CN110988645B - 晶闸管级均压测试方法、装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种晶闸管级均压测试方法、装置，通过在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，然后基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值，从而诊断晶闸管级中每级的阻抗异常变化和电压均布情况，发现晶闸管级的电压分布不均现象，降低因过压引起的晶闸管快速老化或异常损坏现象，提升其运行稳定性和可靠性。

Description

晶闸管级均压测试方法、装置

技术领域

本申请涉及晶闸管测试领域，更具体的，涉及一种晶闸管级均压测试方法、装置。

背景技术

高压直流输电较高压交流输电具有输电容量大、输电走廊宽度小、适合远距离输电等优点，是目前广泛采用的输电技术之一。直流输电的核心环节是电压的整流和逆变，而整流和逆变的关键器件是换流阀。目前，直流输电用高压换流阀一般采用多个晶闸管级串联的形式，而每个晶闸管级一般包含6～15个晶闸管和阻容元件，串联形式实现电压等级的提升，阻容元件确保每一级晶闸管的均压稳定。

在实际应用过程中，由于晶闸管生产工艺偏差、老化、阻容元件性能变化等，可能会导致晶闸管级中每级的阻抗发生变化，此时，在一定外施电压下，各级之间会出现分压不均。分压较高的级将会承受较高电压，因而具有较高的风险，存在器件击穿、闪络、老化加速等可能，随着时间增长，过压的级发生击穿并损坏，此时，晶闸管级的级数减少，剩余级所承受的电压进一步升高，继而再次面临过压和损坏风险。因此，晶闸管级的电压分布不均是目前面临的较为棘手的问题，亟需严密严控晶闸管级的均压状况，从而避免电压分布不均导致的晶闸管损坏风险提高、甚至非正常损坏的现象。

发明内容

为了解决上述问题的至少一个，本申请提供一种晶闸管级均压测试方法、装置。

本申请第一方面实施例提供一种晶闸管级均压测试方法，包括：

分别在晶闸管级联电路中每个晶闸管的两端施加一设定电压；所述晶闸管级联电路包括相互串联的多个晶闸管；

在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；

基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；

根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常。

在某些实施例中，所述基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布，包括：

将设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值输入至第一设定公式，得到每个晶闸管的均压分布值；所述第一设定公式为：

其中，U_i为每级晶闸管实际的均压分布值；U_i’为每级晶闸管上所测的电压幅值；U_N’为实际测量的总施加电压幅值；U_N为设定的施加电压总幅值；N为晶闸管级的级数。

在某些实施例中，还包括：

根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数。

在某些实施例中，所述根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数，包括：

将每个晶闸管的均压分布值、所述晶闸管级联电路的级数以及所有均压分布值的极值输入至第二设定公式，得到所述晶闸管级联电路的均压系数；所述第二设定公式为：

其中，U₁、U₂……U_i为每级晶闸管单元的均压分布值；N为晶闸管级的级数， U_max为晶闸管级中均压最多或最少的晶闸管的均压分布值。

本申请第二方面实施例提供一种晶闸管级均压测试装置，包括：

电源，可输出设定范围的电压；

调压器，与所述电源耦接，用于调节所述电源输出的电压至设定电压；

测试手柄，包括两个电接触点和对应的两根导线，所述测试手柄的电接触点通过所述导线与所述调压器耦接；

电压转换和采集模块，在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；

计算分析模块，基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；并根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常。

在某些实施例中，所述调压器为可控硅调压器。

在某些实施例中，所述测试手柄包括多段，相邻两段通过磁性互联。

在某些实施例中，所述电接触点的材料为紫铜材料。

在某些实施例中，所述电接触点为椭球型。

在某些实施例中，还包括：

显示屏，与所述计算分析模块耦接，用于显示每个晶闸管的判断结果。

本申请的有益效果如下：

本申请提供一种晶闸管级均压测试方法、装置，通过在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，然后基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值，从而诊断晶闸管级中每级的阻抗异常变化和电压均布情况，发现晶闸管级的电压分布不均现象，降低因过压引起的晶闸管快速老化或异常损坏现象，提升其运行稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例中一种晶闸管级均压测试方法流程示意图。

图2示出了本申请实施例中一种晶闸管级均压测试装置的具体结构示意图。

图3示出了本申请实施例中晶闸管级智能均压测试装置测试手柄组成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在实际应用过程中，由于晶闸管生产工艺偏差、老化、阻容元件性能变化等，可能会导致晶闸管级中每级的阻抗发生变化，此时，在一定外施电压下，各级之间会出现分压不均。分压较高的级将会承受较高电压，因而具有较高的风险，存在器件击穿、闪络、老化加速等可能，随着时间增长，过压的级发生击穿并损坏，此时，晶闸管级的级数减少，剩余级所承受的电压进一步升高，继而再次面临过压和损坏风险。因此，晶闸管级的电压分布不均是目前面临的较为棘手的问题，亟需严密严控晶闸管级的均压状况，从而避免电压分布不均导致的晶闸管损坏风险提高、甚至非正常损坏的现象。

有鉴于此，本申请第一方面实施例提供一种晶闸管级均压测试方法，如图1所示，包括：

S1：分别在晶闸管级联电路中每个晶闸管的两端施加一设定电压；所述晶闸管级联电路包括相互串联的多个晶闸管；

S2：在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；

S3：基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；

S4：根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常。

本方面提供一种晶闸管级均压测试方法，通过在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，然后基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值，从而诊断晶闸管级中每级的阻抗异常变化和电压均布情况，发现晶闸管级的电压分布不均现象，降低因过压引起的晶闸管快速老化或异常损坏现象，提升其运行稳定性和可靠性。

在一些实施例中，步骤S3具体包括：

将设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值输入至第一设定公式，得到每个晶闸管的均压分布值；所述第一设定公式为：

其中，U_i为每级晶闸管实际的均压分布值；U_i’为每级晶闸管上所测的电压幅值；U_N’为实际测量的总施加电压幅值；U_N为设定的施加电压总幅值；N为晶闸管级的级数。

具体的，采集每级电压幅值的同时，采集该时刻实际施加的总电压幅值，通过计算该时刻实际测量的总电压幅值及输出电压设定值，计算出由网压波动造成的误差，并修正得出此时测量的晶闸管级更为准确的均压分布情况：U₁、U₂……U_i。

此外，在一些实施例中，上述方法还包括：

S5：根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数。

具体的，步骤S5包括：将每个晶闸管的均压分布值、所述晶闸管级联电路的级数以及所有均压分布值的极值输入至第二设定公式，得到所述晶闸管级联电路的均压系数；所述第二设定公式为：

其中，U₁、U₂……U_i为每级晶闸管单元的均压分布值；N为晶闸管级的级数， U_max为晶闸管级中均压最多或最少的晶闸管的均压分布值。通过均压系数S，可更为直观的反应晶闸管级的电压分布情况。

从上述描述可以知晓，本方面可以方便快速地获得晶闸管级的电压分布和“均压系数”，从而帮助测试人员快速掌握晶闸管级的均压情况，以及出现分压过高甚至损坏的风险，从而提升其运行稳定性和可靠性。

结合图2，本发明第二方面实施例提供一种晶闸管级均压测试装置，包括：电源，可输出设定范围的电压；调压器，与所述电源耦接，用于调节所述电源输出的电压至设定电压；测试手柄，包括两个电接触点21和对应的两根导线(未示出)，所述测试手柄的电接触点21通过所述导线与所述调压器22耦接；电压转换和采集模块(未示出)，在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；计算分析模块(未示出)，基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；并根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常。

本申请提供一种晶闸管级均压测试装置，可以在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，然后基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值，从而诊断晶闸管级中每级的阻抗异常变化和电压均布情况，发现晶闸管级的电压分布不均现象，降低因过压引起的晶闸管快速老化或异常损坏现象，提升其运行稳定性和可靠性。

下面对本发明的晶闸管级均压测试装置进行详细说明。

本发明通过在晶闸管级(一般为6～15个晶闸管串联，且每个晶闸管两端会并联阻容元件)两端施加工频电压，然后测量每级的分压情况，从而获得均压情况，发现阻抗异常和分压异常的晶闸管，从而提升晶闸管级的可靠性和稳定性。

一种晶闸管级智能均压测试装置，所述装置包含：电源、调压器、测试手柄、电压转换和采集模块、计算分析模块、显示输出模块。

更进一步地，所述电源的输出幅值为100V～2000V工频电压，输出电流为 1mA～0.5A，电源的最大输出功率为1kW。

更进一步地，所述电源的电压调节采用可控硅调压器，通过整流+逆变的环节，实现电压幅值的“无级”式平滑调节，避免了常规的调压器体积大、重量重、不适用于现场测试的缺点。

更进一步地，如图3所示，所述测试手柄为多段尼龙对接式手柄，采用多段尼龙杆采用“磁吸”式连接方式，可以快速的调节手柄长度，从而满足不同场合的均压测试。每段长度优选为30cm，可通过调节串联个数调节测试手柄的长度。

更进一步地，所述测试手柄采用中空结构，用于布置两根测试电缆，即可满足耐压和安全防护的要求，又可满足简易、美观的要求。

更进一步地，所述测试手柄的电接触点电压紫铜材料，采用椭圆弧结构，可以保证测试手柄电接触点和被测试品的可靠接触，还能有效减小接触电压，保证均压测试的可靠性和精确度。

更进一步地，所述电压转换和采集模块中，电压转换采用电阻分压器，具有较高的响应特性和线性度，可以保证不同电压幅值下电压测量的准确性；电压采集通过高速AD转换+电位保持电路进行，可以提升数字信号采集的抗干扰性，提升测试设备的可靠性。

更进一步地，采集每级电压幅值的同时，采集该时刻实际施加的总电压幅值，通过计算该时刻实际测量的总电压幅值及输出电压设定值，计算出由网压波动造成的误差，并修正得出此时测量的晶闸管级更为准确的均压分布情况：U₁、U₂……U_i。算式如下：

其中，U_i为每级晶闸管实际的均压分布值；U_i’为每级晶闸管上所测的电压幅值；U_N’为实际测量的总施加电压幅值；U_N为设定的施加电压总幅值；N为晶闸管级的级数。

更进一步地，测试分析模块，采用传统的STM32-103N系列单片机，采用浮点运算的运算模式，具有较高的抗干扰能力，可适应现场电磁干扰较强的应用场合。

更进一步地，测试分析木块在记录每级均压分布的同时，还采用均压系数S进行晶闸管级均压情况的表征。均压系数S的表达式如下：

其中，U₁、U₂……U_i为每级晶闸管单元的均压分布值；N为晶闸管级的级数， U_max为晶闸管级中均压最多或最少的晶闸管的均压分布值。通过均压系数S，可更为直观的反应晶闸管级的电压分布情况。

更进一步地，所述的显示输出模块主要包括触摸屏显示界面，如图2所示。触摸屏显示界面可以方便地设置各类测试参数，还可方便地进行数据查看，且可以进行历史测试数据的查看和打印。

更进一步地，所述显示输出模块可以进行报告智能生成和打印，且可以通过无线或USB端口进行输出。

可以理解，本发明的有益效果如下所示：

(1)可以方便快速地获得晶闸管级的电压分布和“均压系数”，从而帮助测试人员快速掌握晶闸管级的均压情况，以及出现分压过高甚至损坏的风险，从而提升其运行稳定性和可靠性。

(2)晶闸管级智能均压测试装置体积小、重量轻，便于现场使用。可以大幅提高晶闸管级均压测试情况的试验效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求围之内。

Claims (7)

1.一种晶闸管级均压测试方法，其特征在于，包括：

分别在晶闸管级联电路中每个晶闸管的两端施加一设定电压；所述晶闸管级联电路包括相互串联的多个晶闸管；

在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；

基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；

根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常；

所述基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布，包括：

将设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值输入至第一设定公式，得到每个晶闸管的均压分布值；所述第一设定公式为：

其中，U_i为每级晶闸管实际的均压分布值；U_i’为每级晶闸管上所测的电压幅值；U_N’为实际测量的总施加电压幅值；U_N为设定的施加电压总幅值；N为晶闸管级的级数；

还包括：

根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数；

所述根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数，包括：

将每个晶闸管的均压分布值、所述晶闸管级联电路的级数以及所有均压分布值的极值输入至第二设定公式，得到所述晶闸管级联电路的均压系数；所述第二设定公式为：

其中，U₁、U₂……U_i为每级晶闸管单元的均压分布值；N为晶闸管级的级数，U_max为晶闸管级中均压最多或最少的晶闸管的均压分布值。

2.一种晶闸管级均压测试装置，其特征在于，包括：

电源，可输出设定范围的电压；

调压器，与所述电源耦接，用于调节所述电源输出的电压至设定电压；

测试手柄，包括两个电接触点和对应的两根导线，所述测试手柄的电接触点通过所述导线与所述调压器耦接；

电压转换和采集模块，在每个晶闸管的两端施加设定电压的过程中，采集每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值；

计算分析模块，基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布值；并根据每个晶闸管的均压分布值，判断每个晶闸管的分压及阻抗是否异常；

所述基于设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值，确定每个晶闸管的均压分布，包括：

将设定总电压幅值、每个晶闸管两端的实际电压幅值以及所述晶闸管级联电路的实际总电压幅值输入至第一设定公式，得到每个晶闸管的均压分布值；所述第一设定公式为：

其中，U_i为每级晶闸管实际的均压分布值；U_i’为每级晶闸管上所测的电压幅值；U_N’为实际测量的总施加电压幅值；U_N为设定的施加电压总幅值；N为晶闸管级的级数；

晶闸管级均压测试装置进一步用于：

根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数；

所述根据每个晶闸管的均压分布值确定所述晶闸管级联电路的均压系数，包括：

将每个晶闸管的均压分布值、所述晶闸管级联电路的级数以及所有均压分布值的极值输入至第二设定公式，得到所述晶闸管级联电路的均压系数；所述第二设定公式为：

其中，U₁、U₂……U_i为每级晶闸管单元的均压分布值；N为晶闸管级的级数，U_max为晶闸管级中均压最多或最少的晶闸管的均压分布值。

3.根据权利要求2所述的晶闸管级均压测试装置，其特征在于，所述调压器为可控硅调压器。

4.根据权利要求2所述的晶闸管级均压测试装置，其特征在于，所述测试手柄包括多段，相邻两段通过磁性互联。

5.根据权利要求2所述的晶闸管级均压测试装置，其特征在于，所述电接触点的材料为紫铜材料。

6.根据权利要求2所述的晶闸管级均压测试装置，其特征在于，所述电接触点为椭球型。

7.根据权利要求2所述的晶闸管级均压测试装置，其特征在于，还包括：

显示屏，与所述计算分析模块耦接，用于显示每个晶闸管的判断结果。

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