換流閥均壓測試儀的制作方法
【專利摘要】一種換流閥均壓測試儀，涉及高壓直流輸電工程的測試裝置，特別涉及換流閥均壓測試儀。換流閥均壓測試儀，包括鋰電池(1)、直流電源轉(zhuǎn)換模塊(2)、DC/AC逆變模塊(3)、10KHz信號模塊(4)、100Hz信號模塊(5)、倍壓整流模塊(6)、源信號選擇模塊(7)、數(shù)據(jù)采集模塊(8)、數(shù)據(jù)處理模塊(9)和升壓變壓器(10)。本發(fā)明實現(xiàn)了快速測試閥組件各晶閘管級的均壓特性，而且設(shè)備體積小，自帶測試源信號，鋰電池供電，自動記錄數(shù)據(jù)，接線簡單，安全可靠，特別適合高空作業(yè)，在方便使用的同時大大提高了工作效率。
【專利說明】換流閥均壓測試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓直流輸電工程的測試裝置，特別涉及換流閥均壓測試儀。

【背景技術(shù)】
[0002]換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，實現(xiàn)交流和直流的變換。但目前換流閥晶閘管級阻抗(或均壓)測試設(shè)備體積龐大，使用不方便，不適宜于換流閥高空試驗；而且其中均壓電阻、均壓電容、直流均壓電阻參數(shù)需要單獨測量，這樣不但費時費力，而且在不打開電氣連接的情況下，無法保證測得參數(shù)的正確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種換流閥均壓測試儀，在不打開晶閘管級電氣連接的情況下，同時測量各晶閘管級上的電壓，如果電壓是均衡的，即可以判斷出晶閘管級元件的均壓電阻、均壓電容、直流均壓電阻參數(shù)在正常范圍內(nèi)。
[0004]本發(fā)明的目的可以這樣實現(xiàn)，設(shè)計一種換流閥均壓測試儀，包括鋰電池、電源轉(zhuǎn)換模塊、DC/AC逆變模塊、1KHz信號模塊、10Hz信號模塊、倍壓整流模塊、源信號選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和變壓器，
[0005]鋰電池，用于給整個設(shè)備提供工作電源；
[0006]直流電源轉(zhuǎn)換模塊，為1KHz信號模塊和10Hz信號模塊提供工作電源；
[0007]DC/AC逆變模塊，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海?br> [0008]1KHz信號模塊，輸出220V的1KHz信號，用于測試換流閥各晶閘管級高頻均壓特性；
[0009]10Hz信號模塊，輸出220V的10Hz信號，用于測試換流閥各晶閘管級低頻均壓特性；
[0010]升壓變壓器，用于將50Hz正弦交流信號升壓為1350V的高壓信號，用于測試換流閥各晶閘管級工頻均壓特性；
[0011]倍壓整流模塊，輸出1320V的高壓直流信號，用于測試換流閥各晶閘管級直流均壓特性；
[0012]源信號選擇模塊，選擇輸出DC、50Hz、100Hz和1KHz中的一種信號，將源信號加在換流閥組件的兩端，測試每個晶閘管級均壓特性；
[0013]數(shù)據(jù)采集模塊，采集每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，對模擬信號進(jìn)行隔離，放大和濾波處理，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；
[0014]數(shù)據(jù)處理模塊，計算采集到的每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，寫入數(shù)據(jù)庫，自動生成所選閥組的統(tǒng)計報表。
[0015]進(jìn)一步地，所述直流電源轉(zhuǎn)換模塊包括輸入濾波電路、高頻開關(guān)電路、環(huán)形變壓器、輸出整流濾波電路，直流電源經(jīng)輸入濾波電路濾波后，由高頻開關(guān)電路使其變成脈動交流，再經(jīng)環(huán)形變壓器升壓，輸出整流濾波電路整流濾波后輸出。
[0016]進(jìn)一步地，所述DC/AC逆變模塊包括DC/DC轉(zhuǎn)換電路、DC/AC逆變回路、濾波電路、保護(hù)電路，直流電源經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換升壓，通過DC/AC逆變回路逆變?yōu)榻涣鳎俳?jīng)濾波電路濾波輸出，濾波電路濾波輸出的反饋信號經(jīng)保護(hù)電路處理。
[0017]進(jìn)一步地，所述1KHz信號模塊包括高頻函數(shù)發(fā)生器、功率放大器件、高頻升壓變壓器，高頻函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生1KHz正弦波信號，功率放大器件對該正弦波信號進(jìn)行放大，經(jīng)由高頻升壓變壓器輸出220V的1KHz信號。
[0018]進(jìn)一步地，所述10Hz信號模塊包括逆變電路、控制電路、驅(qū)動電路、輔助電源和輸出回路，逆變電路將直流信號逆變?yōu)?0Hz純正弦信號并對信號進(jìn)行功率放大輸出220V的10Hz信號。
[0019]進(jìn)一步地，所述倍壓整流模塊采用多倍壓半波整流電路，將交流信號用耐壓較高的整流二極管和電容器進(jìn)行整流和升壓，將50Hz/220V的交流信號整成1320V直流信號。
[0020]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括差分輸入信號處理電路、真有效值轉(zhuǎn)換電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊，測量信號經(jīng)差分輸入信號處理電路濾波和放大，真有效值轉(zhuǎn)換電路將放大后的信號轉(zhuǎn)換為直流信號由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0021]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器、芯片組、LVDS接口、CF卡接口、USB接口、100M以太網(wǎng)接口，LVDS接口、CF卡接口、USB接口、100M以太網(wǎng)接口連接至微處理器和芯片組。
[0022]本發(fā)明實現(xiàn)了快速測試閥組件各晶閘管級的均壓特性，而且設(shè)備體積小，自帶測試源信號，鋰電池供電，自動記錄數(shù)據(jù)，接線簡單，安全可靠，特別適合高空作業(yè)，在方便使用的同時大大提高了工作效率。
[0023]本發(fā)明無需打開晶閘管級電氣連接，即可同時測量一個閥組件各晶閘管級的均壓特性，分別測試晶閘管級在DC、50Hz、10Hz、1kHz頻率的阻抗值是否合格，進(jìn)一步判斷出晶閘管級元件的均壓電阻、均壓電容、直流均壓電阻參數(shù)在正常范圍內(nèi)。本發(fā)明自帶測試源信號，自動記錄數(shù)據(jù)，無需外部電源供電，安全可靠，在方便使用的同時大大提高了工作效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明原理框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明較佳實施例之直流電源轉(zhuǎn)換模塊的組成方框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明較佳實施例之DC/AC逆變模塊的組成方框圖；
[0027]圖4是本發(fā)明較佳實施例之1KHz信號模塊的組成方框圖；
[0028]圖5是本發(fā)明較佳實施例之10Hz信號模塊的組成方框圖；
[0029]圖6是本發(fā)明較佳實施例之?dāng)?shù)據(jù)采集模塊的組成方框圖；
[0030]圖7是本發(fā)明較佳實施例之?dāng)?shù)據(jù)處理模塊的組成方框圖。

【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0032]一種換流閥均壓測試儀，包括鋰電池1、直流電源轉(zhuǎn)換模塊2、DC/AC逆變模塊3、1KHz信號模塊4、10Hz信號模塊5、倍壓整流模塊6、源信號選擇模塊7、數(shù)據(jù)采集模塊8、數(shù)據(jù)處理模塊9和升壓變壓器10，
[0033]鋰電池1，用于給整個設(shè)備提供工作電源；
[0034]直流電源轉(zhuǎn)換模塊2，為1KHz信號模塊4和10Hz信號模塊5提供工作電源；
[0035]DC/AC逆變模塊3，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海?br> [0036]1KHz信號模塊4，輸出220V/1A的1KHz信號，用于測試換流閥各晶閘管級高頻均壓特性；
[0037]10Hz信號模塊5，輸出220V的10Hz信號，用于測試換流閥各晶閘管級低頻均壓特性；
[0038]升壓變壓器10，用于將50Hz正弦交流信號升壓為1350V的高壓信號，用于測試換流閥各晶閘管級工頻均壓特性；
[0039]倍壓整流模塊6，輸出1320V的高壓直流信號，用于測試換流閥各晶閘管級直流均壓特性；
[0040]源信號選擇模塊7，選擇輸出DC、50Hz、10Hz和1KHz中的一種信號，將源信號加在換流閥組件的兩端，測試每個晶閘管級均壓特性；
[0041]數(shù)據(jù)采集模塊8，采集每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，對模擬信號進(jìn)行隔離、放大和濾波處理，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；
[0042]數(shù)據(jù)處理模塊9，計算采集到的每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，寫入數(shù)據(jù)庫，自動生成所選閥組的統(tǒng)計報表。
[0043]本實施例中，所述鋰電池I為DC24V、15AH聚合物鋰電池組。DC24V鋰電池以固體聚合物電解質(zhì)來做電解質(zhì)，具有能量密度高、小型化、超薄化、輕量化的特點。鋰電池主要給各信號源模塊，數(shù)據(jù)采集和處理模塊供電，該電池持續(xù)放電電流可達(dá)15A，脈沖放電電流25A，并帶有過充電和過放電保護(hù)。
[0044]如圖2所示，所述直流電源轉(zhuǎn)換模塊2包括輸入濾波電路201、高頻開關(guān)電路202、環(huán)形變壓器203、輸出整流濾波電路204，直流電源經(jīng)輸入濾波電路201濾波后，由高頻開關(guān)電路202使其變成脈動交流，再經(jīng)環(huán)形變壓器203升壓，輸出整流濾波電路204整流濾波后輸出。輸出整流濾波電路204至少設(shè)有兩種輸出模式，本實施例為DC12V和DC±50V。各輸出電壓回路采用分布式結(jié)構(gòu)，輸出噪音小，而且動態(tài)響應(yīng)快。直流電源轉(zhuǎn)換模塊2將DC24V轉(zhuǎn)成DC12V和DC±50V，輸出功率300W。
[0045]如圖3所示，所述DC/AC逆變模塊3包括DC/DC轉(zhuǎn)換電路301、DC/AC逆變回路302、濾波電路303、保護(hù)電路304，直流電源經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路301轉(zhuǎn)換升壓，通過DC/AC逆變回路302逆變?yōu)榻涣鳎俳?jīng)濾波電路303濾波輸出，濾波電路303濾波輸出的反饋信號經(jīng)保護(hù)電路304處理。直流電源經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路301利用高頻逆變把24V直流電壓逆變成高頻方波，再經(jīng)整流濾波轉(zhuǎn)化為DC400V，給逆變提供過程提供足夠的功率。DC/AC逆變回路302利用專用的純正弦逆變器控制芯片，完成將DC/DC轉(zhuǎn)換電路輸出的DC400V信號逆變?yōu)锳C50Hz/220Vo濾波電路303由LC組成，主要是濾除諧波成分，使輸出波形正弦化。保護(hù)電路304實現(xiàn)過壓、欠壓保護(hù)，過流、短路保護(hù)和過溫保護(hù)。DC/AC逆變模塊3輸入電壓為DC24V，輸出為標(biāo)準(zhǔn)純正弦電壓AC50Hz/220V。
[0046]如圖4所示，所述1KHz信號模塊4包括高頻函數(shù)發(fā)生器401、功率放大器件402、高頻升壓變壓器403，高頻函數(shù)發(fā)生器401產(chǎn)生1KHz正弦波信號，功率放大器件402對該正弦波信號進(jìn)行放大，經(jīng)由高頻升壓變壓器403輸出220V的1KHz信號。高頻函數(shù)發(fā)生器401采用精密高頻波形產(chǎn)生器MAX038，輸出波形的頻率ΙΟΚΗζ，頻率可以由一個內(nèi)部2.5V的參考電壓、一個外部電阻和一個電容來控制，輸出正弦波峰-峰值為2V，最大輸出電流為土 20mAο本實施例中功率放大器件402采用大功率高電壓DMOS管TDA7293，具有低失真、低噪音、高耐壓以及過熱保護(hù)、短路保護(hù)等優(yōu)點。為提高輸出功率，功率放大器件402為并聯(lián)三只功放管，采用主從模式工作，即主芯片從輸入到輸出的全部電路都在工作，其余兩個從芯片前級部分被屏蔽，只有后級的功率輸出部分在工作，功放管的工作電源由前述直流電源轉(zhuǎn)換模塊2提供。高頻升壓變壓器403用于將功放管輸出的電壓信號升壓至220V。
[0047]如圖5所示，所述10Hz信號模塊5包括逆變電路501、控制電路502、驅(qū)動電路503、輔助電源504和輸出回路505，將直流信號逆變?yōu)?0Hz純正弦信號，場效應(yīng)管對信號進(jìn)行功率放大輸出220V的10Hz信號。10Hz信號模塊5采用前述DC/AC逆變模塊3產(chǎn)生的DC400V信號，為逆變電路提供足夠的功率。逆變電路501為單相全橋逆變電路，每一個橋臂都有兩個功率MOS管并聯(lián)組成，目的是提高輸出功率。控制電路502采用純正弦波逆變器控制芯片產(chǎn)生的SPWM信號，通過驅(qū)動電路控制功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，配合逆變電路，完成逆變過程。驅(qū)動電路503是將輸入的低幅值PWM信號轉(zhuǎn)換為高幅值的方波信號，以此來驅(qū)動開關(guān)管，驅(qū)動芯片采用IR2110，它兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點，有獨立的低端和高端輸入通道，可以同時驅(qū)動全橋逆變上下兩個功率管。輔助電源504用于產(chǎn)生控制電路和驅(qū)動電路工作的直流電壓。輸出回路505采用由電容和電感構(gòu)成的Γ型低通濾波器，用來濾除諧波分量。
[0048]所述倍壓整流模塊6采用多倍壓半波整流電路，將交流信號用耐壓較高的整流二極管和電容器進(jìn)行整流和升壓，將50Hz/220V的交流信號整成1320V直流信號。由于倍壓整流模塊6所帶負(fù)載較輕，采用多倍壓半波整流電路，將DC/AC逆變模塊3輸出的AC50Hz/220V交流信號進(jìn)行整流和升壓，輸出1320V直流信號。本實施例中倍壓整流模塊6采用八倍壓整流模塊，選用的電容器耐壓值較高而容量較小。
[0049]如圖6所示，所述數(shù)據(jù)采集模塊8包括差分輸入信號處理電路801、真有效值轉(zhuǎn)換電路802、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊803，所述差分輸入信號處理電路801接收每個晶閘管的測量信號后，要做高頻干擾濾波處理并對信號進(jìn)行放大。因為輸入信號包括4種類型，最高1KHz，因此采用真有效值轉(zhuǎn)換電路802將輸入的4種頻率的信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為直流，以減輕數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)。真有效值轉(zhuǎn)換電路802采用AD637，計算精度達(dá)0.02%，輸入信號頻率最高達(dá)600kHz。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊803由CPLD控制采樣保持電路和AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行同步采樣，將每一路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將采集數(shù)據(jù)通過PCI總線提供給數(shù)據(jù)處理模塊9。
[0050]如圖7所示，所述數(shù)據(jù)處理模塊9包括微處理器901、芯片組902、LVDS接口 903、CF 卡接口 904、USB 接口 905、100M 以太網(wǎng)接口 906、內(nèi)存 907，LVDS 接口 903、CF 卡接口 904、USB接口 905、100M以太網(wǎng)接口 906、內(nèi)存907連接至微處理器901和芯片組902。微處理器901和芯片組902通過PCI總線訪問并接收數(shù)據(jù)采集模塊8傳來的數(shù)據(jù)放入由內(nèi)存907組成的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后計算每個晶閘管級測量數(shù)據(jù)，在檢測到晶閘管級電壓不正常時，有報警信號發(fā)出，并于界面顯示。該模塊自動記錄測試數(shù)據(jù)，自動生成每個閥組的統(tǒng)計報表、分析及導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并通過LVDS接口 903實現(xiàn)人機界面交互。
[0051]本發(fā)明集換流閥測試信號源和晶閘管級均壓測試于一體，產(chǎn)生DC、AC50HZ、AClOOHz, AClOkHz頻率的電壓信號，分別測試晶閘管級在直流、低頻、高頻信號下的均壓特性，并可對測量數(shù)據(jù)自動保存及分析。本發(fā)明采用大容量鋰電池供電，特別適合高空作業(yè)，安全可靠，使用方便。
[0052]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種換流閥均壓測試儀，其特征在于，包括鋰電池(I)、直流電源轉(zhuǎn)換模塊(2)、DC/AC逆變模塊(3)、10KHz信號模塊⑷、10Hz信號模塊(5)、倍壓整流模塊(6)、源信號選擇模塊(7)、數(shù)據(jù)采集模塊(8)、數(shù)據(jù)處理模塊(9)和升壓變壓器(10)， 鋰電池(I)，用于給整個設(shè)備提供工作電源； 直流電源轉(zhuǎn)換模塊(2)，為1KHz信號模塊⑷和10Hz信號模塊(5)提供工作電源； DC/AC逆變模塊(3)，將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海? 1KHz信號模塊(4)，輸出220V的1KHz信號，用于測試換流閥各晶閘管級高頻均壓特性； 10Hz信號模塊(5)，輸出220V的10Hz信號，用于測試換流閥各晶閘管級低頻均壓特性； 升壓變壓器(10)，用于將50Hz正弦交流信號升壓為1350V的高壓信號，用于測試換流閥各晶閘管級工頻均壓特性； 倍壓整流模塊(6)，輸出1320V的高壓直流信號，用于測試換流閥各晶閘管級直流均壓特性； 源信號選擇模塊(7)，選擇輸出0(:、50取、100取和1KHz中的一種信號，將源信號加在換流閥組件的兩端，測試每個晶閘管級均壓特性； 數(shù)據(jù)采集模塊(8)，采集每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，對模擬信號進(jìn)行隔離、放大和濾波處理，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換； 數(shù)據(jù)處理模塊(9)，計算采集到的每個晶閘管級上的電壓信號和電流信號，寫入數(shù)據(jù)庫，自動生成所選閥組的統(tǒng)計報表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述鋰電池⑴為DC24V、15AH聚合物鋰電池組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述直流電源轉(zhuǎn)換模塊(2)包括輸入濾波電路(201)、高頻開關(guān)電路(202)、環(huán)形變壓器(203)、輸出整流濾波電路(204)，直流電源經(jīng)輸入濾波電路(201)濾波后，由高頻開關(guān)電路(202)使其變成脈動交流，再經(jīng)環(huán)形變壓器(203)升壓，輸出整流濾波電路(204)整流濾波后輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述DC/AC逆變模塊(3)包括DC/DC轉(zhuǎn)換電路(301)、DC/AC逆變回路(302)、濾波電路(303)、保護(hù)電路(304)，直流電源經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換電路(301)轉(zhuǎn)換升壓，通過DC/AC逆變回路(302)逆變?yōu)榻涣?，再?jīng)濾波電路(303)濾波輸出，濾波電路(303)濾波輸出的反饋信號經(jīng)保護(hù)電路(304)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述1KHz信號模塊(4)包括高頻函數(shù)發(fā)生器(401)、功率放大器件(402)、高頻升壓變壓器(403)，高頻函數(shù)發(fā)生器(401)產(chǎn)生1KHz正弦波信號，功率放大器件(402)對該正弦波信號進(jìn)行放大，經(jīng)由高頻升壓變壓器(403)輸出220V的1KHz信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述10Hz信號模塊(5)包括逆變電路(501)、控制電路(502)、驅(qū)動電路(503)、輔助電源(504)和輸出回路(505)，逆變電路(501)將直流信號逆變?yōu)?0Hz純正弦信號并對信號進(jìn)行功率放大輸出220V的10Hz信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述倍壓整流模塊(6)采用多倍壓半波整流電路，將交流信號用整流二極管和電容器進(jìn)行整流和升壓，將50Hz/220V的交流信號整成1320V直流信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊(8)包括差分輸入信號處理電路(801)、真有效值轉(zhuǎn)換電路(802)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊(803)，測量信號經(jīng)差分輸入信號處理電路(801)濾波和放大，真有效值轉(zhuǎn)換電路(802)將放大后的信號轉(zhuǎn)換為直流信號由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換采樣模塊(803)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換流閥均壓測試儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理模塊(9)包括微處理器(901)、芯片組(902)、LVDS 接口 (903)、CF 卡接口 (904)、USB 接口 (905) UOOM以太網(wǎng)接口(906)，LVDS 接口(903)、CF 卡接口(904)、USB 接口(905)、100M 以太網(wǎng)接口(906)連接至微處理器(901)和芯片組(902)。
【文檔編號】G01R31/00GK104459396SQ201410736355
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】韋鵬, 竇俊廷, 劉志遠(yuǎn), 于曉軍, 李寧, 盧峰, 張斌, 鄒洪森, 徐輝, 王宏麗, 耿池勇 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司, 深圳市元恒豐電氣技術(shù)有限公司