CN112904191A - 基于交流开关阀的高频振荡试验回路及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路及试验方法，其中该方法包括：充电电路，一端接地，另一端分别与电容器组和电感连接，用于向高频振荡电路充能；高频振荡电路，一端与充电电路连接，另一端与交流开关阀连接的同时接地，当高频振荡电路的电压达到预设电压时，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断；测量设备，并联在交流开关阀两端，用于测量目标参数，所述目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。本发明可以实现对交流开关阀进行电气性能验证，提升交流开关阀的运行稳定性和可靠性。

Description

基于交流开关阀的高频振荡试验回路及试验方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路及试验方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

由反并联晶闸管结构组成的交流开关阀是大容量电力电子开关的核心装置，其具有开通关断高频率、大电压及大电流峰值的正反向电流的能力。交流开关阀采用模块化设计，一套交流开关阀模块一般包含5～6级反并联结构晶闸管、取能控制单元及均压阻容元件。为保障交流开关阀的功能和性能的稳定可靠，需要在研究性试验及出厂试验中验证其均压阻容回路、触发性能、全电流与频率响应功能等。在触发性能、全电流测试和频率响应功能测试中，因交流开关阀模块试验电压高、电流大、频率一般在几百赫兹至两千赫兹左右，如何实现对交流开关阀电气性能的验证成为重点及难点。

发明内容

本发明实施例提供一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路，用以实现对交流开关阀进行电气性能验证，提升交流开关阀的运行稳定性和可靠性，该试验回路包括：

充电电路、电容器组、电感、交流开关阀和测量设备；

其中，充电电路，一端接地，另一端分别与电容器组和电感连接，用于向高频振荡电路充能；

高频振荡电路，一端与充电电路连接，另一端与交流开关阀连接的同时接地，当高频振荡电路的电压达到预设电压时，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断；

测量设备，并联在交流开关阀两端，用于测量目标参数，所述目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

本发明实施例还提供一种基于交流开关阀的高频振荡试验方法，用以实现对交流开关阀进行电气性能验证，提升交流开关阀的运行稳定性和可靠性，该试验方法包括：

通过充电电路对高频振荡电路充能，直至高频振荡电路的电压达到预设电压，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断；

通过测量设备测量目标参数，所述目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

本发明实施例中，通过充电电路对高频振荡电路充能，当高频振荡电路中的电压达到预设电压，也即达到交流开关阀的开通条件时，交流开关阀开通，与高频振荡电路共同组成振荡回路，振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下，交流开关阀自动关断。此充能、交流开关阀开通及关断的过程中，通过测量设备测量试验回路中的目标参数，可以针对多级数的晶闸管级反并联的交流开关阀的均压阻容、触发、全电流、频率响应等电气性能进行快速、准确检测，从而有效地发现交流开关阀不能有效关断高频振荡电流的问题，从而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。在附图中：

图1为本发明实施例中一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路的结构示意图；

图2为本发明实施例中另一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种基于交流开关阀的高频振荡试验方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供了一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路，如图1所示，该试验回路包括充电电路、电容器组、电感、交流开关阀和测量设备。

其中，充电电路，一端接地，另一端与高频振荡电路连接，用于向高频振荡电路充能。

高频振荡电路，一端与充电电路连接，另一端与交流开关阀连接的同时接地，当高频振荡电路的电压达到预设电压时，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断。

测量设备，并联在交流开关阀两端，用于测量目标参数，目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

需要说明的是，交流开关阀是一种新型电力电子开关装置，由多级晶闸管单元反并联组成，其具有快速关断正负半周电流的功能，在本发明实施例提供的试验回路中，交流开关阀既是试品，又在开通后，与高频振荡电路组成振荡回路，振荡回路中产生高频振荡电流，之后，在高频振荡电流的作用下，交流开关阀会自动关断，振荡回路断路，因此交流开关阀也是高频振荡电流产生的开关装置。

在本发明实施例的一种实现方式中，充电电路包括工频升压变压器、限流电阻和整流硅堆。其中，工频升压变压器，一端接地，另一端与限流电阻连接，用于输出高压工频电压。限流电阻，一端与工频升压变压器连接，另一端整流硅堆连接。整流硅堆，一端与限流电阻连接，另一端分别与电容器组和电感连接，用于进行半波整流，整流后向高频振荡电路充能。

考虑到试验回路连线便捷的需要，充电电路使用的充电电缆通流直径较小，为避免频繁使用时充电回路可能出现的发热情况，令充电回路的电流小于1A。

此外，考虑到限流电阻的阻值较大，为避免限流电阻过量分压并满足后端高频振荡电路的充电需求，工频升压变压器的额定输出电压按照预设电压2倍及以上的裕度设计。

为了避免交流开关阀在关断瞬间产生的振荡过电压对充电电路设备造成损坏，整流硅堆选择较大的额定电压等级，从而起到反向阻断冲击电压的作用。

示例性的，限流电阻的选型为21kΩ，充电电路整体的输出直流电压范围为0～20kV，可以满足充电回路电流小于1A的需求。同时，可以选择额定输出电压为50kV的工频升压变压器，以及额定电压等级为120kV的整流硅堆。

在本发明实施例的一种实现方式中，如图2所示，高频振荡电路包括电容器组和电感。

其中，电容器组，一端同时与充电电路和电感连接，另一端接地的同时与交流开关阀连接；电感，一端与电容器组连接，另一端与交流开关阀连接。

所选用的电容器组的容值和电感的感值均可调节。通过灵活调节容值和感值，满足几百赫兹至上千赫兹高频振荡的频率需求。当充电电路对高频振荡电路充能完成(即高频振荡电路的电压达到预设电压)之后，触发交流开关阀，振荡回路中可产生不同频率下的高频振荡电流，电流峰值可大于10kA。

示例性的，下面提供了一种电容器组和电感的选型。选用由8台脉冲电容器构成的电容器组，每台电容容值200μf，额定电压20kV，短时额定电流8kA，该电容器组可在1台至8台电容间灵活串联或并联；电感选用多抽头电感，由75μH、100μH、150μH、200μH四档构成，另装备25μH、60μH自绕电感各一台，可灵活调整接入试验回路的电感量。

经试验验证，高频振荡电路在交流开关阀关断瞬间会产生操作过电压，该过电压值为充电电压值的2至3倍，会对试品及试验回路造成危害。因此，在电感两端并联过电压抑制电路，以保护试验回路中各个装置的安全。该过电压抑制电路可由可调节电阻的高压冲击电阻器构成。高压冲击电阻器内含多档位，可通过调整并联电阻的大小，将电压值减小至充电电压值的1至1.2倍，有效抑制振荡回路产生的关断瞬间过电压。

本发明实施例中，测量设备包括：高压探头、低压探头、罗氏线圈和数字示波器。

其中，高压探头，包括测量端和输出端，测量端并联在交流开关阀两侧，输出端与数字示波器连接，用于监测交流开关阀的对地电压，并向数字示波器传输所述对地电压；低压探头，一端与交流开关阀连接，另一端与数字示波器连接，用于监测触发交流开关阀开通时的触发信号；罗氏线圈，用于监测高频振荡试验回路中的电流，向数字示波器传输监测到的电流信号；数字示波器，用于显示并存储高压探头、低压探头和罗氏线圈监测的对地电压、触发信号和电流信号。

示例性的，测量设备可采用1000:1高压探头、10:1低压探头、0.5mV/A罗氏线圈和高分辨率数字示波器。

需要说明的是，交流开关阀是由反并联晶闸管组成，晶闸管的导通条件之一是有触发信号触发，因此，当高频振荡电路的电压达到预设电压之后，需要给与交流开关阀一触发信号，在触发信号的触发下交流开关阀开通。此处，低压探头即监测的该令交流开关阀开通的触发信号，记录该触发信号的产生时间，以及交流开关阀关断的时间，可以确定交流开关阀从开通到关断的过程时间，该过程时间可以作为交流开关阀的一项电气性能。

其中，该触发信号可以由用户观察到数字示波器中高频振荡电路的电压达到预设电压后，手动给与交流开关阀一触发信号；也可以采用触发装置自动给与触发信号。

本发明实施例中，通过充电电路对高频振荡电路充能，当高频振荡电路中的电压达到预设电压，也即达到交流开关阀的开通条件时，交流开关阀开通，与高频振荡电路共同组成振荡回路，振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下，交流开关阀自动关断。此充能、交流开关阀开通及关断的过程中，通过测量设备测量试验回路中的目标参数，可以针对多级数的晶闸管级反并联的交流开关阀的均压阻容、触发、全电流、频率响应等电气性能进行快速、准确检测，从而有效地发现交流开关阀不能有效关断高频振荡电流的问题，从而提升其运行稳定性和可靠性。

本发明实施例中还提供了一种基于交流开关阀的高频振荡试验方法，如下面的实施例所述。该基于交流开关阀的高频振荡试验方法应用于上述实施例中所述的基于交流开关阀的高频振荡试验回路，由于基于交流开关阀的高频振荡试验方法解决问题的原理与基于交流开关阀的高频振荡试验装置相似，因此该装置的实施可以参见基于交流开关阀的高频振荡试验装置的实施，重复之处不再赘述。

如图3所示，该试验方法包括步骤301和步骤302：

步骤301、通过充电电路对高频振荡电路充能，直至高频振荡电路的电压达到预设电压，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断。

步骤302、通过测量设备测量目标参数，目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

本发明实施例中，通过充电电路对高频振荡电路充能，当高频振荡电路中的电压达到预设电压，也即达到交流开关阀的开通条件时，交流开关阀开通，与高频振荡电路共同组成振荡回路，振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下，交流开关阀自动关断。此充能、交流开关阀开通及关断的过程中，通过测量设备测量试验回路中的目标参数，可以针对多级数的晶闸管级反并联的交流开关阀的均压阻容、触发、全电流、频率响应等电气性能进行快速、准确检测，从而有效地发现交流开关阀不能有效关断高频振荡电流的问题，从而提升其运行稳定性和可靠性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于交流开关阀的高频振荡试验回路，其特征在于，所述试验回路包括：

充电电路、电容器组、电感、交流开关阀和测量设备；

其中，充电电路，一端接地，另一端与高频振荡电路连接，用于向高频振荡电路充能；

高频振荡电路，一端与充电电路连接，另一端与交流开关阀连接的同时接地，当高频振荡电路的电压达到预设电压时，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断；

测量设备，并联在交流开关阀两端，用于测量目标参数，所述目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

2.根据权利要求1所述的试验回路，其特征在于，所述充电电路包括：

工频升压变压器，一端接地，另一端与限流电阻连接，用于输出高压工频电压；

限流电阻，一端与工频升压变压器连接，另一端整流硅堆连接；

整流硅堆，一端与限流电阻连接，另一端分别与电容器组和电感连接，用于进行半波整流，整流后向高频振荡电路充能。

3.根据权利要求2所述的试验回路，其特征在于，所述工频升压变压器的额定输出电压大于等于2倍预设电压。

4.根据权利要求2所述的试验回路，其特征在于，所述充电回路的电流小于1A。

5.根据权利要求1所述的试验回路，其特征在于，所述高频振荡电路包括：

电容器组，一端同时与充电电路和电感连接，另一端接地的同时与交流开关阀连接；

电感，一端与电容器组连接，另一端与交流开关阀连接。

6.根据权利要求5所述的试验回路，其特征在于，所述电容器组的容值和所述电感的感值均可调节。

7.根据权利要求1所述的试验回路，其特征在于，所述测量设备包括：

高压探头，包括测量端和输出端，测量端并联在交流开关阀两侧，输出端与数字示波器连接，用于监测交流开关阀的对地电压，并向数字示波器传输所述对地电压；

低压探头，一端与交流开关阀连接，另一端与数字示波器连接，用于监测触发交流开关阀开通时的触发信号，向数字示波器传输所述触发信号；

罗氏线圈，套在交流开关阀接地的导线上，与数字示波器连接，用于监测高频振荡试验回路中的电流，向数字示波器传输监测到的电流信号；

数字示波器，用于显示并存储高压探头、低压探头和罗氏线圈监测的对地电压、触发信号和电流信号。

8.根据权利要求1至7任一项所述的试验回路，其特征在于，所述试验回路还包括：

与电感并联的过电压抑制电路。

9.根据权利要求8所述的试验回路，其特征在于，所述过电压抑制电路由可调节电阻的高压冲击电阻器构成。

10.一种基于交流开关阀的高频振荡试验方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的基于交流开关阀的高频振荡试验回路，所述试验方法包括：

通过充电电路对高频振荡电路充能，直至高频振荡电路的电压达到预设电压，交流开关阀开通，高频振荡电路与交流开关阀组成的振荡回路中产生高频振荡电流，在高频振荡电流的作用下交流开关阀关断；

通过测量设备测量目标参数，所述目标参数包括振荡回路中的振荡频率、交流开关阀关断时的振荡电流峰值，以及交流开关阀的晶闸管级均压。

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