CN108896113A - 一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元 - Google Patents

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王振
黄安付
国建宝
吴保义
刘坤
任佳丽
张藴馨
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Maintenance and Test Center of Extra High Voltage Power Transmission Co
China EPRI Electric Power Engineering Co Ltd
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，包括通过RC电路连接在光控晶闸管两端的TVM板，所述TVM板包括AC分压模块、直流均压模块、取能电源模块、多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器，AC分压模块的一端与RC电路连接，另一端通过取能电源模块给多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器供电，直流均压模块的一端与RC电路连接，另一端通过多尺度电压监测模块与FPGA连接，FBG温度传感器的探头安装在光控晶闸管的散热器表面，输出端与FPGA连接，FPGA通过电光转换发射器与VBE装置连接。本发明通过增加对晶闸管两端的连续电压监测和对晶闸管散热片的温度监测，解决现有TVM板测量功能不足的缺陷。

Description

一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元
技术领域
本发明涉及直流输电控制保护系统领域，具体涉及一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，负责对光控晶闸管两端的多尺度电压以及温升情况进行监测。
背景技术
晶闸管电压检测电路(TVM)是光控晶闸管(LTT)控制系统主要部件之一，每个晶闸管级设计有一个TVM板，与阀上晶闸管一一对应。TVM电路构成该晶闸管级的电流均压回路，同时对晶闸管两端电压进行监测并产生相应的回报信号传给VBE(valve baseelectronics阀基电子)装置。
现有的TVM板一般具有正向电压建立监测、负向电压建立监测、BOD过电压保护监测功能，并且其回报的信息是不同脉宽单脉冲形式，但在工程应用中发现存在以下不足：
1、只采集晶闸管两端电压在3种阈值情况时的电压量，不能反映实时晶闸管两端的电压变化情况，以及晶闸管的温升情况，导致其监测功能不足。
2、回报信息为不同脉宽的单脉冲，容易受到内在器件老化和外在辐射等干扰而变形，从而有可能导致VBE装置的误识别，同时单脉冲也不利于加载更多其他信息。
3、板上的元器件都是分立器件，生产完成后即定型，不利于后期的调试和开发。
有鉴于此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，实现了对晶闸管两端多尺度电压和温度的监测。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，包括通过RC电路连接在光控晶闸管两端的TVM板，所述TVM板包括AC分压模块、直流均压模块、取能电源模块、多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器，AC分压模块的一端与RC电路连接，另一端通过取能电源模块给多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器供电，直流均压模块的一端与RC电路连接，另一端通过多尺度电压监测模块与FPGA连接，FBG温度传感器的探头安装在光控晶闸管的散热器表面，输出端与FPGA连接，FPGA通过电光转换发射器与VBE装置连接。
进一步地，所述的多尺度电压监测模块包括负电压建立监测模块、正电压建立监测模块、BOD动作发生监测模块和连续电压监测模块。通过连续电压的监测可以得出单阀子模块内各晶闸管的实时均压情况，有助于预测长期运行因器件质量渐变而发生的故障。
进一步地，所述的电光转换发射器与FPGA的HDLC通讯协议信息发送端口连接。FPGA采用HDLC通讯协议向VBE装置发送回报信息，实现了多种信息融合上传的功能，增强信息抗干扰能力，降低信息误码率。
本发明增加了取能电源模块为其他模块供电，增加了连续电压监测模块反映晶闸管两端的实时电压变化，增加了FBG温度传感器反映晶闸管的温升情况，用FPGA替换原来的脉冲发生电路，实现对多种信息的综合处理，与现有技术相比，具有如下优点：
1、采用FBG温度传感器，可在不受电场干扰的情况下测得温度信息，获得晶闸管的温升情况，实现超温告警功能。
2、多尺度电压监测模块不仅实现对正向电压建立、负向电压建立、BOD动作发生的精确阈值的监测，也实现了对连续电压的监测，并通过连续电压的监测得到单阀子模块内各晶闸管的实时均压情况。
3、使用FPGA处理监测信号，便于后期的调试和开发，采用HDLC通讯协议将回报信息发送至VBE装置，使得回报信息内容更加丰富、抗干扰性能增强、误码率降低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为FPGA对采集的5种信号处理逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明的一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，主体为一个通过RC电路连接在光控晶闸管两端的TVM板，其包括AC分压模块、直流均压模块、取能电源模块、多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器。AC分压模块的一端与RC电路连接，另一端通过取能电源模块给多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器供电，直流均压模块的一端与RC电路连接，另一端通过多尺度电压监测模块与FPGA连接，FBG温度传感器的探头安装在光控晶闸管的散热器表面，输出端与FPGA连接，FPGA的HDLC通讯协议信息发送端口与电光转换发射器连接，电光转换发射器通过光纤与VBE装置连接。
FBG温度传感器根据晶闸管散热片的温度变化改变其反射的光波的波长，而波长与温度有一一映射关系，通过波长变化增量处理温度变化结果，实现对光控晶闸管温升的检测。具体原理为现有技术，在此不再赘述。
多尺度电压监测模块包括负电压建立监测模块、正电压建立监测模块、BOD动作发生监测模块和连续电压监测模块，不仅实现对正向电压建立、负向电压建立、BOD动作发生的精确阈值的监测，也实现了对连续电压的监测，并通过连续电压的监测得到单阀子模块内各晶闸管的实时均压情况，有助于预测长期运行因器件质量渐变而发生的故障。各模块的功能的实现均为现有常规的电路结构，在此不再赘述。
如图2所示，FPGA内部处理正向电压建立、负向电压建立、BOD动作发生、晶闸管两端连续电压和晶闸管散热片温度信息设定有优先级，其中，当负电压建立、正电压建立、BOD动作发生时，优先处理和上传这三种信息，其他两种信息在前述三种信息没有发生时处理和上传。FPGA采用HDLC通讯协议向VBE装置上传信息，使得回报信息内容更加丰富、抗干扰性能增强、误码率降低。
本发明监测单元具体的运行原理如下：
在换流阀正常运行的过程中，每个晶闸管极两端电压会发生变化，晶闸管也在通流的过程中发热，需采集晶闸管正向电压建立信号、负向电压建立信号、BOD动作发生信号、晶闸管两端连续电压信号、晶闸管散热片温度信号。TVM板通过AC分压模块将能量取出至，通过直流均压模块将电压信号取出，通过FBG温度传感器晶闸管散热片温度信号取出。在TVM内部，取能电源模块将电压变成各种等级的供电电压，给各个模块供电；多尺度电压监测模块可以采集上述3种阈值电压和连续电压信号，并将这些电压信号转化成数字信号传给FPGA；FBG温度传感器将FBG光纤采集回来的波长变化量解调成温度值，并转化成数字信号传给FPGA；FPGA收到上述的多尺度电压信号和温度信号，进行逻辑综合处理，信号逻辑处理具有优先级，其中当正向电压建立、负向电压建立、BOD动作发生时，优先处理和上传这三种信息，其他两种信息在前述三种信息没有发生时处理和上传。FPGA在上传各种信号的时候，采用HDLC协议的方式发送各种信号，通过电光转换发射器，将信号传给VBE装置。
本发明通过增加对晶闸管两端的连续电压监测和对晶闸管散热片的温度监测，解决现有TVM板测量功能不足的缺陷；通过将分立的判断电路更换成FPGA可编程逻辑门阵列芯片，解决不可进一步开发的缺陷；同时FPGA可以通过HDLC协议的方式回报信息给VBE装置，使得信息的内容更加的丰富。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，包括通过RC电路连接在光控晶闸管两端的TVM板，其特征在于：所述TVM板包括AC分压模块、直流均压模块、取能电源模块、多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器，AC分压模块的一端与RC电路连接，另一端通过取能电源模块给多尺度电压监测模块、FBG温度传感器、FPGA和电光转换发射器供电，直流均压模块的一端与RC电路连接，另一端通过多尺度电压监测模块与FPGA连接，FBG温度传感器的探头安装在光控晶闸管的散热器表面，输出端与FPGA连接，FPGA通过电光转换发射器与VBE装置连接。
2.据权利要求1所述的换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，其特征在于：所述的多尺度电压监测模块包括负电压建立监测模块、正电压建立监测模块、BOD动作发生监测模块和连续电压监测模块。
3.据权利要求1所述的换流阀光控晶闸管多尺度电压和温度监测单元，其特征在于：所述的电光转换发射器与FPGA的HDLC通讯协议信息发送端口连接。
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