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1 概述

在葛南直流輸電工程是國內(nèi)一個500kV直流輸電工程，相關(guān)設(shè)備由BBC公司生產(chǎn)。1986年投入使用至今已運行近30年。近幾年葛南工程大量進行改造，部分設(shè)備實現(xiàn)國產(chǎn)化，包括閥基電子（VBE）、可控硅、TE板等換流閥核心設(shè)備都已完成國產(chǎn)化改造。原有的可控硅測試儀已不能滿足新設(shè)備的要求。新儀器的研制，使得可控硅級試驗項目更加完善、試驗流程更簡潔，對提高換流閥可靠性有著重要意義。

2 可控硅工作原理及基本結(jié)構(gòu)

2.1 可控硅特點

現(xiàn)有直流工程，單閥是由若干個可控硅串連組成?？煽毓璧奶匦跃蜎Q定了閥的特性?？煽毓钁?yīng)只具有單向?qū)ǖ男阅埽辉诳煽毓璨粚?dǎo)通時，能夠承受正向和反向的阻斷電壓；若可控硅兩側(cè)有正向電壓，同時門極有足夠大的觸發(fā)電流（大約 8A）時，則可控硅導(dǎo)通。只有流過閥的電流降為零時才關(guān)斷；

2.2 可控硅級的結(jié)構(gòu)

如圖所示，每個可控硅均配有一套TCU、阻尼回路、分壓回路、取能回路，共同組成一個可控硅級。R11/R12/R13/R14、C11/C12構(gòu)成阻尼回路，使串連的可控硅級電壓均勻分布，同時防止可控硅被陡波沖擊。R41/R42構(gòu)成分壓回路，用于TE板對可控硅兩側(cè)電壓的測量。C3和R3分別為暫態(tài)充電電容和電阻，構(gòu)成TE板取能回路。TE板用于接收觸發(fā)脈沖信號，對可控硅發(fā)出觸發(fā)電流，向閥控發(fā)出回檢信號，TE板還帶有 BOD等保護功能。原有的可控硅測試儀僅完成了可控硅的正向?qū)y試，不僅不能全面檢測可控硅的性能，也不能測試可控硅級其他元件性能。

3 可控硅試驗儀的功能

3.1 可控硅的檢測

根據(jù)可控硅的特點試驗儀需要檢測可控硅以下幾點特性：

1.阻斷特性

在可控硅不導(dǎo)通時應(yīng)具有正、反向耐壓能力。在一個單閥內(nèi)可控硅兩端的電壓分布是由可控硅的阻斷電阻決定。但由于可控硅的阻值及阻尼回路阻抗值不可能完全一致，勢必存在誤差，導(dǎo)致閥段上電壓分布不均，此時可控硅的阻斷特性將保證閥的運行穩(wěn)定性。在最不均勻的情況下，單一可控硅的承受電壓為：1.05*400/ [（15-1）*8]=3.75kV.

其中1.05：不均勻系數(shù)；400kV：直流耐壓水平；8：閥單元數(shù)；15：每個閥段可控硅數(shù)

在正常情況可控硅泄露電流值小于1.5mA，阻尼回路在直流電壓作用下產(chǎn)生的電流為：3.75/500=7.5mA。此時最差的情況是一個可控硅沒有泄漏電流，此時電流從它并聯(lián)的阻尼回路流過，該可控硅的承受電壓為：（7.5+1.5）*500=4.5kV。

所以測試儀設(shè)計的正向、反向電壓應(yīng)為4.5kV。在可控硅關(guān)斷后，檢測反向耐壓，可驗證可控硅恢復(fù)阻斷功能。

2.正向?qū)ㄐ?/p>

當(dāng)TE板取能回路充電達(dá)到22V，并且可控硅兩側(cè)電壓超過約32V時，TE板收到閥控制單元（VBE）來的觸發(fā)脈沖信號，此時TE板會向可控硅發(fā)出觸發(fā)電流。葛南工程改造后，極控可以通過試驗?zāi)Ｊ?，在閥未解鎖的條件下，使閥控制單元向TE板發(fā)出觸發(fā)脈沖。此時試驗儀只需在可控硅測量施加足夠大的正弦半波電壓，即可導(dǎo)通。通過測量導(dǎo)通電流，可判斷可控硅導(dǎo)通正常

3.2 可控硅級的檢測

除了可控硅本身的檢測外，可控硅級其他元件的好壞同樣也關(guān)系到閥的穩(wěn)定運行。

1、阻尼回路

在可控硅不導(dǎo)通的情況下，施加不同頻率的交流電壓后測量電流值。計算阻尼回路的阻抗值，其阻抗值不應(yīng)超過額定的5%。

2、TE板

當(dāng)可控硅被導(dǎo)通時，TE板會自動發(fā)送回檢信號。所以通過試驗儀監(jiān)視TE板的回檢信號可判斷TE板工作是否正常。TE板的回檢信號是通過光發(fā)射器產(chǎn)生連續(xù)高電平信號，試驗儀通過光接收器檢測該信號的寬度可判斷TE板工作狀態(tài)。

4 可控硅試驗儀的設(shè)計

4.1 試驗儀硬件結(jié)構(gòu)

新的可控硅試驗儀采用單片機作為核心，鍵盤、顯示屏、通訊接口作為外圍設(shè)備。硬件部分主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、采樣回路、存儲器、交直流電源回路、主機電路、人機聯(lián)系部件等。通過外部的把手實現(xiàn)對可控硅兩側(cè)加壓和測量正向電流。

圖4 .1 試驗儀硬件結(jié)構(gòu)圖

人機接口可用于選擇單一試驗項目或連續(xù)試驗項目的選擇，試驗結(jié)果的顯示。通訊接口應(yīng)可將試驗數(shù)據(jù)、結(jié)果調(diào)出，方便查看。此外可控硅試驗時，可能會對可控硅兩側(cè)施加高電壓，所以，把手應(yīng)采用好的絕緣材料，試驗儀應(yīng)安裝停止按鈕，保證試驗的安全。

4.2 試驗儀軟件設(shè)計

可控硅試驗儀的軟件應(yīng)包含監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。監(jiān)控程序是面向操作面板、顯示器的管理，包括操作輸入，存儲設(shè)置功能與工作參數(shù)。通過控制I/O接口采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析、處理。顯示相關(guān)狀態(tài)信號和處理結(jié)果。接口管理程序主要是對通信接口。分析來自通信接口總線的信息，輸出儀器的狀態(tài)信息和測量數(shù)據(jù)等。

4.3 試驗儀工作流程

以可控硅導(dǎo)通試驗為例，其工作過程為：操作面板發(fā)出啟動試驗信號，單片機命令驅(qū)動單元控制電源輸出正弦半波電壓。通過把手電壓加在可控硅兩側(cè)。再由把手采集正向電流，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機。單片機對數(shù)據(jù)進行計算分析將運算結(jié)果存入RAM中，判斷可控硅是否正常導(dǎo)通，同時將結(jié)構(gòu)顯示于顯示器上，停止電源輸出終止試驗，測試儀復(fù)位至初始狀態(tài)。

由于單片機的使用，可大大提高試驗儀的擴展功能和運算功能，能完成很復(fù)雜的信號處理工作。大大提高了可控硅試驗儀的功能性和智能化程度。為直流工程的穩(wěn)定運行提供了有力的技術(shù)支撐。