CN109239557A - 一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，包括：读取晶闸管阻尼回路的阻尼电容容值C_b和均压电阻阻值R_DC；读取晶闸管带外电路开展耐压性能测试的晶闸管电压采样数据U(t)；对U(t)进行平滑处理，得到平滑后的波形Us(t)；截取一个周期20ms的U_s(t)数据；计算所截取的U_s(t)数据的最大值U_max、最小值U_min以及最大值最小值出现的时间差t；利用U_max、U_min、t、C_b计算阻尼电容放电电流I_cb；再利用I_cb计算得到晶闸管漏电流I_th。本发明根据阻尼电容和均压电阻参数，利用晶闸管电压的采样数据计算晶闸管漏电流，一方面避免了晶闸管耐压性能测试过程中增加电流测点，另一方面也使带外电路开展晶闸耐压性能检测成为可能。

Description

一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法

技术领域

本发明涉及晶闸管检测技术，具体涉及一种直流输电用晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法。

背景技术

晶闸管换流阀是直流输电工程的核心设备，可将三相交流电压转换成直流电压。如图2所示，晶闸管换流阀一般由6个单阀组成，每个单阀包含6个阀段，一个阀段包含13个晶闸管，因此一个晶闸管换流阀由468个晶闸管及相关元件组成。对于直流输电工程而言，±500kV直流输电工程需要8个晶闸管换流阀，±800kV直流输电工程需要16个晶闸管换流阀，共计3744和7488个晶闸管，因此直流输电工程含有的晶闸管数量十分巨大。

每个阀段的13个晶闸管在弹簧的压力作用下，连同各自的散热器一起压装在一个框架内，并且每个晶闸管与阻尼回路(包含阻尼电容、阻尼电阻)和均压电阻并联。传统的直流输电用晶闸管耐压性能测试方法为通过电压生成装置产生正弦半波电压施加在被检测晶闸管上，根据在规定电压峰值下晶闸管漏电流的大小判断晶闸管耐压性能正常与否，如高肇直流所使用的晶闸管在7kV电压下晶闸管漏电流小于10mA表明晶闸管耐压性能正常，反之为耐压性能不正常。

目前，直流输电现场工作人员在开展晶闸管耐压性能测试时，需要解开晶闸管外电路(阻尼回路和均压电阻)，一方面检测的工作量十分巨大，导致检测时间过长，另一方面频繁的松紧端子或螺丝也容易造成螺丝松动、电路连接错误、设备损坏等不良后果，影响直流运行稳定性，因此直流输电现场工作人员希望可以带外电路开展晶闸管检测项目。但带外电路开展晶闸耐压性能检测时，阻尼回路也会流过漏电流，且由于晶闸管被紧固在框架内因此无法直接测量流过晶闸管的电流，检测过程中仅能检测到流过电压生成装置的电流，即晶闸漏电流和外电路漏电流之和，给晶闸耐压性能的判断造成了困难。

综上，以直流输电用晶闸管为研究对象，发明适用于带外电路开展耐压性能测试的晶闸管漏电流计算方法成为现有晶闸管耐压检测方法的研究方向之一。

发明内容

为了在带外电路下开展晶闸管耐压性能检测时获取到晶闸管的漏电流数值，增强带外电路开展晶闸管耐压性能检测的可靠性，本发明提出一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，根据阻尼电容和均压电阻参数，利用晶闸管电压的采样数据计算晶闸管漏电流，一方面避免了检测过程中增加电流测点，另一方面也使带外电路开展晶闸管耐压性能检测成为可能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，包括以下步骤：

步骤1、读取晶闸管阻尼回路的阻尼电容容值C_b和均压电阻阻值R_DC；

步骤2、读取晶闸管带外电路开展耐压性能测试的晶闸管电压U(t)采样数据；

步骤3、对U(t)进行平滑处理，得到平滑后的波形U_s(t)；

步骤4、截取一个周期20ms的U_s(t)数据；

步骤5、计算步骤4截取的U_s(t)数据的最大值U_max、最小值U_min以及最大值最小值出现的时间差t；

步骤6、利用U_max、U_min、t、C_b，通过如下的公式(1)计算阻尼电容放电电流I_cb；

步骤7、通过如下的公式(2)计算得到晶闸管漏电流I_th；

进一步的，步骤2中，所述U(t)的采样频率F大于10kHz。

进一步的，步骤3中，所述U_s(t)的计算方法如下：

其中，Δt为采样时间间隔，Δt＝1/F。

进一步的，步骤5中，当最大值出现时刻t_max早于最小值出现时刻t_min时，即t_min>t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝t_min-t_max (4)；

当最大值出现时刻t_max晚于最小值出现时刻t_min时，即t_min<t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝20ms-(t_max-t_min) (5)。

本发明的有益效果是：根据阻尼电容和均压电阻参数，利用晶闸管电压的采样数据计算晶闸管漏电流，一方面避免了晶闸管耐压性能测试过程中增加电流测点，增加了方法的实用性，另一方面也使带外电路开展晶闸耐压性能检测成为可能。

附图说明

图1是本发明晶闸管漏电流计算方法的流程图；

图2是晶闸管换流阀的结构示意图；

图3是晶闸管不带外电路的正向耐压性能测试电路图；

图4是晶闸管不带外电路开展耐压性能测试的电流流向图；

图5是晶闸管带外电路开展耐压性能测试的电流流向图；

图6是晶闸管带外电路开展耐压性能测试的EMTDC仿真模型。

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。

传统的晶闸管正向耐压性能测试，其测试电路图根据国标《GB-T15291-2015半导体器件第6部分：晶闸管》的要求如图3所示，图中B为门极电路；D1和D2为提供正半周期的二极管，仅用于测量晶闸管的断态特性；G为交流电压源；R1为保护电阻器；R2为校准过的电流测量无感电阻器；T为受试晶闸管；OSC为示波器或者峰值读数仪表。测试方法为在规定电压条件下，测量晶闸管T的漏电流。晶闸管反向耐压性能测试电路和图2近似，差别主要在于二极管D₁和二极管D₂方向。

由于测试电压源为交流电压源G，周期性输出正或负电压，而测试电路中的二极管D1和D2仅能流过正向电流，因此交流电压源G输出正负电压时的电流回路不同，图4给出了晶闸管不带外电路开展耐压性能测试时的电流回路，图5给出了晶闸管带外电路开展耐压性能测试时的电流回路。图4和图5中细虚线为交流电压源G输出正电压时的电流回路，粗虚线为交流电压源G输出负电压时的电流回路。

图4中，当电源电压为正时，二极管D1导通，二极管D2关断，正向电压施加在受试晶闸管T上；当电源电压为负时，二极管D2导通，二极管D1关断，反向电压施加在保护电阻器R1上，受试晶闸管T上的电压为零。

图5中，当电源电压为正时，二极管D1导通，二极管D2关断，由于晶闸管与外电路并联，正向电压施加在受试晶闸管T、阻尼回路和均压电阻上，其中阻尼电容处于充电状态；当电源电压为负时，二极管D2导通，二极管D1关断，反向电压施加在保护电阻器R1上，而此时，阻尼回路的阻尼电容处于放电状态，对阻尼电阻、均压电阻和受试晶闸管T放电，受试晶闸管T上的电压不为零。

在阻尼电容充电的过程中，随着电源电压的升高，阻尼电容也会升高。当电源电压达到峰值开始下降时，阻尼电容受限于二极管D1、D1单向导通特性，只对阻尼电阻、均压电阻和受试晶闸管T放电，但由于晶闸管阻断电阻和均压电阻的阻值很大，阻尼电容放电过程会十分缓慢，阻尼电容电压下降速度远远小于电源电压。因此二极管D1在电源电压峰值出现时刻被关断，此时阻尼电容电压为电源电压峰值。

此后，阻尼电容一直处于放电状态，直至电源电压再次大于阻尼电容电压，二极管D1导通，阻尼电容进入充电状态。但由于阻尼电容电压变化缓慢，因此只有在电源电压上升接近峰值时，二极管D1才会再次导通，并在电源电压达到峰值时又一次关断。

综上，可知若晶闸管带外回路开展耐压性能测试，二极管D1导通时，阻尼电容电压和晶闸管电压约等于电源电压峰值；二极管D1关断时，由于阻尼电阻远小于晶闸管阻断电阻，晶闸管电压约等于阻尼电容电压，由于阻尼电容放电缓慢，阻尼电容电压也接近电源电压峰值。因此晶闸管电压一直接近电源电压峰值，不会出现为0的情况。

晶闸管带外电路开展耐压性能测试时，晶闸管电压一直接近电源电压峰值，因此晶闸管的漏电流也会较为稳定。而根据前文可知，在一个周期内二极管D1大部分时间处于关断状态，晶闸管的漏电流主要是由阻尼电容放电产生的，且阻尼电容无晶闸管和均压电阻外的其他放电回路，因此，得到了阻尼电容放电电流就可以计算得到晶闸管的漏电流。

且由于均压电阻和晶闸管阻断电阻阻值较大，阻尼电容电压在放电过程中近似于直线下降，因此利用放电过程中阻尼电容最大值、最小值及最大值最小值出现的时间差即可计算得到阻尼电容放电电流，而后减去流经均压电阻的漏电流即可得到晶闸管的漏电流。需要注意的是，由于实际测量装置的测量结果存在一定的噪音，因此所使用的数据需要先进行滤波。

因此，根据上述原理，本发明提供一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、读取晶闸管阻尼回路的阻尼电容容值C_b和均压电阻阻值R_DC；

步骤2、读取晶闸管带外电路开展耐压性能测试的晶闸管电压U(t)采样数据，优选的，U(t)的采样频率F大于10kHZ；

步骤3、对U(t)进行平滑处理，通过下面的公式(3)可得到平滑后的波形U_s(t)：

其中，Δt为采样时间间隔，Δt＝1/F；

步骤4、截取一个周期20ms的U_s(t)数据；

步骤5、计算步骤4截取的U_s(t)数据的最大值U_max、最小值U_min以及最大值最小值出现的时间差t；

当最大值出现时刻t_max早于最小值出现时刻t_min时，即t_min>t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝t_min-t_max (4)

当最大值出现时刻t_max晚于最小值出现时刻t_min时，即t_min<t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝20ms-(t_max-t_min) (5)

步骤6、利用U_max、U_min、t、C_b，通过下面的公式(1)计算出阻尼电容放电电流I_cb；

步骤7、最后，通过下面的公式(2)计算得到晶闸管漏电流I_th；

为了验证本发明方法的准确性，如图5所示，基于PSCAD/EMTDC建立晶闸管带外电路开展耐压性能测试仿真模型，其中，交流电压源幅值可在2-9kV范围内调整，阻尼电容为1.6μF，阻尼电阻为32ohm，均压电阻为500kohm，测试回路中保护电阻为0.05ohm，电流测量无感电阻0.1ohm，采样频率设为200kHz。

分别在不同交流电压幅值和晶闸管阻断电阻下，开展晶闸管带外电路耐压性能测试，本方法的验算结果如表1所示。

表1验算结果

由表1可见，本发明的晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，计算准确度高，不需要增加电流测点，计算误差在1mA以内。

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 (4)

1.一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、读取晶闸管阻尼回路的阻尼电容容值C_b和均压电阻阻值R_DC；

步骤2、读取晶闸管带外电路开展耐压性能测试的晶闸管电压U(t)采样数据；

步骤3、对U(t)进行平滑处理，得到平滑后的波形U_s(t)；

步骤4、截取一个周期20ms的U_s(t)数据；

步骤5、计算步骤4截取的U_s(t)数据的最大值U_max、最小值U_min以及最大值最小值出现的时间差t；

步骤6、利用U_max、U_min、t、C_b，通过如下的公式(1)计算阻尼电容放电电流I_cb；

步骤7、通过如下的公式(2)计算得到晶闸管漏电流I_th；

2.根据权利要求1所述的一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，其特征在于：步骤2中，所述U(t)的采样频率F大于10kHz。

3.根据权利要求2所述的一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，其特征在于：步骤3中：所述U_s(t)的计算方法如下：

其中，Δt为采样时间间隔，Δt＝1/F。

4.根据权利要求1所述的一种晶闸管带外电路开展耐压性能测试的漏电流计算方法，其特征在于：步骤5中：

当最大值出现时刻t_max早于最小值出现时刻t_min时，即t_min>t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝t_min-t_max(4)；

当最大值出现时刻t_max晚于最小值出现时刻t_min时，即t_min<t_max，所述的时间差t计算方法如下：

t＝20ms-(t_max-t_min) (5)。