CN108414913A - 一种可控硅组的实时监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

一种可控硅组的实时监控系统，包括电源发生器、驱动集板、接口板以及主板，电源发生器、驱动集板以及接口板依次连接成一组，共设置有三组，驱动集板上设置有多块驱动板，每块驱动板监控反并联连接的两个可控硅，接口板分为核心接口板和扩展接口板，其区别在于核心接口板上设置有CPLD Ⅰ芯片，三组共三片接口板中，设置一片接口板为核心接口板，核心接口板外接主板。该系统可实现可控硅组的相移同步触发控制，以及实现对每一个可控硅、驱动板及相应通信连接的监测，对驱动板的电源故障、触发电路异常、可控硅触发线连接异常，以及可控硅过温、击穿实现检测，同时该系统也能检测出与驱动板相连的光纤通信异常，并实现报警和封锁。

Description

一种可控硅组的实时监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及的是可控硅组控制技术领域，具体涉及一种具备可控硅及驱动系统实时故障监测的串接式高压可控硅组实时监控系统及监控方法。

背景技术

随着生产力的发展，高压三相异步电机得到大量使用，这使得高压串联式可控硅控制技术得到大力开发和应用。但串接可控硅系统由于可控硅数量众多(10KV系统可控硅数量可多至30个)，系统十分复杂，很容易由于运输震动、维护时误操作等因素导致接线松脱、触发板损坏，也可能在系统运行过程中器件老化损坏，这些因素都会导致个别可控硅触发异常，从而引起可控硅击穿。

光纤技术由于存在高压隔离、纳秒级的高速响应能力以及高抗干扰能力等特点，在高压串联可控硅组控制中得到广泛应用，通常一个可控硅对应一根触发光纤及相应光电收发器，而在使用过程中光纤存在被折断、虚接和光电器件老化损坏现象，而这些现象不容易被察觉，所以在触发过程中容易发生由于光纤通信问题导致个别可控硅未触发而承受高压，从而引起可控硅击穿。

上述异常现象都具备不易被发现的特性，如果得不到检测，就无法实施封锁保护，必然会引起个别可控硅承受高压而击穿。而现今高压串接可控硅触发技术在检测功能上非常薄弱，有些系统甚至完全没有检测，即只有触发功能没有回馈功能，可控硅击穿概率非常高，还有一些系统虽然有回馈功能，但只能实现可控硅短路检测，即可控硅击穿后才能检测到，这些系统显然是不安全的。

因此，研究出能实时监控串联可控硅组中每一个可控硅、驱动板及通信连线的监控系统变得非常重要。监控系统应该能在可控硅发生击穿前发现系统中某一部件的异常，并实施触发封锁，保证可控硅不被击穿，提高串接可控硅技术的可靠性。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的在于提供一种可控硅组的实时监控系统及监控方法，该系统可实现三相高压可控硅组的相移同步触发控制，以及实时对每一个可控硅及驱动板实施监测控制，对驱动板的电源异常、触发电路异常、可控硅触发线连接异常，以及可控硅过温、击穿实现检测并报警保护，同时该系统也能检测出与驱动板相连的光纤通信异常，这种对所有可控硅、驱动板及通信连线进行的实时监控，可避免由于触发系统异常导致的单只可控硅因承受高压而击穿，继而导致部分或全部可控硅连锁击穿现象的发生。

为达到上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种可控硅组的实时监控系统，包括电源发生器、驱动集板、接口板以及主板，电源发生器、驱动集板以及接口板依次连接成一组，共设置有三组，驱动集板上设置有多块驱动板，每块驱动板监控反并联连接的两个可控硅，接口板分为核心接口板和扩展接口板，其区别在于核心接口板上设置有可编程逻辑芯片CPLDⅠ，三组共三片接口板中，设置一片接口板为核心接口板，核心接口板外接主板；每个电源发生器使用高压母线穿过其对应的感应器来给驱动板提供电源，三片接口板分别用于监控其对应组的驱动集板，并在核心接口板的CPLD Ⅰ中标记异常，发生异常时在一个周波内封锁触发，并将监测结果实时反馈到主板中；

相应的，一个电源发生器、五块驱动板以及一片核心接口板连接成一组，或一个电源发生器、五块驱动板以及一片扩展接口板连接成一组；

相应的，驱动板上设置有感应器，并且连接温度探头；

相应的，驱动板上设置有电源检测电路、过温检测电路、触发检测电路以及击穿检测电路，可对其所对应的反并联连接的两只可控硅及驱动板本身实现监控，电源检测电路用于检测输入驱动板的电压是否正常，过温检测电路用于检测可控硅有无过温情况，触发检测电路用于可控硅触发信息的反馈，击穿检测电路用于检测可控硅是否存在击穿现象；

相应的，驱动板和接口板通过光纤通信，每片接口板均设置有光纤收发器，光纤收发器的对数同对应的驱动集板上可控硅的总数相同，采用光纤收发器可提高系统的抗干扰能力，同时实现了接口板和驱动板之间的高压隔离；

相应的，一片接口板上设置有多至十对的光纤收发器，对应一个驱动集板上多至十个可控硅；

相应的，扩展接口板使用排线同核心接口板连接，CPLDⅠ芯片分配的触发信号通过排线发送至相应的接口板，并将反馈的状态信号汇总到CPLDⅠ芯片中进行处理；

相应的，核心接口板和主板通过光纤连接，该光纤包括三根触发光纤、一根高压上电光纤以及一根故障反馈光纤，主板将触发信号分三路发送至核心接口板，并通过故障反馈光纤接收核心接口板处理后的故障信号，同时主板将高压上电信号通过高压上电光纤发送到核心接口板；

相应的，主板外接同步信号发生板，同步信号发生板对串接可控硅组输入端的三相高压电进行电压衰减、处理和光隔离，输出与电网同步的方波信号并传送至主板；

相应的，主板至少设置有两个控制器和一个可编程逻辑芯片CPLD Ⅱ，控制器a连接一故障继电器，控制器a用于相移算法、模拟量采样、接口处理、故障处理，控制器b外接显示器，控制器b用于处理显示器驱动，显示器用于参数的设定及数据信息显示，同时将可控硅及对应驱动板和通信线路的异常以图形方式展示，CPLDⅡ芯片用于接收核心接口板送来的故障信号，以及同步信号发生板发送来的同步方波信号，并进行相序检测和滤波整形处理。

一种可控硅组的实时监控方法，包括以下步骤：

S1、主板接收到启动命令，主板控制器a根据CPLDⅡ送来经过整形的同步信号及控制器a内部定制的相移曲线计算出三路工频周波触发脉冲信号，并通过触发光纤送至核心接口板；

S2、核心接口板CPLDⅠ芯片对接收的三路触发信号进行载波调制、分解，生成A+、A-、B+、B-、C+、C-六路高频脉冲波，每路高频脉冲与CPLDⅠ内故障规则库输出的封锁信号相与后经过触发信号分配器及触发分配光纤送至接口板驱动其所对应的可控硅，对可控硅及对应驱动板的监控情况通过状态反馈光纤回馈信号；

S3、核心接口板接收连入监控系统的所有驱动板回馈信号，回馈信号可多至三十路，核心接口板上CPLDⅠ芯片对回馈的信号按照规则解析出是否有故障，CPLDⅠ中开辟多至三十位的故障标记存储空间，分别对应三组十位的故障标记，每一位对应一路可控硅，CPLDⅠ故障标记存储空间中有标记为故障的位，CPLDⅠ内部封锁信号变为低，封锁所有触发；

S4、CPLDⅠ将三组共三十位故障标记通过故障反馈光纤发送至主板CPLDⅡ芯片所开辟的存储空间中，控制器a SCK引脚产生同步时钟，将CPLDⅡ芯片存储空间中三组共三十位故障标记读入到主板控制器a中的ErrA、ErrB、ErrC变量中，每个变量的0-9位对应相应组的十位故障标记；

S5、控制器a将ErrA、ErrB、ErrC三个变量通过通信口发送至控制器b的ErrA、ErrB、ErrC变量中，如果哪个变量有标记为故障的位，故障继电器吸合；

S6、控制器b对ErrA、ErrB、ErrC三个变量的0-9位的数据进行解析，每个位有0和1两种状态，0为无故障，1为有故障，并将该信息以亮灭的方式显示在显示器显示的点阵图形中；

相应的，步骤S1中系统未接收到启动命令时，直接从步骤3开始。

本发明的有益效果为：

1、可实现以三相交流同步信号为相移算法基准，并按照程序定

制曲线来对可控硅组进行相移控制；

2、可实现驱动板电路异常、触发线未接、光纤通信异常、可控

硅击穿、过温等异常检测，发生问题时可实时报警并封锁触发，能在

可控硅承受高压前发现异常，杜绝可控硅击穿，大大提高设备运行的

可靠性；

3、可以图形化方式直观展示可控硅及驱动板、通信线路异常，

精确定位异常可控硅及驱动板、通信线路的位置，降低了排查难度；

4、使用模块化结构，设备安装维护更简单；

5、大量使用光纤通信，实现高压隔离的同时接线更简单，抗干

扰能力更强；

6、可向下兼容6KV、3KV，只需相应减少驱动板数量，通过设置

额定电压完成监视窗口匹配和故障匹配，适用性广；

7、驱动板状态编码结合接口板CPLD 芯片强大的数字处理能力，

完成了功能强大的实时故障检测功能，电路简单系统可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明:

图1是本发明的结构连接示意图；

图2是驱动板运行状态硬件编码图；

图3是监控方法示意图；

图4是核心接口板故障判定规则图；

图中：

1、电源发生器；2、驱动板；3、核心接口板；4、扩展接口板； 5、主板；6、同步信号发生板7、显示器；

11、高压母线；

21、可控硅；22、感应器；23、温度探头；24、触发线；

31、CPLDⅠ芯片；32、触发光纤；33、高压上电光纤；34、故障反馈光纤；35、排线；

41、触发分配光纤；42、状态反馈光纤；

51、CPLDⅡ芯片；52、控制器a；53、控制器b；54、故障继电器。

具体实施方式

如图1所示，一种可控硅组的实时监控系统，包括电源发生器1、驱动集板、接口板以及主板5，电源发生器1、驱动集板以及接口板依次连接成一组，共设置有三组，驱动集板上设置有多块驱动板2，每块驱动板2监控反并联连接的两个可控硅21，接口板分为核心接口板3和扩展接口板4，其区别在于核心接口板3上设置有CPLDⅠ31 芯片，三组共三片接口板中，设置一片接口板为核心接口板3，核心接口板3外接主板5，主板5又与同步信号发生板6相连。

下面说明本发明的运行状态：

本例以一个驱动集板上设置有五块驱动板2、十个可控硅21，即一个系统中设置十五块驱动板2、三十个可控硅21为例进行说明；

三相高压电经同步信号发生板6进行电压处理后形成与三相电相序一致的同步信号，CPLDⅡ芯片51对同步信号进行相序检查，判断是否出现缺相或不平衡现象,以及给出高压是否上电信号，并以高低电平方式送至控制器a 52，同时也将同步信号滤波整形后送至控制器a 52；

主板5接收到启动命令，控制器a 52结合同步信号和内部定制的相移曲线计算出三路工频周波触发脉冲信号，并通过触发光纤32 送至核心接口板；

核心接口板CPLDⅠ31芯片对接收的三路触发信号进行载波调制、分解，生成A+、A-、B+、B-、C+、C-六路高频脉冲波，其中A+ 和A-为一组，B+、B-为一组，C+和C-为一组，A+、A-组和C+、C-组通过排线35分别发送到两个扩展接口板4中,每路高频脉冲与CPLD Ⅰ31内故障规则库输出的封锁信号相与后分配成五路相同的触发信号，即A+、A-组的十路、B+、B-组的十路以及C+、C-组的十路，共计三十路触发信号通过触发分配光纤41分别被发送到十五块驱动板 2上。

每块驱动板2都连接一个温度探头23，每块驱动板2具备两路状态反馈光纤42分别对应反并联的两只可控硅21。当感应器22获得的电压正常时，驱动板2的电源检测电路输出高电平信号；当可控硅21无过温情况时，驱动板2的过温检测电路输出高电平信号；可控硅21上的触发线24连接且驱动板2触发电路未发生异常时，驱动板2接收到核心接口板3或扩展接口板4发送来的触发脉冲信号，驱动板2触发检测电路反馈一个与触发脉冲反向的脉冲信号；可控硅 21上的触发线24连接且无触发信号时，驱动板2的触发检测电路反馈一个高电平信号；触发线24未连接时，触发检测电路输出低电平信号；驱动板2的击穿检测电路在可控硅21上高压电且非触发时，输出方波信号；上高压电且触发时，触发信号产生高电平，自动将输出拉高；未上高压电时，驱动板2的击穿检测电路输出高电平。所有检测电路输出的电平信号经过信号综合器综合后通过状态反馈光纤 42发送至核心接口板3。

核心接口板3接收连入监控系统的所有驱动板2的回馈信号，回馈信号多至三十路，核心接口板3上CPLDⅠ31芯片对回馈的信号按照规则解析出是否有故障，CPLDⅠ31中开辟多至三十位的故障标记存储空间，分别对应三组十位的故障标记，每一位对应一路可控硅，CPLDⅠ31故障标记存储空间中有标记为故障的位，CPLDⅠ31内部封锁信号变为低，封锁所有触发；

CPLDⅠ31将三组共三十位故障标记通过故障反馈光纤34发送至主板CPLDⅡ51芯片所开辟的存储空间中，主板控制器a 52SCK引脚产生同步时钟，将CPLDⅡ51芯片存储空间中三组共三十位故障标记读入到控制器a中的ErrA、ErrB、ErrC变量中，每个变量的0-9位对应相应组的十位故障标记；

控制器a 52将ErrA、ErrB、ErrC三个变量通过通信口发送至控制b 53的ErrA、ErrB、ErrC变量中，如果哪个变量有标记为故障的位，故障继电器吸合；

控制器b 53对ErrA、ErrB、ErrC三个变量的0-9位的数据进行解析，每个位有0和1两种状态，0为无故障，1为有故障，并将该信息以亮灭的方式显示在显示器7显示的点阵图形中。

图4为核心接口板上更为具体的故障判定规则，核心接口板3的光纤接收器将驱动板2反馈的状态信息转化为电平信号，其中，扩展接口板4通过排线35将状态信号汇总到核心接口板3上。利用核心接口板3上的CPLDⅠ芯片31对送来的状态信号进行分析处理。状态反馈光纤42未接、感应器22获得的电压异常、可控硅21过温、触发线24未连接这四种异常状况中的一种发生时，CPLDⅠ芯片31收到高电平信号，只要CPLDⅠ芯片31接收到超过工频周期长度的高电平信号，就标记为有故障；在无前面所述的异常且高压未上电，若是有触发信号，则CPLDⅠ芯片31应获高频脉冲信号，若该信号不是高频脉冲信号，则标记为有故障；同样无前面所述四种异常状况且高压上电，若是有触发信号，若该信号不是高频脉冲信号，则标记为有故障，若是无触发信号，CPLDⅠ芯片31获得非工频方波信号，标记为有故障；在触发时，若触发分配光纤41通信异常，CPLDⅠ芯片31不能获得正确的回馈信号，所以可检测出触发分配光纤通信异常；高压上电否信号由主板5通过高压上电光纤33发送至CPLDⅠ芯片31中。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (14)

1.一种可控硅组的实时监控系统，包括电源发生器、驱动集板、接口板、主板、显示器以及同步信号发生板，其特征在于：所述的电源发生器、驱动集板以及接口板依次连接成一组，共设置有三组，驱动集板上设置有多块驱动板，每块驱动板监控反并联连接的两个可控硅，接口板分为核心接口板和扩展接口板，其区别在于核心接口板上设置有CPLD Ⅰ芯片，三组共三片接口板中，设置一片接口板为核心接口板，核心接口板外接主板，主板又与同步信号发生板相连。

2.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：一个电源发生器、五块驱动板以及一片核心接口板连接成一组，或一个电源发生器、五块驱动板以及一片扩展接口板连接成一组。

3.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：驱动板上设置有感应器，并且连接温度探头。

4.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：驱动板上设置有电源检测电路、过温检测电路、触发检测电路以及击穿检测电路，可对其所对应的反并联连接的两只可控硅实现监控。

5.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：驱动板和接口板通过光纤通信，每片接口板均设置有光纤收发器，光纤收发器的对数同对应的驱动集板上可控硅的总数相同。

6.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：一片接口板上设置有多至十对的光纤收发器，对应一个驱动集板上多至十个可控硅。

7.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：扩展接口板使用排线同核心接口板连接，CPLD Ⅰ芯片分配的触发信号通过排线发送至相应的接口板，并将反馈的状态信号汇总到CPLD Ⅰ芯片中进行处理。

8.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：核心接口板和主板通过光纤连接，该光纤包括三根触发光纤、一根高压上电光纤以及一根故障反馈光纤，主板将触发信号分三路发送至核心接口板，并接收通过故障反馈光纤接收核心接口板处理后的故障信号，同时主板将高压上电信号通过高压上电光纤发送到核心接口板。

9.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：主板外接同步信号发生板，同步信号发生板对串接可控硅组输入端的三相高压电进行电压衰减、处理和光隔离，输出与电网同步的方波信号并传送至主板。

10.根据权利要求1所述的一种可控硅组的实时监控系统，其特征在于：主板至少设置有两个控制器和一个可编程逻辑芯片CPLD Ⅱ，控制器a连接一故障继电器，控制器a用于相移算法、模拟量采样、接口处理、故障处理，控制器b外接显示器，控制器b用于处理显示器驱动，显示器用于参数的设定及数据信息显示，同时将可控硅及对应驱动板和通信线路的异常以图形方式展示，CPLD Ⅱ芯片用于接收核心接口板送来的故障信号，以及同步信号发生板发送来的同步方波信号，并进行相序检测和滤波整形处理。

11.一种可控硅组的实时监控方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、主板接收到启动命令，主板控制器a根据CPLD Ⅱ送来经过整形的同步信号及控制器a内部定制的相移曲线计算出三路工频周波触发脉冲信号，并通过触发光纤送至核心接口板；

S2、核心接口板CPLD Ⅰ芯片对接收的三路触发信号进行载波调制、分解，生成A+、A-、B+、B-、C+、C-六路高频脉冲波，每路高频脉冲与CPLD Ⅰ内故障规则库输出的封锁信号相与后经过触发分配光纤送至接口板驱动其所对应的可控硅，对可控硅及驱动板的监控情况通过状态反馈光纤回馈信号；

S3、核心接口板接收连入监控系统的所有驱动板回馈信号，回馈信号可多至三十路，核心接口板上CPLD Ⅰ芯片对回馈的信号按照规则解析出是否有故障，CPLD Ⅰ中开辟多至三十位的故障标记存储空间，分别对应三组十位的故障标记，每一位对应一路可控硅，CPLD Ⅰ故障标记存储空间中有标记为故障的位，CPLD Ⅰ内部封锁信号变为低，封锁所有触发；

S4、CPLD Ⅰ将三组共三十位故障标记通过故障反馈光纤发送至主板CPLD Ⅱ芯片所开辟的存储空间中，控制器a SCK引脚产生同步时钟，将CPLD Ⅱ芯片存储空间中三组共三十位故障标记读入到主板控制器a中的ErrA、ErrB、ErrC变量中，每个变量的0-9位对应相应组的十位故障标记；

S5、控制器a将ErrA、ErrB、ErrC三个变量通过通信口发送至控制器b的ErrA、ErrB、ErrC变量中，如果哪个变量有标记为故障的位，故障继电器吸合；

S6、控制器b对ErrA、ErrB、ErrC三个变量的0-9位的数据进行解析，每个位有0和1两种状态，0为无故障，1为有故障，并将该信息以亮灭的方式显示在显示器显示的点阵图形中。

12.根据权利要求11所述的一种可控硅组的实时监控方法，其特征在于：步骤S1中，系统未接收到启动命令时，直接从步骤3开始。

13.根据权利要求11所述的一种可控硅组的实时监控方法，其特征在于：步骤S2中，驱动板上的状态反馈方法为，感应器获得的电压正常时，驱动板的电源检测电路输出高电平信号；当可控硅无过温情况时，驱动板的过温检测电路输出高电平信号；可控硅上的触发线连接且驱动板触发电路未发生异常时，驱动板接收到核心接口板或扩展接口板发送来的触发脉冲信号，驱动板触发检测电路反馈一个与触发脉冲反向的脉冲信号；可控硅上的触发线连接且无触发信号时，驱动板的触发检测电路反馈一个高电平信号；触发线未连接时，触发检测电路输出低电平信号；驱动板的击穿检测电路在可控硅上高压电且非触发时，输出方波信号；上高压电且触发时，触发信号产生高电平，自动将输出拉高；未上高压电时，驱动板的击穿检测电路输出高电平。所有检测电路输出的电平信号经过信号综合器综合后通过状态反馈光纤发送至核心接口板。

14.根据权利要求11所述的一种可控硅组的实时监控方法，其特征在于：步骤S3中，核心接口板上的故障解析方法为，状态反馈光纤未接、感应器获得的电压异常、可控硅过温、触发线未连接这四种异常状况中的一种发生时，CPLD Ⅰ芯片收到高电平信号，只要CPLD Ⅰ芯片接收到超过工频周期长度的高电平信号，就标记为有故障；在无前面所述的异常且高压未上电，若是有触发信号，则CPLD Ⅰ芯片应获高频脉冲信号，若该信号不是高频脉冲信号，则标记为有故障；同样无前面所述四种异常状况且高压上电，若是有触发信号，若该信号不是高频脉冲信号，则标记为有故障，若是无触发信号，CPLD Ⅰ芯片获得非工频方波信号，标记为有故障；在触发时，若触发分配光纤插接异常，CPLD Ⅰ芯片不能获得正确的回馈信号，所以可检测出触发分配光纤通信异常；高压上电否信号由主板通过高压上电光纤发送至CPLD Ⅰ芯片中。