CN112180192A - 一种电力电子设备现场试验检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力电子设备现场试验检测方法，属于电力检测技术领域。本发明包括：模拟VBE机箱和调节控制系统的信号收发功能：一方面，VBE控制信号发生器模拟调节控制系统功能，向VBE发送控制信号，并接收回报监测信息，目的是检测VBE工作状态；另一方面，VBE控制信号发生器模拟VBE的功能，替换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码信号，并接收TE板的状态回报信号，实现TE板和晶闸管的状态检测。本发明使得现场运维人员通过简单的试验操作即可完成专业化的试验过程，大大提高了现场试验检修水平和试验检修效率。

Description

一种电力电子设备现场试验检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力电子设备现场试验检测方法，属于电力检测技术领域。

背景技术

电力电子学是从学术方向产生的名称，而电力电子技术则是从工程技术方向衍生的另一称谓。第一个晶闸管在美国的诞生也标志着电力电子技术的诞生。电力电子技术的发展也经历了整流器时代、逆变器时代、变频器时代三个发展过程。电力电子技术的应用领域也涉及到人类生活的方方面面，例如电力电子技术在工农业、交通、国防以及能源等领域都得到了很广泛的应用。而且，通过不断地发展，实现了集驱动、控制、电路保护和功率器件为一体的功率集成电力。目前，电力电子器件和电力电子设备和系统也向着不断精化的方向发展。

电力电子设备在云南电网已有大量应用，包括SVC装置、固定融冰装置、可控串补装置等，均已投入运行。晶闸管是电力电子设备最容易损坏的部分，晶闸管是由3个PN节及3个电极构成，其中高阻状态下N基区非常薄，一般为10～100μm，当承受电压高于额定电压时，晶闸管就被击穿。无论是单个晶闸管运行还是若干个晶闸管串联运行，晶闸管的运行状态检测环节非常重要。

阀基电子设备(VBE)是指在晶闸管光电触发与在线监测系统中，位于地电位上的所有电路的总称。它与位于高电位的TE板、连接阀基电子设备和TE板的光纤通道一起构成了整个晶闸管光电触发与在线监测系统。在整个触发与在线监测系统中，阀基电子设备(VBE)占据了非常重要的位置。它的性能及其可靠性的优劣直接影响着晶闸管阀能否可靠、安全、长期的运行。由于晶闸管阀是电力电子装置的核心部件，因而阀基电子设备(VBE)也直接影响着整个电力电子装置的可靠、安全、长期运行。

SVC、融冰装置、可控串补装置在投入使用时需要对阀基电子设备进行试验检测，但是由于试验较为专业，运维人员很难掌握，同时在实验过程中存在一定风险，容易造成阀组的损坏。在VBE、TE板及阀的各种试验中，经常需要VBE进行阀的触发及检测，而VBE需要完备的控制信号方能满足工作要求，这又要求测量、调节系统全部正常工作，在多数情况下上述条件难以具备。因此，需要开发一套阀基电子设备试验检测装置，通过集成专业的检测流程，实现阀基电子设备的现场全自动试验检测。

近些年随着电力电子技术的在云南电网的大规模应用，变电站出现了固定融冰装置、SVC装置、可控串补等大型电力电子设备。但是电力电子设备现场试验通常难度较大，需要有专业化的设备，由专业人员进行试验，否则极易造成电力电子设备的损坏。在电力电子设备投入运行、日常维护、备件健康状态检查、融冰等情况下，就需要供货厂家提供检测试验服务。电力电子设备现场试验服务根据试验项目和被实验设备的情况，通常需要2-5个专业工程师，2-3天完成，试验服务取费通常为10至30万。对于日常维护检修是一个不小的负担，不但增加试验检测成本，而且在出现冰灾的情况下，很难做出快速的响应。

综上，晶闸管、阀基电子设备和TE板是电力电子装置的核心部件，关系到电力电子装置的可靠、安全、长期运行，对于晶闸管、阀基电子设备的维护、维修和测试至关重要。本发明研究一种便携式的阀基电子设备试验检测装置，检测设备可以实现现场对晶闸管阀组、VBE、TE板及阀备品备件进行快速的专业化检测，保障融冰装置的安全可靠运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种电力电子设备现场试验检测方法，能模拟VBE机箱和调节控制系统的信号收发功能，使得现场运维人员通过简单的试验操作即可完成专业化的试验过程，大大提高了现场试验检修水平和试验检修效率。

第一方面，本发明提供一种电力电子设备现场试验检测方法，包括：

模拟VBE机箱和调节控制系统的信号收发功能：

一方面，VBE控制信号发生器模拟调节控制系统功能，向VBE发送控制信号，并接收回报监测信息，目的是检测VBE工作状态；

另一方面，VBE控制信号发生器模拟VBE的功能，替换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码信号，并接收TE板的状态回报信号，实现TE板和晶闸管的状态检测。

作为本发明的进一步方案，一种电力电子设备现场试验检测方法还包括：

进行VBE测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，使得VBE在一次设备不带电的情况下，通过模拟信号的输入正常运行，模拟测试VBE各种运行工况下的响应；

进行TE板测试：

模拟VBE运行时输出至TE板的各种信号，并提供TE板工作所需要的电源，控制阀体晶闸管工作，并对TE板回报进行显示；

进行联合测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，并提供TE板工作所需要的电源；模拟控保装置给VBE下发的控制命令；通过VBE的模拟信号间接控制TE板工作。

作为本发明的进一步方案，所述模拟测试VBE各种运行工况下的响应中模拟的信号包括：控保装置给VBE下发的控制命令，如闭锁、触发角、同步信号；TE板给VBE上传的阀状态信息，如电压回报、BOD动作信息。

第二方面，本发明提供一种应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，包括触发系统和监测系统；

触发系统包括第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路；第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路依次连接，

监测系统包括第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路；第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路依次连接。

作为本发明的进一步方案，所述第一信号输入输出通道用于实现输入输出信号的隔离、变换，提高触发系统的抗干扰性能；

所述脉冲编码生成电路用于综合处理各类输入信号，生成TE板工作所需的脉冲编码信息；

所述光电驱动接口电路由驱动回路和电光转换回路构成；用于把脉冲编码生成电路产生的电脉冲编码信息经过驱动电路驱动后变为相应的光脉冲编码信息；

作为本发明的进一步方案，所述监测系统用于接收TE板送来的回报信号，生成装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路BOD的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息，并将这些信息送往装置的监控系统。

作为本发明的进一步方案，所述第二信号输入输出通道用于对进入监测系统和监测系统输出的信号进行隔离、转换和调理，满足回报检测单元对输入信号的要求，且还用于提高监测系统的抗干扰性能；

所述信号采集回路由可编程逻辑器件构成，用采集TE板的回报信号；

所述信号分析处理回路用于读取信号采集回路采集到的TE板回报信号，经过信号分析处理后，生成包含如下信息的状态信号，装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息；并把生成的状态信号经通讯回路传送至装置的监控系统。

作为本发明的进一步方案，所述第二信号输入输出通道包括光电接收电路、光耦隔离电路和信号调理电路；

所述光电接收电路由光电转换器件构成，实现从光信号到电信号的转换；接收来自TE板的光脉冲信号，经过光电接收电路处理后，生成监测系统能够识别的电脉冲信号；

所述光耦隔离电路由光耦器件构成，实现输入输出信号的隔离；它接收来自装置监控系统的同步信号、闭锁信号和合闸信号，以及来自触发系统的晶闸管工作阶段指示信号，经过光耦隔离电路隔离后，进入监测系统，监测系统的输出信号也经过了光耦隔离电路的处理；

信号调理电路由施密特反向器和阻容回路构成，实现对输入信号的滤波和整形。

本发明的有益效果是：

1、本发明研究成果为南方电网SVC、融冰装置、可控串补装置的晶闸管阀组、阀基电子设备、触发板的现场试验提供了一种专业化的试验检测手段，将专业化的试验设备、试验过程集成到一台移动式的试验检测设备当中。运维人员通过简单的试验操作即可完成专业化的试验过程，大大提高了现场试验检修水平和试验检修效率。本研究成果对于电力电子设备的大规模应用、现场试验技术的进步、电网公司试验检修能力的提升有着重要的作用；

2、本发明便携式的融冰装置阀基电子设备试验检测装置，现场运维人员经过简单的培训就可以对晶闸管阀组、VBE、TE板和阀备品备件进行快速的专业化试验检测，解决了对于供货厂商现场试验方面的依赖，提升了现场响应速度、降低后续运维成本。有利于提高云南检修部门的能力，提升已投运电力电子设备的维护工作效率和稳定运行。在南方电网范围内应用发明成果所带来的经济和社会效益将是长期。

附图说明

图1是本发明VBE、TE板及调节控制系统连接关系图；

图2是本发明VBE中的触发系统输入、输出信号图；

图3是本发明VBE中的触发系统结构框图；

图4是本发明触发系统中的脉冲编码生成电路时序图；

图5是本发明触发系统中的光电驱动接口电路的原理框图；

图6是本发明VBE中的监测系统(回报检测单元)主要的输入输出信号示意图；

图7是本发明VBE中的监测系统(回报检测单元)构成框图；

图8是本发明VBE中的监测系统中的信号采集回路结构图；

图9是本发明VBE中的监测系统中的信号分析处理回路中数据存储器(RAM)分区示意图；

图10是本发明VBE中的监测系统中的信号分析处理回路中单片机程序流程图；

图11是本发明只使用阀基电子设备试验检测装置进行低压试验时单独模式下的连接示意图；

图12是本发明采用阀基电子设备试验检测装置+VBE机箱进行低压试验时复合模式下的连接示意图；

图13是本发明的阀基电子设备检测装置电气原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-13所示，第一方面，本发明提供一种电力电子设备现场试验检测方法，包括：

模拟VBE机箱和调节控制系统的信号收发功能：

一方面，VBE控制信号发生器模拟调节控制系统功能，向VBE发送控制信号，并接收回报监测信息，目的是检测VBE工作状态；

另一方面，VBE控制信号发生器模拟VBE的功能，替换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码信号，并接收TE板的状态回报信号，实现TE板和晶闸管的状态检测。

作为本发明的进一步方案，一种电力电子设备现场试验检测方法还包括：

进行VBE测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，使得VBE在一次设备不带电的情况下，通过模拟信号的输入正常运行，模拟测试VBE各种运行工况下的响应；

进行TE板测试：

模拟VBE运行时输出至TE板的各种信号，并提供TE板工作所需要的电源，控制阀体晶闸管工作，并对TE板回报进行显示；

进行联合测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，并提供TE板工作所需要的电源；模拟控保装置给VBE下发的控制命令；通过VBE的模拟信号间接控制TE板工作。

作为本发明的进一步方案，所述模拟测试VBE各种运行工况下的响应中模拟的信号包括：控保装置给VBE下发的控制命令，如闭锁、触发角、同步信号；TE板给VBE上传的阀状态信息，如电压回报、BOD动作信息。

第二方面，本发明提供一种应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，包括触发系统和监测系统；

触发系统包括第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路；第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路依次连接，

监测系统包括第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路；第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路依次连接。

作为本发明的进一步方案，所述第一信号输入输出通道用于实现输入输出信号的隔离、变换，提高触发系统的抗干扰性能；

所述脉冲编码生成电路用于综合处理各类输入信号，生成TE板工作所需的脉冲编码信息；

所述光电驱动接口电路由驱动回路和电光转换回路构成；用于把脉冲编码生成电路产生的电脉冲编码信息经过驱动电路驱动后变为相应的光脉冲编码信息；

作为本发明的进一步方案，所述监测系统用于接收TE板送来的回报信号，生成装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路BOD的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息，并将这些信息送往装置的监控系统。

作为本发明的进一步方案，所述第二信号输入输出通道用于对进入监测系统和监测系统输出的信号进行隔离、转换和调理，满足回报检测单元对输入信号的要求，且还用于提高监测系统的抗干扰性能；

所述信号采集回路由可编程逻辑器件构成，用采集TE板的回报信号；

所述信号分析处理回路用于读取信号采集回路采集到的TE板回报信号，经过信号分析处理后，生成包含如下信息的状态信号，装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息；并把生成的状态信号经通讯回路传送至装置的监控系统。

作为本发明的进一步方案，所述第二信号输入输出通道包括光电接收电路、光耦隔离电路和信号调理电路；

所述光电接收电路由光电转换器件构成，实现从光信号到电信号的转换；接收来自TE板的光脉冲信号，经过光电接收电路处理后，生成监测系统能够识别的电脉冲信号；

所述光耦隔离电路由光耦器件构成，实现输入输出信号的隔离；它接收来自装置监控系统的同步信号、闭锁信号和合闸信号，以及来自触发系统的晶闸管工作阶段指示信号，经过光耦隔离电路隔离后，进入监测系统，监测系统的输出信号也经过了光耦隔离电路的处理；

信号调理电路由施密特反向器和阻容回路构成，实现对输入信号的滤波和整形。

如图1所示，①VBE与TE板间的连接关系：由VBE发送到TE板的信号为脉冲编码信息；从TE板回报到VBE的信号为晶闸管的状态监测信号。

②VBE与调节控制系统间的连接关系：由VBE发送到调节控制系统的信号为晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)动作信息、光发射回路的状态信息、紧急合闸信号和VBE故障信号等；调节控制系统送往VBE的信号为主回路晶闸管的触发命令、电压同步信号、闭锁信号和主回路合闸信号。

对VBE、TE板和晶闸管进行现场试验核心是模拟VBE和调节控制器的信号发送和接收功能。本文提出一种“VBE控制信号发生器”具备VBE的功能和部分调节控制器的功能：一方面，VBE控制信号发生器模拟调节控制系统功能，向VBE发送控制信号，并接收回报监测信息，目的是检测VBE工作状态。另一方面，VBE控制信号发生器模拟VBE的功能，试验中替换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码信号，并接收TE板的状态回报信号，实现TE板和晶闸管的状态检测。

阀基电子设备试验检测装置(Vavle Base Electric Test Unit,以下简称阀基电子设备检测装置)用于融冰设备阀基电子及晶闸管阀体的现场测试。其主要功能如下：

1)VBE测试

模拟VBE运行所需的外部输入信号，使得VBE在一次设备不带电的情况下，通过模拟信号的输入正常运行，能够模拟测试VBE各种运行工况下的响应。模拟的信号主要包括：控保装置给VBE下发的控制命令，如闭锁、触发角、同步信号等；TE板给VBE上传的阀状态信息，如电压回报、BOD动作信息等；

2)TE板测试

模拟VBE运行时输出至TE板的各种信号，并提供TE板工作所需要的电源。阀基电子设备检测装置可以独立工作控制阀体晶闸管工作，并对TE板回报进行显示；

3)联合测试模式

模拟VBE运行所需的外部输入信号，并提供TE板工作所需要的电源。阀基电子设备检测装置模拟控保装置给VBE下发的控制命令，如闭锁、触发角、同步信号等；阀基电子设备检测装置通过到VBE的模拟信号间接控制TE板工作；

阀基电子设备检测装置通过彩色触摸液晶显示器实现人机交互功能。可同时对2级晶闸管进行测试；阀基电子设备检测装置的供电回路具备完善的安全保护措施

阀基电子设备检测装置主要的电气原理如图13。

一、阀基电子设备(VBE)由触发系统和监测系统(TM)两部分构成。其主要功能为：

(1)晶闸管触发功能

从电力电子装置(如晶闸管控制电抗器(TCR)装置)的控制系统中接收晶闸管阀的触发、同步命令，并把它们转换为TE板工作所需要的五脉冲编码信号，由光电接口驱动电路驱动、转换后经光纤通道送往TE板；

(2)晶闸管监测功能

接收装置监控系统送来的监测同步信号和TE板送来的状态回报信号，经过监测系统分析、处理后，向电力电子装置的监控系统发送晶闸管阀的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息和光发射回路的状态信息等。

阀基电子设备(VBE)的运行方式可分为三种，触发方式、闭锁方式和停止方式。其运行方式随着装置监控系统的要求而改变。下面，分别介绍这三种运行方式。

(1)闭锁方式

当装置晶闸管阀主回路带电，控制系统处于闭锁状态，即控制系统不发晶闸管触发命令时，阀基电子设备运行在闭锁方式。此时，阀基电子设备发送到TE板的脉冲编码仅为单脉冲序列，TE板根据单脉冲序列产生相应的状态回报信息，监测系统(TM)根据是否有回报信号来判断晶闸管阀的状态、光发射回路的状态等；

(2)触发方式

当装置晶闸管阀主回路带电，控制系统处于正常调节状态，即控制系统的调节单元计算并发出晶闸管的触发角命令时，阀基电子设备运行在触发方式。此时，阀基电子设备接收从控制系统来的触发命令和同步信号，经过相关电路处理后，生成五脉冲编码信息，由光纤通道送往TE板，在TE板上，五脉冲编码信息经过解码后，控制TE板产生相应的回报信号。监测系统(TM)根据接收到的回报信号来判断晶闸管阀的状态、紧急触发回路(BOD)是否动作和光发射回路的状态等；

(3)停止方式

当装置晶闸管阀主回路未带电时，无论装置的监控系统处于何种状态(闭锁状态或正常调节状态)，阀基电子设备都运行在停止方式。此时，阀基电子设备并非停止工作，它只是不再处理装置监控系统送来的触发命令和同步信息，不再向TE板发送任何编码信息，同时，也不再处理从TE板返回的任何回报信号。此时，阀基电子设备处于等待状态，不断的检测从装置监控系统送来的主回路带电与否信号，一旦该信号有效，阀基电子设备将根据装置监控系统的运行状态，立即转入触发方式或闭锁方式。

图1给出了阀基电子设备(VBE)与TE板、装置监控系统间的连接示意图。其中，TE板与阀基电子设备间的连接采用光纤方式，而装置的监控系统与阀基电子设备间的连接采用屏蔽电缆方式。需要说明的是，连接TE板和阀基电子设备的光纤通道有两种方式，

(1)从阀基电子设备到TE板的光纤通道采用互为热备用的冗余方式，即每一个TE板同时对应着阀基电子设备上的两路互为热备用的光发射电路；

(2)从TE板到阀基电子设备的光纤通道采用一对一的非冗余方式，即每一个TE板仅用一路光纤通道向阀基电子设备传送状态回报信号。下面，说明一下它们之间的信号传递关系。

阀基电子设备(VBE)与TE板间的信号传递关系：由阀基电子设备经光纤通道送往TE板的信号为五脉冲编码信息；而从TE板返回到阀基电子设备上的信号为各种状态监测信号。

阀基电子设备(VBE)与装置监控系统间的信号传递关系：由阀基电子设备送往装置监控系统的信号为主回路晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、光电驱动板上光发射回路的状态信息、紧急跳闸信号和阀基电子设备故障信号等；而装置控制系统送往阀基电子设备的信号为主回路晶闸管的触发命令、电压同步信号、闭锁信号和主回路合闸信号。

二、触发系统的构成与实现

第一、触发系统原理：

首先说明一下触发系统的输入、输出信号，图2给出了触发系统的输入、输出信号示意图。各信号的含义如下：

a.触发命令：来自装置监控系统的脉冲信号，脉冲信号的前沿代表装置监控系统要求的晶闸管阀触发时刻。

b.同步信号：来自装置监控系统的方波信号，它包括两个信号，一个是与系统电压同步的方波信号，另一个是与向后移相90°的系统电压同步的方波信号。

c.合闸信号：来自装置监控系统的电平信号，代表装置主回路是否合闸。这里，用高电平代表装置已处于合闸状态，低电平代表装置未合闸。

d.闭锁信号：来自装置监控系统的电平信号，代表装置监控系统是否允许触发晶闸管。这里，用高电平代表装置监控系统允许触发晶闸管，低电平代表装置监控系统不允许触发晶闸管。

e.晶闸管负压建立信号：来自晶闸管监测系统(TM)的脉冲信号，代表主回路的晶闸管阀已可靠关断。

f.晶闸管工作阶段指示信号：送往晶闸管监测系统(TM)的电平信号，它由两个信号构成，其不同电平的组合代表晶闸管处于不同的工作阶段。

g.脉冲编码信号：送往TE板的编码信号，用于控制TE板的工作时序。

h.丢触发脉冲信号：送往装置监控系统的电平信号，代表来自装置监控系统的触发命令出现丢失。其高电平有效。

触发系统是阀基电子设备(VBE)的组成部分之一。它的主要功能为：

(1)接收来自装置监控系统的主回路晶闸管触发命令、电压同步信号和其它的控制命令，并经过触发系统综合处理后，生成TE板工作所需的脉冲编码信号；

(2)把脉冲编码信号转换为光信号后，由光纤通道送往TE板；

由于触发系统直接与装置的主回路相连接，故其故障将直接影响装置的主回路。因此，为了提高装置的运行可靠性，对晶闸管的触发系统提出了严格的要求：

(3)触发系统必须工作可靠、稳定；

(4)保证触发系统不会误发脉冲编码信息；

(5)触发系统必须保证脉冲编码信息的完整性，即送往TE板的脉冲编码信息必须是按照设计要求生成的编码信息，在脉冲编码信息中，不能丢失脉冲或增加脉冲。

根据阀基电子设备(VBE)的不同工作方式，触发系统也工作在不同的方式，即触发方式、闭锁方式和停止方式。三种方式工作模式如下：

(6)触发方式：当阀基电子设备(VBE)工作于触发方式时，触发系统也进入触发方式。在触发方式下，触发系统接收装置监控系统的触发命令、同步信号和TE板的回报信号，这些信号经过触发系统处理后，生成脉冲编码信息；

(7)闭锁方式：触发系统在阀基电子设备处于闭锁方式时，也进入闭锁方式。此时，触发系统不再接收装置监控系统送来的触发命令，仅在同步信号的作用下，发出单脉冲编码信息；

(8)停止方式：在阀基电子设备处于停止方式时，触发系统也进入停止方式。此时，触发系统不再处理任何信号，处于等待状态。

第二、触发系统的构成与实现

为实现触发系统的设计功能，触发系统一般由脉冲编码生成电路、信号输入输出通道、光电转换驱动接口电路构成。

图3为触发系统的结构框图。下面，介绍各部分的组成和工作原理。

脉冲编码生成电路的功能为在综合处理各类输入信号的基础上，生成TE板工作所需的脉冲编码信息。它主要由可编程逻辑器件、时钟电路和输出闭锁电路构成。可编程逻辑器件是脉冲编码生成电路的核心。这里用了三片VANTIS公司的复杂可编程逻辑器件(CPLD)MACH211，其中，每个器件对应于一相反并联的晶闸管阀。图4给出了脉冲编码信号生成电路简化的工作时序图。由图4可以看出，脉冲编码生成电路可以按照要求生成设计的脉冲编码信息。脉冲编码生成电路在完成脉冲编码生成工作的同时，还具有触发脉冲丢失检测功能和晶闸管工作阶段指示功能(图4)。下面对这两个功能加以说明：

触发脉冲丢失检测功能：

脉冲编码生成电路时刻监测同一相中反并联晶闸管阀的正、反向触发命令，当检测到某一方向的晶闸管阀触发命令发生连续丢失时，自动将触发系统转入闭锁方式下运行一段时间后，再恢复为触发方式下运行。同时，脉冲编码生成电路会自动产生触发命令丢失信号。

晶闸管工作阶段指示功能：

脉冲编码生成电路能够根据脉冲编码信号生成指示晶闸管工作阶段的指示信号，供晶闸管监测系统(TM)使用。这个功能没有依靠可编程器件(MACH211)实现，而是由其它逻辑电路实现。

时钟电路由晶体振荡器和分频电路组成。主要功能为向可编程逻辑器件MACH211提供可靠的时钟信号。分频电路用来将晶体振荡器产生的高频脉冲信号变为频率较低的方波信号，以便向可编程逻辑器件MACH211提供适当的时钟信号。

输出闭锁电路由电源监测回路和三态门构成。其主要功能为防止触发系统的直流电源故障时，触发系统向后级电路发出脉冲信号。电路的工作原理为电源监测回路监视直流电源输出电压的状态，当检测到直流电源的输出电压小于设计的门槛值时，输出一闭锁信号至三态门，使三态门进入高阻状态，从而实现输出闭锁功能。

(1)信号输入输出通道

信号输入输出通道的主要功能为实现输入输出信号的隔离、变换，提高触发系统的抗干扰性能。这里，选用光耦器件(TLP521－2)实现信号的隔离。为了进一步提高触发系统的可靠性，防止由于信号线断线引起的触发系统工作不正常，来自装置监控系统的信号输入采用了两路完全独立的通道，正常情况下，两个通道同时工作，当其中一路通道故障时，另一路仍能正常工作，因而触发系统的工作不会受到影响。

(2)光电驱动接口电路

光电驱动接口电路主要由驱动回路和电光转换回路构成。其主要功能为把脉冲编码生成电路产生的电脉冲编码信息经过驱动电路驱动后变为相应的光脉冲编码信息。图5给出了光电驱动接口电路的原理框图。

第三、回报检测单元的构成与实现

(1)回报检测单元原理

回报检测单元(TM)是阀基电子设备的组成部分之一。它的主要功能是接收TE板送来的回报信号，经过回报检测单元处理后，生成装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息，并将这些信息送往装置的监控系统。

随着触发系统运行方式的变化，回报检测单元的运行方式也相应改变。和触发系统相同，回报检测单元也有三种运行方式，触发方式、闭锁方式和停止方式。下面分别加以介绍。

触发方式：当触发系统处于触发方式时，回报检测单元也进入触发方式。此时，回报检测单元处理TE板的回报信号后，生成装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息；

闭锁方式：当触发系统运行在闭锁方式时，回报检测单元也进入闭锁方式。此时，回报检测单元处理TE板的回报信号后，生成装置主回路中晶闸管的状态信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息；

停止方式：当触发系统运行在停止方式时，回报检测单元也进入停止方式。此时，回报检测单元不再处理TE板的回报信号，整个回报检测单元处于等待状态。

图6给出了回报检测单元主要的输入输出信号示意图。下面，简要说明一下各信号的含义。

回报信号：该信号来自TE板。回报检测单元通过处理、分析该信号，得出相应的装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息。

晶闸管工作阶段指示信号：该信号来自触发系统给出，主要用于回报检测单元与TE板回报信号间的同步。

状态信号：该信号由回报检测单元产生，送往装置的监控系统。主要包括如下信息：装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息。

紧急故障信号：该信号由回报检测单元产生，送往装置的监控系统。其信号含义为：当回报检测单元检测出装置出现严重故障时，回报检测单元将该信号置位。主要用于指示装置出现严重故障，以便于装置的监控系统及时作出处理。

同步信号：来自装置的监控系统。该信号为与系统电压同步的方波信号。主要用于回报检测单元(TM)中有关逻辑器件的复位。

光发射回路检测信号：该信号是来自触发系统的信号。主要用作回报检测单元中有关可编程逻辑器件的输入信号，它与晶闸管工作阶段指示信号一起完成TE板回报信号的分离、锁存。

(1)回报检测单元(TM)的构成与实现

回报检测单元(TM)主要由信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路构成。图7为回报检测单元(TM)构成框图。下面，分别介绍各部分的功能和构成。

a.信号输入输出通道

信号输入输出通道的主要功能是对进入回报检测单元(TM)和回报检测单元(TM)输出的信号进行隔离、转换和调理，这一方面是为了满足回报检测单元对输入信号的要求，另一方面也是为了提高回报检测单元的抗干扰性能。为实现输入输出通道的设计功能，信号输入输出通道主要由三部分电路构成，光电接收电路、光耦隔离电路和信号调理电路。下面，分别对其原理进行说明：

光电接收电路主要由光电转换器件构成，实现从光信号到电信号的转换。它接收来自TE板的光脉冲信号，经过光电接收电路处理后，生成回报检测单元(TM)能够识别的电脉冲信号。

光耦隔离电路主要由光耦器件构成，实现输入输出信号的隔离。它主要接收来自装置监控系统的同步信号、闭锁信号和合闸信号，以及来自触发系统的晶闸管工作阶段指示信号，经过光耦隔离电路隔离后，进入回报检测单元(TM)。回报检测单元的输出信号(严重故障信号和经过分析后得到的各类状态信号)也经过了光耦隔离电路的处理。

信号调理电路主要由施密特反向器和阻容回路构成，实现对输入信号的滤波和整形。

b.信号采集回路

如图8所示，是本发明VBE中的监测系统中的信号采集回路结构图，信号采集回路主要由可编程逻辑器件构成。其主要功能为采集TE板的回报信号。图8给出了信号采集回路的结构框图。

下面，说明其工作原理。如图8所示，可编程逻辑器件1和可编程逻辑器件2构成一个触发器阵列，它可以根据晶闸管工作阶段指示信号的不同状态，把TE板的回报信号锁存到不同的触发器。由于我们采用了五脉冲编码制的TE板，在一个周期(20ms)中，TE板会有5个不同的状态回报信号(见第四章第一节)，因而，对应于每一路来自TE板的回报信号，在可编程逻辑器件中都有5个不同的触发器与之相对应，用于锁存不同的回报信号。可编程逻辑器件3和可编程逻辑器件4构成一个多路选择器，通过来自信号分析处理回路的多路选择信号，可以把可编程逻辑器件1、2中锁存的回报信号有选择的呈现在可编程逻辑器件3、4的输出端。器件BUFFER1、BUFFER2、BUFFER3和BUFFER4用作数据缓冲器，其主要功能是为了实现与信号分析处理回路的连接，以便于信号分析处理回路中的单片机系统读取可编程逻辑器件3，4中的数据。

c.信号分析处理回路

信号分析处理回路的主要功能为读取信号采集回路采集到的TE板回报信号，经过信号分析处理后，生成包含如下信息的状态信号，装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息。并把生成的状态信号经通讯回路传送至装置的监控系统，完成设计的监测功能。

信号分析处理回路是一个典型的单片机系统，主要由87C196KC单片机、程序存储器ROM、数据存储器RAM、数据缓冲器和可编程逻辑阵列GAL组成。对于单片机系统的硬件构成，由于采用的是典型的单片机系统结构，这里不再赘述。下面，简要说明一下数据在数据存储器RAM中的存储形式和单片机的程序流程图。

1)数据在RAM中的存储

为了便于信号数据的存储和分析处理，在数据存储器中开辟了两块存储区：一块用于存储瞬时数据，即瞬时数据区；一块用于存储永久数据。即永久数据区。其中，在每一块存储区中，又把其分成五个部分，分别为，紧急触发回路(BOD)动作信号存储区、负压建立信号存储区、dv/dt动作信号存储区、晶闸管状态信号存储区和光发射回路状态信号存储区。图9给出了数据存储器(RAM)的分区示意图。在这里，瞬时数据是指单片机从信号采集回路中读到的信号，而永久数据是指经过单片机处理后的数据。

2)单片机的程序流程图

图10为简化的单片机程序流程图，整个程序由汇编语言编写。从图10可以清楚的看出，单片机主程序主要完成四项功能，读取信号采集回路中的信息、处理读取到的数据信息、向触发系统发送晶闸管负压建立信号、完成与装置监控系统间数据通讯。下面仅对图10中故障处理程序框作一说明，其它部分不再赘述。

如图10所示，故障处理程序与晶闸管负压检测阶段紧密相关。在正常状况下，晶闸管的负压信号总会在规定的时间内返回到数据采集回路，因而单片机系统也总能在一定的时间内读到晶闸管的负压信号，程序不会进入故障处理程序。只有当装置主回路的晶闸管或TE板出现故障时(在这里，没有考虑光通道和信号采集回路的故障)，晶闸管的负压信号不会返回，程序将进入故障处理子程序。根据装置主回路晶闸管的冗余度和保护策略的不同，故障处理程序的处理方法也会有所不同。在这里，我们采用了如下的处理方法，首先判断未返回的信号个数(指晶闸管负压建立信号)是否超过设定的门槛值，若超过了设定的门槛值，则向装置的监控系统发出紧急故障信号，然后再向触发系统发送晶闸管负压建立信号；若没有超过设定的门槛值，在相应的永久数据存储区(见图9)中置标志后，向触发系统发出晶闸管负压建立信号。这里之所以要向触发系统发出晶闸管负压建立信号，主要是为了保证触发系统发出的五脉冲编码信号的完整性。

d.通讯回路

通讯回路主要的功能是完成晶闸管回报检测单元(TM)与装置监控系统间的数据通讯，把晶闸管的状态信息、紧急触发回路(BOD)的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上光发射回路的状态信息送到装置监控系统。在这里，通讯主要由RS－485串口实现。

第四、现场试验技术

阀基电子设备试验检测装置机箱为标准2U机箱，其功能主要分为两部分：单层阀的低压试验和模拟facts装置的控制器；

如TCSC、SVC、CSR、FCL的控制器，与VBE单元组成阀体的二次试验设备，完成相应阀体试验下的晶闸管触发与检测。

(1)试验连接图及操作步骤

1)低压试验

低压试验主要是验证阀体在低压下的触发和检测功能是否正常。此试验主要体现在两方面的应用：

阀体在做高压试验前的必须要进行的试验项目，只有此试验项目通过之后，方可进行后续的高压试验；

工程现场阀体的检修。

低压试验主要有两种试验方式：

a.只使用阀基电子设备试验检测装置(单独模式),如图11所示。

采用此种方式，同时只能给一对反并联的晶闸管做低压试验。此时阀基电子设备试验检测装置功能是模拟facts装置的控制系统的VBE机箱，发送的脉冲信号与正常工作时VBE机箱发送的信号是相同的。

阀基电子设备试验检测装置可以同时接收被试验的一对晶闸管的TE板回报信号，通过此回报信号作为TE板及对应的晶闸管是否正常的判据。此回报信号的正常与否需要通过示波器进行观察。

b、采用阀基电子设备试验检测装置+VBE机箱(复合模式)，如图12所示。

此种方式一般是在阀体高压试验之前，对阀体先逐层进行低压试验验证TE板的好坏。此时阀基电子设备试验检测装置的功能是模拟控制系统的控制器输出信号。主要有同步信号、触发时刻信号等。而晶闸管的触发信号是由VBE机箱发送给TE板的，TE板的回报信号接到VBE机箱上，由VBE机箱通过can网发送给工作站显示出来。

2)高压试验

高压试验时，阀体的晶闸管串是同时工作的，因此采用的方式是阀基电子设备试验检测装置+VBE机箱的模式。目前的VBE机箱最多可同时触发和检测48串晶闸管阀。

(2)使用说明

触发角度设置：

触发角度的设置是通过阀基电子设备试验检测装置的前面板上的角度设置按钮来实现的，可精确到1度；

两种模式的选择：

阀基电子设备试验检测装置是工作在单独模式还是复合模式，是通过改变VBE后面板的光纤连接方式来改变的；

触发方式的改变。晶闸管工作在TCR模式，闭锁模式，还是全导通模式，是通过阀基电子设备试验检测装置前面板的按钮开关来控制。

可以在阀基电子设备试验检测装置内部集成can网，并开发相应的工作站软件，进行此种改进之后，即使阀基电子设备试验检测装置是工作在单独模式，也可以通过工作站实时显示被试验阀层的状态。

本发明能将晶闸管触发、回检、角度控制等复杂的控制过程集约化，形成专业的试验设备，现场运维人员可以方便的使用检测装置对晶闸管阀组、VBE、TE板和阀备品备件进行快速的专业化试验检测，保障电力电子设备、融冰装置的安全可靠运行。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种电力电子设备现场试验检测方法，其特征在于，包括：

模拟VBE机箱和调节控制系统的信号收发功能：

一方面，VBE控制信号发生器模拟调节控制系统功能，向VBE发送控制信号，并接收回报监测信息，目的是检测VBE工作状态；

另一方面，VBE控制信号发生器模拟VBE的功能，替换VBE的位置，通过光纤连接TE板，发送脉冲编码信号，并接收TE板的状态回报信号，实现TE板和晶闸管的状态检测。

2.根据权利要求1所述的电力电子设备现场试验检测方法，其特征在于，还包括：

进行VBE测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，使得VBE在一次设备不带电的情况下，通过模拟信号的输入正常运行，模拟测试VBE各种运行工况下的响应；

进行TE板测试：

模拟VBE运行时输出至TE板的各种信号，并提供TE板工作所需要的电源，控制阀体晶闸管工作，并对TE板回报进行显示；

进行联合测试：

模拟VBE运行所需的外部输入信号，并提供TE板工作所需要的电源；模拟控保装置给VBE下发的控制命令；通过VBE的模拟信号间接控制TE板工作。

3.根据权利要求2所述的电力电子设备现场试验检测方法，其特征在于：所述模拟测试VBE各种运行工况下的响应中模拟的信号包括：控保装置给VBE下发的控制命令，如闭锁、触发角、同步信号；TE板给VBE上传的阀状态信息，如电压回报、BOD动作信息。

4.一种应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，其特征在于，包括触发系统和监测系统；

触发系统包括第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路；第一信号输入输出通道、脉冲编码生成电路、光电驱动接口电路依次连接，

监测系统包括第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路；第二信号输入输出通道、信号采集回路、信号分析处理回路和通讯回路依次连接。

5.根据权利要求4所述的应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，其特征在于：

所述第一信号输入输出通道用于实现输入输出信号的隔离、变换，提高触发系统的抗干扰性能；

所述脉冲编码生成电路用于综合处理各类输入信号，生成TE板工作所需的脉冲编码信息；

所述光电驱动接口电路由驱动回路和电光转换回路构成；用于把脉冲编码生成电路产生的电脉冲编码信息经过驱动电路驱动后变为相应的光脉冲编码信息。

6.根据权利要求4所述的应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，其特征在于：

所述监测系统用于接收TE板送来的回报信号，生成装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路BOD的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息，并将这些信息送往装置的监控系统。

7.根据权利要求4所述的应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，其特征在于：

所述第二信号输入输出通道用于对进入监测系统和监测系统输出的信号进行隔离、转换和调理，满足回报检测单元对输入信号的要求，且还用于提高监测系统的抗干扰性能；

所述信号采集回路由可编程逻辑器件构成，用采集TE板的回报信号；

所述信号分析处理回路用于读取信号采集回路采集到的TE板回报信号，经过信号分析处理后，生成包含如下信息的状态信号，装置主回路中晶闸管的状态信息、紧急触发回路（BOD）的动作信息、dv/dt的动作信息和阀基电子设备上的光发射回路的状态信息；并把生成的状态信号经通讯回路传送至装置的监控系统。

8.根据权利要求7所述的应用于电力电子设备现场试验检测方法中的VBE，其特征在于：所述第二信号输入输出通道包括光电接收电路、光耦隔离电路和信号调理电路；

所述光电接收电路由光电转换器件构成，实现从光信号到电信号的转换；接收来自TE板的光脉冲信号，经过光电接收电路处理后，生成监测系统能够识别的电脉冲信号；

所述光耦隔离电路由光耦器件构成，实现输入输出信号的隔离；它接收来自装置监控系统的同步信号、闭锁信号和合闸信号，以及来自触发系统的晶闸管工作阶段指示信号，经过光耦隔离电路隔离后，进入监测系统，监测系统的输出信号也经过了光耦隔离电路的处理；

信号调理电路由施密特反向器和阻容回路构成，实现对输入信号的滤波和整形。

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