电，子模块中的IGBT的控制电路控制IGBT闭合，可以检测直流断路器子模块通讯，IGBT驱动反馈、旁路开关以及电容电压值状态是否正确；控制器控制受控电压源对直流断路器子模块中的主回路进行正向供电或反向供电，期间导通直流断路器子模块中的IGBT，子模块主回路中会建立起预期电流；关断直流断路器子模块中的IGBT，子模块电容会建立起电压，根据预期电流和该电压可以判断IGBT能否可靠导通与关断；控制器下发旁路开关闭合指令，旁路开关输出回路控制旁路开关开入回路，通过检测旁路开关输出回路可以验证旁路开关能否可靠动作。
当需要对直流断路器子模块的保护逻辑进行测试时，控制器控制受控电压源给子模块中的电容进行充电，并充电至设定值，根据子模块中IGBT驱动反馈与旁路开关状态可以判断子模块过压保护是否可靠启动，控制器控制受控电流源输出降至0，根据旁路开关状态判断欠压保护是否启动。
附图说明
图1是高压直流断路器子模块的拓扑结构图；
图2是本发明用于高压直流断路器子模块的试验电路的结构框图；
图3是本发明用于高压直流断路器子模块的试验电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，高压直流断路器子模块拓扑包括并联连接的第一桥臂、第二桥臂、并联IGBT和吸收回路，其中第一桥臂由上桥臂二极管D1和下桥臂二极管D2同向串联构成，第二桥臂由上桥臂二极管D3和下桥臂二极管D4同向串联构成，第一桥臂和第二桥臂构成了二极管整流桥；并联IGBT由IGBT(T1)和IGBT(T2)同向并联构成；吸收回路中串设有电容C和防反二极管D5，电容C的两端并联有放电电阻R1。第一桥臂中上桥臂二极管D1和下桥臂二极管D2的串联点作为该子模块拓扑的主回路第一接线端，第二桥臂中上桥臂二极管D3和下桥臂二极管D4的串联点作为该子模块拓扑的主回路第二接线端，主回路第一接线端和主回路第二接线端之间还连接有旁路开关K11。上述高压直流断路器子模块拓扑与取能电源、IGBT驱动、中控板卡等构成了直流断路器的最小功能单元，即高压直流断路器子模块。
如图2所示，本发明用于高压直流断路器子模块的试验电路包括上位机、控制及数据采集系统、高压电源、恒流源和高压开关，上位机连接控制及数据采集系统，控制及数据采集系统控制连接高压电源和恒流源，高压电源通过高压开关连接直流断路器模块，恒流源连接高压直流断路器子模块的取能电源。
本发明高压直流断路器子模块的试验电路中的控制及数据采集系统由控制板KZB1来实现，充当控制器的作用，该控制板KZB1连接的上位机为PC机或触摸屏等人机交互模块，该控制板KZB1还通信连接高压直流断路器子模块中的中控板卡的通讯连接端子，用于与高压直流断路器子模块通讯。
高压电源实际是一种程控电压源(受控电压源)，恒流源实际是一种程控电流源(受控电流源)，控制板KZB1的一个RS485端口连接程控电压源的控制端，另一个RS485端口连接程控电流源的控制端。程控电压源通过高压开关给直流断路器子模块中的主回路器件供电，程控电流源通过供电连接高压直流断路器子模块中的取能电源，给IGBT驱动及子模块控制板供能。
高压开关实际上是一个电压控制电路，该电压控制电路由程控电压源进行供电，连接高压直流断路器子模块中主回路两端即OUT1端和OUT2端，用于分别将程控电压源的正向电压和负向电压加载到高压直流断路器子模块中主回路两端。
该试验电路还包括充电控制电路、放电控制电路、旁路开关开入回路和旁路开关输出回路，旁路开关输出回路控制连接旁路开关开入回路。其中，该充电控制电路的一路连接程控电压源，由程控电压源进行供电，另一路连接高压直流断路器子模块中的电容，用于给子模块中的电容进行充电。该放电控制电路连接高压直流断路器子模块中的电容两端，用于给子模块中的电容进行放电。该旁路开关输出回路连接高压直流断路器子模块中的旁路开关输出端，用于模拟子模块中旁路开关的控制信号。该旁路开关开入回路连接高压直流断路器子模块中的旁路开关开入端，用于模拟子模块中旁路开关的开断情况。
如图3所示，该电压控制电路包括第一继电器KM1的开关和第二继电器KM2的开关，第一继电器KM1的两个常开触点开关分别串设在程控电压源的正极输出端DC1+和子模块主回路的OUT1端之间以及程控电压源的负极输出端DC1-和子模块主回路的OUT2端之间，第二继电器KM2的两个常开触点开关分别串设在程控电压源的正极输出端DC1+和子模块主回路的OUT2端之间以及程控电压源的负极输出端DC1-和子模块主回路的OUT1端之间。KM1的开关和KM2的开关配合使用，用于切换程控电压源与直流断路器子模块主回路之间的连接极性，即当KM1的开关闭合而KM2的开关断开时，程控电压源的正极输出端DC1+和负极输出端DC1-分别连接子模块主回路的OUT1端和OUT2端；而当KM1的开关断开而KM2的开关闭合时，程控电压源的正极输出端DC1+和负极输出端DC1-分别连接子模块主回路的OUT2端和OUT1端。控制板KZB1控制连接第一继电器KM1的线圈和第二继电器KM2的线圈，通过控制自身输出端的电平来控制对应继电器线圈的带电情况。
充电控制电路包括第三继电器KM3的开关，第三继电器KM3的两个常开触点开关分别串设在程控电压源的正极输出端DC1+和子模块中电容正连接端子C+之间以及程控电压源的负极输出端DC1-和子模块中电容负连接端子C-之间，程控电压源通过第三继电器KM3的开关给子模块中的电容进行充电。第三继电器KM3的一个常开触点开关还串联连接有一个限流电阻R3。放电控制电路包括第四继电器KM4的开关，第四继电器KM4的一个常开触点开关串设在电容正连接端子C+和电容负连接端C-之间，该第四继电器KM4的常开触点开关还与一个电阻R2串联。控制板KZB1控制连接第三继电器KM3的线圈和第四继电器KM4的线圈，通过控制自身输出端的电平来控制对应继电器线圈的带电情况。
另外，旁路开关开入回路中串设有第五继电器K1的开关，旁路开关输出回路中串设有第五继电器K1的线圈。
上述用于高压直流断路器子模块的试验电路旨在对高压直流断路器子模块的功能进行测试，以验证其电气性能是否满足要求。具体的，测试项目包括：电气通路试验、关键元器件参数测试、子模块功能试验和保护逻辑测试等。其中，电气通路试验主要对子模块电气主接线进行测试检查；关键元器件参数测试主要包括子模块电容值及放电电阻值的测量；子模块功能测试包括验证IGBT、IGBT驱动电路及功能系统的可靠性，主要针对IGBT开通与关断性能进行试验，验证IGBT能可靠触发；保护逻辑测试包括电容过压测试及电容欠压测试等。本发明试验电路的工作过程包括测试电路与直流断路器子模块连线、测试连接、更换线进行下一子模块测试，测试实验可根据需要选择单个测试项目或选择多个测试项目，无顺序限制，操作方式灵活，各测试项目合格后生成测试报告，具体的测试工作原理如下：
电气通路试验通过如下方法进行：①连接子模块与试验电路间的功率线与通讯线；②通过PC或触摸屏设置后台参数；③PC机或触摸屏下发检测指令至控制板KZB1，控制程控电压源输出电压U，控制板控制开关KM1或KM2给子模块主回路正向或反向供电；④在主回路T1、T2不导通的情况下电容C上会建立起预期电压，通过测量被测子模块电容端电压即可判断该项测试是否合格。
关键元器件参数测试通过如下方法进行：①重复电气通路试验中①②项操作；②充电控制电路、放电控制电路均连接电容正连接端子C+和电容负连接端子C-，控制板控制开关KM3导通，电压源通过限流电阻R3给子模块电容C充电，设置充电时间为t1；记录充电电压变化△U1；③控制板控制断开KM3，导通KM4，子模块电容通过电阻R1与R2进行放电，记录某一时间段t2电压减小值△U2；④由R3、t1、△U1计算子模块电容值；由R1、R2、t2、△U2计算电阻R1的值。
子模块功能测试通过如下方法进行：①与电气通路试验测试中①②相同；②控制程控电流源给断路器子模块的取能电源供电；③控制板检测子模块供能上电后子模块通讯、IGBT驱动反馈、旁路开关以及电容电压值状态是否正确；④控制板控制程控电压源输出电压U1，控制开关KM1或者KM2导通，给子模块主回路施加正向或者反向电压，期间导通T1和T2，主回路中会建立起预期电流I；关断T1和T2，电容C上会建立起电压U2；根据电流I与U判断IGBT能否可靠导通与关断；⑤控制板下发旁路开关闭合指令，验证旁路开关能否可靠动作。
子模块保护逻辑测试通过如下方法进行：①与子模块功能测试中①②③相同；②通过控制板控制程控电压源给电容充电，充电至设定值Us时，根据IGBT驱动反馈与旁路开关状态判断过压保护保护是否可靠启动；③控制板控制程控电流源输出降至0，根据旁路开关状态判断欠压保护是否启动。
在测试过程中，上述测试电路与被测直流断路器子模块的通讯状态由PC机或触摸屏显示，同时PC机或触摸屏可以下发指令对各测试项目进行控制，测试结果可以直观显示，问题子模块测试不合格原因也会在PC机或触摸屏上进行显示。
对比于现有测试设备，本发明用于高压直流断路器子模块的试验电路集成了电气通路试验、关键元器件参数测试、子模块功能测试、保护逻辑测试等项；具有简单实用的人机接口，PC机或触摸屏可进行灵活的参数设置，自由进行各项目的单独测试，方便对子模块功能问题进行排查，使子模块的测试工作高效进行，解决了高压直流断路器子模块功能测试的时间与效率问题，每一个子模块检测只需不到6分钟即可完成；无需再分项搭建试验平台，操作性强，测试简便，可对不同参数的直流断路器子模块进行测试。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更的行为，均在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，包括控制器、受控电压源以及用于分别将正向电压和负向电压加载到高压直流断路器子模块中主回路两端的电压控制电路，所述控制器控制连接所述受控电压源，所述受控电压源供电连接所述电压控制电路；所述电压控制电路包括用于正向连接受控电压源和高压直流断路器子模块中主回路两端的第一继电器的开关以及用于反向连接受控电压源和高压直流断路器子模块中主回路两端的第二继电器的开关；所述控制器控制连接第一继电器的线圈和第二继电器的线圈；
高压直流断路器子模块包括高压直流断路器子模块拓扑、取能电源、IGBT驱动电路、中控板卡和旁路开关；所述高压直流断路器子模块拓扑包括第一桥臂、第二桥臂、并联IGBT和吸收回路，第一桥臂由上桥臂二极管D1和下桥臂二极管D2同向串联构成，第二桥臂由上桥臂二极管D3和下桥臂二极管D4同向串联构成，第一桥臂中上桥臂二极管D1和下桥臂二极管D2的串联点作为高压直流断路器子模块的主回路第一接线端，第二桥臂中上桥臂二极管D3和下桥臂二极管D4的串联点作为高压直流断路器子模块的主回路第二接线端，主回路第一接线端和主回路第二接线端之间连接有旁路开关；吸收回路中串设有电容和防反二极管，电容的两端并联有放电电阻；并联IGBT由两个IGBT同向并联构成。
2.根据权利要求1所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，该试验电路还包括用于连接高压直流断路器子模块中的电容以给电容进行充电的充电控制电路以及给电容进行放电的放电控制电路；所述受控电压源供电连接所述充电控制电路。
3.根据权利要求2所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，还包括受控电流源、用于连接高压直流断路器子模块中旁路开关开入端的旁路开关开入回路以及用于连接高压直流断路器子模块中旁路开关输出端的旁路开关输出回路，所述旁路开关输出回路控制连接旁路开关开入回路；所述控制器控制连接所述受控电流源、并用于通讯连接高压直流断路器子模块的通讯连接端子；所述受控电流源用于供电连接高压直流断路器子模块中的取能电源。
4.根据权利要求2或3所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，所述充电控制电路包括用于连接受控电压源和高压直流断路器子模块中的电容的第三继电器的开关，所述放电控制电路包括用于连接高压直流断路器子模块中的电容两端的第四继电器的开关，所述控制器控制连接第三继电器的线圈和第四继电器的线圈。
5.根据权利要求3所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，所述旁路开关输出回路中串设有第五继电器的线圈，所述旁路开关开入回路中串设有第五继电器的开关。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，所述控制器还连接有人机交互模块。
7.根据权利要求6所述的用于高压直流断路器子模块的试验电路，其特征在于，所述人机交互模块为PC机或触摸屏。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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