專利名稱：一種高溫超導磁體的失超檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種針對高溫超導磁體的失超檢測電路。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于 檢測出高溫超導磁體是否發(fā)生失超(quench)的電路。
背景技術：
電力系統(tǒng)中的超導電力裝置必將遇到諸如系統(tǒng)短路故障等各種動態(tài)過程，承受短路大 電流、不平衡電流的沖擊，其中超導電力裝置中的超導磁體可能因承受過大的短路電流作 用而失超。超導磁體的失超不僅改變了超導電力裝置的電氣參數(shù)，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn) 定、經(jīng)濟運行也將產(chǎn)生壞的影響。
對于高溫超導磁體自身，高溫超導磁體只有在滿足特定的條件時才能體現(xiàn)超導特性， 一旦條件被破壞，高溫超導磁體將會失超。失超的基本過程是將儲存的電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?的過程，轉(zhuǎn)變的熱能主要被外接移能電阻和線圈內(nèi)的正常區(qū)吸收。 一方面由于失超總是從 一點開始，然后通過歐姆熱和熱傳導向外擴散，最早轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的區(qū)域處在歐姆加熱狀 態(tài)的時間最長、溫升最高，局部過熱可能燒焦絕緣或燒斷導體，同時失超也可能產(chǎn)生高電 壓引起絕緣擊穿，高溫超導磁體失超伴隨著高溫超導過電流和發(fā)熱，若不及時采取措施將 高溫超導線圈中儲存的能量轉(zhuǎn)移，這些能量將通過高溫超導線圈以熱能的形式耗散，嚴重 的局部溫升可能會損壞高溫超導磁體。
超導磁體包括高溫超導磁體和低溫超導磁體， 一般來說，高溫超導磁體的失超傳播速 度比低溫超導磁體慢兩到三個數(shù)量級，正常區(qū)域傳播速度太慢，很容易使高溫超導磁體局 部形成熱點，熱量只能在很小的范圍內(nèi)擴散，從而導致高溫超導磁體永久性破壞。所以高 溫超導磁體的失超檢測比低溫超導磁體難度更大，要求更高。
國內(nèi)外用到的失超檢測方法有溫升檢測、壓力檢測、超聲波檢測、流速檢測和電壓檢 測。其中應用最為廣泛的是電壓檢測，橋式電路檢測法是在電壓檢測法的基礎上提出的， 簡單易于實現(xiàn)但存在噪聲干擾的問題，而且外接電阻會消耗一部分能量，有源功率檢測法 可以解決噪聲干擾的問題，也不用外接電阻，圖l示出了有源功率法檢測電路，超導線圈
丄1=丄2,電阻^和^為兩段超導線圈失超后的電阻。定義功率尸=(^-^)/，其中^和"2為超導線圈L,和超導線圈L,失超時的電壓，z'為超導線圈的電流。未失超時，電阻/",和電阻^
均為零，故功率戶值也為零。失超后，功率尸="-^)/2，即除了電阻r,6的情況，失超
均可通過功率尸值檢測到。電阻^=^是一般不存在的特殊情況，通?？刹挥杩紤]。
本發(fā)明所涉及的檢測技術是對現(xiàn)已提出的有源功率檢測法進行了改進，應用該檢測電 路可以較好的檢測到高溫超導磁體的失超信號，防止高溫超導磁體被燒毀。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種針對高溫超導磁體的失超檢測電路。 具體的檢測方法是將每兩個高溫超導線圈作為一組進行比較，正常情況下，輸出電 壓信號為零，當任意一個高溫超導線圈發(fā)生失超時，輸出電壓大于零。對輸出信號用線性 光耦進行隔離，經(jīng)過差分運算放大器產(chǎn)生一個差分電壓。其中任何一個高溫超導線圈都 有可能發(fā)生失超，產(chǎn)生的差分電壓可能為正值也可能為負值，對負值取絕對值，將失超信 號轉(zhuǎn)化為正值，供后面電路使用。采用有源功率檢測法，通過模擬乘法器產(chǎn)生功率 戶=(^-、)/，其中V^和^為高溫超導線圈失超后的電壓，可以同時檢測到電流與電壓的
變化，檢測結(jié)果更準確。經(jīng)過二階巴特沃思低通濾波電路，與參考電壓作比較后產(chǎn)生輸出 信號，即失超信號，輸出結(jié)果為一高電平或者低電平。當高溫超導磁體失超時，將發(fā)出高 電平信號給數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器動作從而保護電路，使磁體免受損壞。
本發(fā)明所涉及的高溫超導磁體由多個高溫超導線圈串聯(lián)而成，每兩個高溫超導線圈作 為一組進行比較，將每組比較電路的輸出端進行并聯(lián)，輸出失超信號，將失超信號輸入到 保護電路，從而使高溫超導磁體免受損壞。
因此，本發(fā)明提出了一種高溫超導磁體的失超檢測電路，其特征在于包括高溫超導磁 體、校正電路、光耦隔離電路、差分運算放大電路、絕對值電路、模擬乘法電路、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、比較電路和輸出電路，所述高溫超導磁體由至少兩個高溫超導
線圈串聯(lián)夠成，并具有與高溫超導線圈相串聯(lián)的精密可調(diào)電阻v^和/或精密可調(diào)電阻
VR2，所述精密可調(diào)電阻VKi和/或精密可調(diào)電阻VK2與功率電阻Ki和/或功率電阻112串 聯(lián)，所述高溫超導線圈經(jīng)過校正電路和光耦隔離電路后作為差分運算放大電路的輸入，絕 對值電路對差分運算放大電路的輸出取絕對值，絕對值電路的輸出作為模擬乘法電路的輸 入，模擬乘法電路同時檢測每個高溫超導線圈上的電壓和電流的變化，模擬乘法電路的輸 出為電流信號，經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號作為濾波電路的輸入，濾波電路采用二階巴特沃思低通濾波器，消除電路中的噪聲干擾，經(jīng)過比較電路后作為失超檢測電路 的輸出。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點-
1、 可以很好的解決失超檢測中噪聲干擾的問題，提高檢測的準確度。從高溫超導磁 體1上檢測到的失超信號可能會受到千擾信號的影響，由于高溫超導磁體1失超時產(chǎn)生的 電壓很小，通用判據(jù)為每厘米超導帶材上的失超電壓為"r ，所以必須采取有效的措施將 失超信號從干擾信號中鑒別出來。在本發(fā)明中，將兩個外徑相同的高溫超導線圈2和高溫 超導線圈3上產(chǎn)生的電壓作比較，經(jīng)過光耦隔離電路5，差分運算放大電路6以及濾波電 路10，可以很好的減小干擾信號的影響。
2、 電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，本發(fā)明中所涉及的電路均由模擬器件組成，速度快， 易于實現(xiàn)。
3、 本發(fā)明在高溫超導磁體1與光耦隔離電路5之間加入了校正電路4，即串聯(lián)精密可 調(diào)電阻VR,和精密可調(diào)電阻VI^ ，這樣可以減少高溫超導線圈2和高溫超導線圈3之間因
繞制工藝或線材本身的差異導致輸出電壓的不同，使檢測結(jié)果更準確。


圖1是有源功率法檢測電路的電路示意圖2是本發(fā)明的針對高溫超導磁體的失超檢測流程示意圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的校正電路4、光耦隔離電路5以及差分運算放大電路6的示 意圖4示出了本發(fā)明的高溫超導磁體的失超檢測電路的模擬乘法電路8的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖2示出了針對高溫超導磁體的失超檢測示意圖，由以下幾部分構(gòu)成高溫超導磁體
1、高溫超導線圈2、高溫超導線圈3、校正電路4、光耦隔離電路5、差分運算放大電路6、 絕對值電路7、模擬乘法電路8、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路9、濾波電路IO、比較電路ll和輸出 電路12，其中高溫超導磁體l由高溫超導線圈2、高溫超導線圈3等高溫超導線圈串聯(lián)組 成。以高溫超導線圈2和高溫超導線圈3為例，具體的實施方式是高溫超導線圈2和高溫超導線圈3經(jīng)過校正電路4和光耦隔離電路5后作為差分運算放大電路6的輸入，絕對 值電路7對差分運算放大電路6的輸出取絕對值，絕對值電路7的輸出作為模擬乘法電路 8的輸入，模擬乘法電路8可以同時檢測高溫超導線圈2和高溫超導線圈3上電壓和電流 的變化，模擬乘法電路8的輸出為電流信號，經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路9轉(zhuǎn)換為電壓信號作 為濾波電路10的輸入，濾波電路10采用二階巴特沃思低通濾波器，消除電路中的噪聲干 擾，經(jīng)過比較電路11后作為失超檢測電路的輸出。其中絕對值電路7、電流-電壓轉(zhuǎn)換電 路9、濾波電路IO和比較電路11是常用的模擬電路，下面主要介紹校正電路4、光耦隔離 電路5、差分運算放大電路6以及模擬乘法電路8。
圖3示出了校正電路4、光耦隔離電路5以及差分運算放大電路6。本電路的設計是 為了檢測高溫超導線圈L,和高溫超導線圈L2失超后產(chǎn)生的電壓差。理想情況下高溫超導線 圈L,和高溫超導線圈L2是兩個外徑完全相同的高溫超導線圈，由于在繞制過程中可能會因 為繞制工藝或超導線材線圈本身的原因使高溫超導線圈和高溫超導線圈L2的電氣特性
出現(xiàn)細微的差別，在測量時會產(chǎn)生測量電壓的細微不同，加入校正電路后就可以很好的解 決這個問題。當高溫超導線圈"和高溫超導線圈1^處于失超狀態(tài)且施加相同的電壓時，調(diào)
解精密可調(diào)電阻VR,和精密可調(diào)電阻VRr使輸出電壓相同，這樣可以消除繞制過程中產(chǎn) 生的誤差。其中精密可調(diào)電阻VR,和精密可調(diào)電阻VR,的功率一般在1W以下，功率電阻 R,和功率電阻R2對精密可調(diào)電阻VI^和精密可調(diào)電阻VR2起保護作用，防止功率過大時 精密可調(diào)電阻VR,和精密可調(diào)電阻VI^被燒毀。調(diào)節(jié)精密可調(diào)電阻VR,和精密可調(diào)電阻 VR2使線性光耦元件R和線性光耦元件"工作在最佳線性階段，從而反映高溫超導線圈 L，和高溫超導線圈I^上的電壓。A和i ,為線性光耦元件K和線性光耦元件f^的負載電 阻，根據(jù)線性光耦的工作原理，線性光耦元件^和線性光耦元件^的輸出端就會產(chǎn)生相 應的輸出電壓。R采用是低功耗高精度的通用儀表放大器7M4128，在/A^4128的引腳l與 /A^4128的引腳8之間外接界阻117可對其增益進行設置，增益的范圍一般選擇十倍以內(nèi)。 電阻^和電阻&為差分運算放大器/A^128輸入引腳2和輸入引腳3的限流電阻， 一般取 10k，電容C,和電容C2為濾波電容， 一般取0.1u， Portl端為差分元算放大電路的輸出端。 圖4示出了模擬乘法電路8，尸oW2端為絕對值電路7的輸出，模擬乘法器"的型號為
RC4200，其中RC4200有三個輸入端，分別為輸入電流引腳1、輸入電流引腳5和輸入電 流引腳8，輸出端為輸出電流引腳4。其中輸入電流引腳l的輸入為絕對值電路7的輸出，輸入電流引腳8的輸入為高溫超導線圈電流z' ， +5伏直流電源為輸入電流引腳5提供輸入 電流。電容q和電容C;為濾波電容， 一般取0.1u，電阻^為限流電阻。模擬乘法器RC4200
的輸出為電流信號，經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路9將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，作為濾波電路 10的輸入。其中R為運算放大器，電阻A為轉(zhuǎn)換電阻，電容q和電容C;為濾波電容，尸ort3
端是濾波電路10的輸入端。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領域的技術人員來說在 不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例 證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1、一種高溫超導磁體的失超檢測電路，其特征在于該檢測電路包括高溫超導磁體(1)、校正電路(4)、光耦隔離電路(5)、差分運算放大電路(6)、絕對值電路(7)、模擬乘法電路(8)、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路(9)、濾波電路(10)、比較電路(11)和輸出電路(12)，所述高溫超導磁體(1)由至少兩個高溫超導線圈串聯(lián)構(gòu)成，并具有與高溫超導線圈相串聯(lián)的精密可調(diào)電阻VR1和/或精密可調(diào)電阻VR2，所述精密可調(diào)電阻VR1和/或精密可調(diào)電阻VR2與功率電阻R1和/或功率電阻R2串聯(lián)，所述高溫超導線圈經(jīng)過校正電路(4)和光耦隔離電路(5)后作為差分運算放大電路(6)的輸入，絕對值電路(7)對差分運算放大電路(6)的輸出取絕對值，絕對值電路(7)的輸出作為模擬乘法電路(8)的輸入，模擬乘法電路(8)同時檢測每個高溫超導線圈上的電壓和電流的變化，模擬乘法電路(8)的輸出為電流信號，經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換電路(9)轉(zhuǎn)換為電壓信號作為濾波電路(10)的輸入，濾波電路(10)采用二階巴特沃思低通濾波器，消除電路中的噪聲干擾，經(jīng)過比較電路(11)后作為失超檢測電路的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫超導磁體的失超檢測電路，特別涉及一種用于檢測出高溫超導磁體是否發(fā)生失超(quench)的電路，該電路包括高溫超導磁體、校正電路、光耦隔離電路、差分運算放大電路、絕對值電路、模擬乘法電路、電流-電壓轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、比較電路和輸出電路等，所述高溫超導磁體由多個高溫超導線圈串聯(lián)而成，每兩個高溫超導線圈作為一組進行比較，將每組比較電路的輸出端進行并聯(lián)，輸出失超信號，將失超信號輸入到保護電路，從而使高溫超導磁體免受損壞。
文檔編號G01R31/00GK101446610SQ20081022718
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權日2008年11月25日
發(fā)明者明 丘, 張宏杰, 諸嘉慧, 斌 魏 申請人:中國電力科學研究院