[发明专利]二极管基准信号采集装置

说明书

本发明的名称是“二极管基准信号采集装置”，属于信号采集技术领域。该装置应用于为大容量高压电器短路冲击试验提供与试验电源波形过零点相关的计时基准信号。与行业中目前使用的传统基准信号采集装置比较，本发明无机械旋转部件，克服了传统基准信号采集装置结构、电路复杂、维修量大、成本高的缺点。本装置利用半导体二极管的非线性特性，解决了使用冲击发电机机端电压互感器作为基准信号源，在大容量高压电器短路冲击试验过程中因电压幅值波动范围过大，导致基准信号不能满足试验设备正常工作要求的问题。

1.技术领域

二极管基准信号采集装置是一种为大容量高压电器短路冲击试验提供控制信号的电子装置，属于信号采集技术领域。

2.背景技术

大容量高压电器短路冲击试验的试品是在电力电网中运行的高压电气设备 (如断路器、变压器等)，为保证电力电网安全运行，所有入网运行的设备都需要通过严格的测试，以确认其设计参数和制造工艺符合入网要求。短路冲击试验是入网测试中一项试验难度大、参数苛刻的试验项目，其试验参数可达数百千伏、数十千安培。为避免冲击电流对电力电网供电质量的影响，大容量高压电器短路冲击试验的电源通常不是取自电力电网，而是使用特殊设计的冲击发电机供电。

根据试验要求，大容量高压电器在进行短路冲击试验时，需要控制试品或试验操作开关在交流试验电源电压的特定相位时合、分闸，所以其控制设备“时序控制器”需要由基准信号采集装置提供电源电压的参考相位。因为基准信号对应的参考量是试验电源电压的相位，所以采用冲击发电机机端电压互感器(PT) 二次电压的过零点作为基准信号的参考点是合理的选择(系统原理示意图见图 1)。

但是，因为冲击发电机电枢反应等参数的影响，在试品短路的暂态过程中冲击发电机的机端电压可降低到稳态值的10％左右，如此大的信号电压波动范围导致时序控制器不能可靠工作。

为了解决PT信号作为时序控制器输入信号存在的问题，目前在行业中，通常采用与冲击发电机同轴的交流控制发电机或光电盘系统来间接测量冲击发电机输出电压的相位参数，以供时序控制器作为基准信号。

由于大型交流同步发电机在暂态运行状态时，其转子的转速不能客观的反映定子输出电压的频率，所以取自冲击发电机轴头的转速信号相位与定子输出电压的相位在试品短路期间是存在误差的。

同时，与数十吨重、高速旋转的冲击发电机转子同轴连接的交流控制发电机，虽然采取了柔性连接的措施，仍无法完全避免因定子短路造成的转子剧烈振动，导致交流伺服发电机机械结构的故障，经常需要进行检修处理。

鉴于存在上述问题，笔者利用半导体二极管的非线性伏安特性(见图2)发明了二极管基准信号采集装置(原理图见图3)。该装置具有直接测量试验电压相位、无间接误差，对输入电压幅值、频率变化不敏感，无机械旋转部件，电路简单、可靠性高等特点。

3.发明内容

本发明是在使用冲击发电机机端电压互感器作为大容量高压电器短路冲击试验基准信号传感器的条件下，利用半导体二极管的非线性伏安特性，通过合理的电路设计，使得二极管在通过正向电流时，即使流过二极管的电流值降低了 90％，其端电压仅降低约10％。这种情况下，再对二极管端电压进行整形、滤波，就可以在信号的电压幅值、频率范围大幅度变化的条件下，获得的过零点准确、幅值稳定的输出信号。

工作原理

电压互感器(PT)一次侧连接冲击发电机的定子出线端，二次侧连接由熔断器F1、F2、限流电阻R1和二极管D1、D2构成的采样回路。