專利名稱：一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于光聲技術(shù)的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，屬于電 工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的告訴發(fā)展和電力資源的分布不平衡性，使得我國(guó)電力系統(tǒng)具有龐 大、復(fù)雜、互聯(lián)等特點(diǎn)的系統(tǒng)。一系列的挑戰(zhàn)和問(wèn)題隨之出現(xiàn)。如增加電纜傳輸容量、降低 電網(wǎng)損耗、電力負(fù)荷的復(fù)雜性、電網(wǎng)的安全問(wèn)題日益突出、對(duì)電能質(zhì)量的提高等等。超導(dǎo)技 術(shù)和電力技術(shù)的結(jié)合，形成超導(dǎo)電力技術(shù)，可以從根本上應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)、解決上述難題。采 用超導(dǎo)電力技術(shù)，提高單機(jī)容量和電網(wǎng)的輸送容量，降低電網(wǎng)的損耗，限制故障短路電流、 提高電網(wǎng)的安全性和改善電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性改善電能的質(zhì)量、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 和可靠性、降低電壓等級(jí)、提高電網(wǎng)的安全性、降低電網(wǎng)的占地面積和電網(wǎng)的造價(jià)及電網(wǎng)的 改造成本，并使超大規(guī)模電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。超導(dǎo)電力技術(shù)的核心是超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性化設(shè)計(jì)，其主要考慮如何防止超導(dǎo)體出 現(xiàn)常態(tài)區(qū)，或者一旦出現(xiàn)常態(tài)區(qū)時(shí)，如何設(shè)法使常態(tài)區(qū)不致擴(kuò)散，并最終恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)運(yùn)行。 因?yàn)槌瑢?dǎo)磁體的失超總是從某一點(diǎn)開(kāi)始，雪崩式地迅速擴(kuò)散至整個(gè)磁體，最終將磁體損壞。 因此，靈敏的失超檢測(cè)是很有必要的。對(duì)于超導(dǎo)磁體的失超檢測(cè)有過(guò)多種探索，包括冷卻媒體的溫升、壓力、流速檢測(cè)、 電壓檢測(cè)、超聲波檢測(cè)等多種方法。冷卻媒體的溫升、壓力、流速的變化必然依存于失超后 磁體上產(chǎn)生的熱量，存在一個(gè)時(shí)間滯后問(wèn)題；超聲波檢測(cè)法靈敏度較高，對(duì)電流和溫度變化 都很敏感，能在超導(dǎo)電纜出現(xiàn)局部熱量積累或絕緣損壞而尚未發(fā)生失超時(shí)觀測(cè)到傳遞函數(shù) 的變化，預(yù)先采取一定的措施將失超損失減到最低。但該方法容易受外部電磁場(chǎng)干擾，而且 需附加一套超聲波發(fā)生接收裝置，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)較困難。電壓檢測(cè)法和橋式電路檢測(cè)法都存 在噪聲干擾的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢 測(cè)裝置，可以很好的解決橋式電路存在的問(wèn)題。它對(duì)交流和直流電路同樣適用，且不受噪聲 干擾的影響。本實(shí)用新型提供的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置依次包括第一和第二 超導(dǎo)線圈、電壓傳感器電路、差分運(yùn)算放大器、絕對(duì)值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、 比較電路和輸出信號(hào)；第一和第二超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過(guò)電壓傳感器電路后作為差分運(yùn)算 放大電路的輸人，由差分運(yùn)算放大電路對(duì)輸入的電壓信號(hào)取差值，并對(duì)其進(jìn)行放大，差分運(yùn) 算放大電路將輸出信號(hào)K(U1-U2)輸入絕對(duì)值電路，絕對(duì)值電路對(duì)輸出信號(hào)K(U1-U2)取絕對(duì) 值，經(jīng)過(guò)模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)P = K(U1-U2)^i, K的大小由電路中的具體參數(shù)來(lái) 確定；根據(jù)改進(jìn)后的有源功率檢測(cè)法，附加二階巴特沃斯低通濾波器，有源功率信號(hào)P經(jīng)過(guò)低通濾波器并使它在通帶范圍內(nèi)具有最平坦的幅頻響應(yīng)，在截止頻率附近具有較陡的幅頻 特性；比較電路根據(jù)檢測(cè)到的P值的大小，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平或低電平，當(dāng)超導(dǎo)線圈 未失超時(shí)，P值小于門閥電壓，輸出信號(hào)為高電平；當(dāng)超導(dǎo)線圈失超時(shí)，P值大于門閥電壓， 輸出信號(hào)為低電平，這樣根據(jù)輸出信號(hào)就可以判斷超導(dǎo)是否失超。所述的電壓傳感器電路的構(gòu)造是第一超導(dǎo)線圈與第一限流電阻串聯(lián)后連接第一 霍爾電壓傳感器，第一霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第三取樣電阻連接電路的輸出端，第二超 導(dǎo)線圈與第二限流電阻串聯(lián)后連接第二霍爾電壓傳感器，第二霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第 四取樣電阻連接電路的另一輸出端，將此量輸出端作為差分運(yùn)算放大電路的輸入端。經(jīng)過(guò) 絕對(duì)值電路，不僅能夠獲得與被測(cè)電壓成正比的電壓信號(hào)，而且可以對(duì)輸入信號(hào)中的電磁 干擾進(jìn)行隔離，提高檢測(cè)精度?？驁D所述中的差分放大電路和模擬乘法電路構(gòu)成一個(gè)差分放大及模擬乘法電路， 實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型中，差分運(yùn)放選用精密低功耗儀表放大器INA128，&和1 6 為限流電阻，R7為增益電阻，其輸出為(1+50K Ω/R5) (U1-U2)。運(yùn)放Al和Α2組成絕對(duì)值電 路，對(duì)前級(jí)電路的輸出信號(hào)取絕對(duì)值，該運(yùn)放宜選用低功耗、高速度的集成運(yùn)算放大器。模 擬乘法器選用精度高、線性度好的集成芯片RC4200，端口 Portl為與超導(dǎo)線圈串聯(lián)的分流 器上的電流，經(jīng)過(guò)模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)，P = (U1-U2)^i0本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本實(shí)用新型提供了一種基于有源功率的新檢測(cè)裝置，該裝置能準(zhǔn)確、快速、及時(shí)地 檢測(cè)超導(dǎo)磁體每次失超信號(hào)，保證了失超保護(hù)裝置及時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)作，進(jìn)而保證了超導(dǎo)磁體 的安全穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置無(wú)需在每匝線圈上都安裝電壓傳感器，提高了檢測(cè)靈敏度，該裝置 能夠很好的不受噪聲干擾的影響，能很好的應(yīng)用于交直流系統(tǒng)，克服了橋路電路檢測(cè)法用 于交流電路時(shí)，外接電阻損耗能量的缺點(diǎn)。該輸出信號(hào)可以與數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)結(jié) 合，經(jīng)過(guò)軟件編程控制保護(hù)回路的及時(shí)動(dòng)作，為超導(dǎo)磁體提供一套快速實(shí)時(shí)的數(shù)字式失超 保護(hù)裝置。

圖1為本實(shí)用新型的失超信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)框圖。圖2為本實(shí)用新型與數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3為本實(shí)用新型的電壓傳感器電路。圖4為本實(shí)用新型的差分放大及模擬乘法電路。圖5為有源功率檢測(cè)法，其中，圖5-1有源功率檢測(cè)法的原理圖；圖5-2為改進(jìn)后的有源功率檢測(cè)法原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述本實(shí)用新型如圖1所示。圖1給出了失超信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)由超導(dǎo)線 圈、電壓傳感器電路、差分運(yùn)算放大器、絕對(duì)值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較電 路和輸出信號(hào)八部分組成。其工作過(guò)程是超導(dǎo)線圈Ll和L2上的電壓經(jīng)過(guò)電壓傳感器電路后作為差分運(yùn)算放大電路的輸人，該電路對(duì)輸入的電壓信號(hào)取差值，并可對(duì)其進(jìn)行放大， 輸出信號(hào)為K (U1-U2)，絕對(duì)值電路對(duì)其取絕對(duì)值，經(jīng)過(guò)模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)P = K(Ul-ii2)*i，K的大小由電路中的具體參數(shù)來(lái)確定。根據(jù)改進(jìn)后的有源功率檢測(cè)法，附加低 通濾波電路，選用二階巴特沃斯低通濾波器，使其在通帶范圍內(nèi)具有最平坦的幅頻響應(yīng)，在 截止頻率附近具有較陡的幅頻特性。比較電路根據(jù)檢測(cè)到的P值的大小，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換 為高電平或低電平，當(dāng)超導(dǎo)線圈未失超時(shí)，P值小于門閥電壓，輸出信號(hào)為高電平；當(dāng)超導(dǎo) 線圈失超時(shí)，P值大于門閥電壓，輸出信號(hào)為低電平，這樣根據(jù)輸出信號(hào)就可以判斷超導(dǎo)是 否失超。圖3是本實(shí)用新型的電壓傳感器電路。圖中L1和L2為超導(dǎo)線圈，隊(duì)和&為限流 電阻，民和禮為取樣電阻，為了獲得良好的線性度，U1和U2采用霍爾電壓傳感器。這樣經(jīng) 過(guò)隔離電路，不僅能夠獲得與被測(cè)電壓成正比的電壓信號(hào)，而且可以對(duì)輸入信號(hào)中的電磁 干擾進(jìn)行隔離，提高檢測(cè)精度。圖4是本實(shí)用新型的差分放大及模擬乘法電路。本實(shí)用新型中，差分運(yùn)放選用精 密低功耗儀表放大器INA128，民和R4為限流電阻，&為增益電阻，其輸出為(1+50KQ/R5) (U1-U2)。運(yùn)放Al和A2組成絕對(duì)值電路，對(duì)前級(jí)電路的輸出信號(hào)取絕對(duì)值，該運(yùn)放宜選用低 功耗、高速度的集成運(yùn)算放大器。模擬乘法器選用精度高、線性度好的集成芯片RC4200，端 口 Portl為與超導(dǎo)線圈串聯(lián)的分流器上的電流，經(jīng)過(guò)模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)，P =
(U1-U2)^i0圖2是本實(shí)用新型與數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)框圖。采用了模 塊化設(shè)計(jì)的思想，整個(gè)硬件裝置分為失超信號(hào)檢測(cè)裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理模塊、鎖相環(huán) 模塊、控制模塊和接口模塊組成。其中信號(hào)調(diào)理模塊由放大電路和濾波電路組成；由于所選 用的DSP芯片功能強(qiáng)大，因此包括AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊也包括了許多外圍存儲(chǔ) 器件；接口模塊主要由各種外圍接口的控制電路組成；鎖相環(huán)模塊和控制模塊是提升系統(tǒng) 性能的控制電路。以上所述可以看出，本實(shí)用新型除了能準(zhǔn)確、快速、及時(shí)地檢測(cè)超導(dǎo)磁體的失超信 號(hào)，保證了失超保護(hù)裝置的及時(shí)動(dòng)作，從而保證超導(dǎo)磁體的安全穩(wěn)定運(yùn)行外，能完全反映超 導(dǎo)磁體失超后的電壓變化情況，對(duì)輸入信號(hào)中的電磁干擾進(jìn)行隔離，提高檢測(cè)精度。而且該 輸出信號(hào)可以與數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)結(jié)合，經(jīng)過(guò)軟件編程控制保護(hù)回路的及時(shí)動(dòng)作， 為超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體提供一套快速實(shí)時(shí)的數(shù)字式失超保護(hù)裝置。
權(quán)利要求1.一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置，其特征在于該裝置依次包括第一和 第二超導(dǎo)線圈、電壓傳感器電路、差分運(yùn)算放大器、絕對(duì)值電路、模擬乘法電路、低通濾波電 路、比較電路和輸出信號(hào)；第一和第二超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過(guò)電壓傳感器電路后作為差分 運(yùn)算放大電路的輸人，差分運(yùn)算放大電路將輸出信號(hào)輸入絕對(duì)值電路，絕對(duì)值電路的輸出 信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬乘法電路、低通濾波電路輸入比較電路，比較電路將判斷超導(dǎo)是否失超的檢 測(cè)結(jié)果作為輸出信號(hào)進(jìn)行輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置，其特征在于所述 的電壓傳感器電路的構(gòu)造是第一超導(dǎo)線圈與第一限流電阻串聯(lián)后連接第一霍爾電壓傳感 器，第一霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第三取樣電阻連接電路的輸出端，第二超導(dǎo)線圈與第二 限流電阻串聯(lián)后連接第二霍爾電壓傳感器，第二霍爾電壓傳感器的輸出經(jīng)第四取樣電阻連 接電路的另一輸出端，將此兩輸出端作為差分運(yùn)算放大電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置，其特征在于所述的 差分放大電路和模擬乘法電路構(gòu)成一個(gè)差分放大及模擬乘法電路，實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)。
專利摘要一種基于有源功率的超導(dǎo)磁體失超檢測(cè)裝置。包括第一和第二超導(dǎo)線圈、電壓傳感器電路、差分運(yùn)算放大器、絕對(duì)值電路、模擬乘法電路、低通濾波電路、比較電路和輸出信號(hào)等。超導(dǎo)線圈上的電壓經(jīng)過(guò)電壓傳感器電路后作為差分運(yùn)算放大電路的輸人，由該電路對(duì)輸入的電壓信號(hào)取差值，并對(duì)其進(jìn)行放大，輸出信號(hào)為K(u1-u2)，絕對(duì)值電路對(duì)輸出信號(hào)取絕對(duì)值，再經(jīng)過(guò)模擬乘法電路實(shí)現(xiàn)有源功率檢測(cè)P＝K(u1-u2)*i。信號(hào)P經(jīng)過(guò)低通濾波器、比較電路后，根據(jù)檢測(cè)到的P值的大小，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平或低電平，當(dāng)超導(dǎo)線圈未失超時(shí)，P值小于門閥電壓，輸出信號(hào)為高電平；當(dāng)超導(dǎo)線圈失超時(shí)，P值大于門閥電壓，輸出信號(hào)為低電平，這樣根據(jù)輸出信號(hào)就可以判斷超導(dǎo)是否失超。
文檔編號(hào)G01R33/12GK201897633SQ20102055134
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者劉思佳, 周雪松, 宋代春, 權(quán)博, 李圣明, 梁芳, 田程文, 陳浩, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)