本發(fā)明涉及直流輸電換流閥測試平臺及其測試方法，具體涉及一種直流輸電換流閥光耦合模塊接收回路可靠性測試平臺及測試方法。

背景技術(shù)：

換流閥是直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備。閥基電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)對換流閥全部晶閘管級的觸發(fā)和監(jiān)測保護(hù)功能，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到直流輸電系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運(yùn)行。光耦合模塊是閥基電子設(shè)備上重要的光信號收發(fā)裝置。閥基電子設(shè)備通過光耦合模塊實(shí)現(xiàn)與換流閥上晶閘管一一對應(yīng)的觸發(fā)和監(jiān)測保護(hù)的功能。由于特高壓直流輸電工程往往包含至少數(shù)百乃至上千個(gè)晶閘管級，并對應(yīng)有上百個(gè)光耦合模塊。其中的光接收通道總量達(dá)到上千個(gè)。任何一個(gè)光接收通道的損壞都會直接導(dǎo)致對應(yīng)晶閘管級不能觸發(fā)，并可能導(dǎo)致晶閘管級故障，對直流工程正常運(yùn)行造成威脅。對于直流輸電工程，晶閘管級故障是重要設(shè)備受損事件，一旦超過冗余數(shù)量，必須跳閘停電檢修，經(jīng)濟(jì)損失以億元計(jì)算。

由于閥基電子設(shè)備體積的限制，光耦合模塊具有體積小、集成度高、運(yùn)行發(fā)熱量大的特點(diǎn)。如何提高光耦合模塊光接收回路在這種特定環(huán)境下的運(yùn)行可靠性是目前國內(nèi)外直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

由于閥基電子設(shè)備體積限制，光耦合模塊具有體積小、集成度高的特點(diǎn)。在尺寸為寬不足10厘米、高不足1.5厘米的模塊上集成了18路光信號通道。由于模塊加工精度的限制和集成度高造成組裝困難的原因，光耦合模塊光接收回路往往出現(xiàn)接收功率小引起傳輸信號畸變和運(yùn)行壽命短、可靠性差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種直流輸電換流閥光耦合模塊接收回路可靠性測試平臺及測試方法，通過本方法從光耦合模塊組裝工藝控制和可靠性測試兩方面提升光耦合模塊光接收回路可靠性。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種換流閥光耦合模塊接收回路可靠性測試平臺，其改進(jìn)之處在于，所述測試平臺包括電源系統(tǒng)、光耦合模塊在線封裝平臺和信號監(jiān)測模塊，所述電源系統(tǒng)中的電阻與 光耦合模塊連接，所述光耦合模塊在線封裝平臺的光耦合模塊接收回路與信號監(jiān)測模塊連接。

進(jìn)一步地，所述電源系統(tǒng)由5V直流電源和100Ω的電阻串聯(lián)組成，電源系統(tǒng)兩端做成針管輸出頭以便將排線正負(fù)極插入，給光接收二極管供電；其中每個(gè)發(fā)光二級管通過一個(gè)針管輸出頭與電源系統(tǒng)相連接，二極管的1號引腳連接電源系統(tǒng)的正極，二極管的3號引腳為電源負(fù)極，二極管的2號引腳作為光電轉(zhuǎn)換后的信號引入到信號監(jiān)測模塊的FPGA芯片中。

進(jìn)一步地，所述光耦合模塊在線封裝平臺包括固定工裝和光耦合模塊孔槽，光耦合模塊固定在固定工裝上，將光接收二極管安裝到光耦合模塊對應(yīng)孔槽內(nèi)，光耦合模塊與光接收二極管構(gòu)成光耦合模塊接收回路；光耦合模塊接收回路通過衰減為≤2db的150米的光纖與信號監(jiān)測模塊連接，信號監(jiān)測模塊包含一片F(xiàn)PGA微控制器及配套電路；通過微控制器仿真器將FPGA芯片連接至電腦并在電腦屏幕上顯示獲取的電信號波形；通過與光源信號的占空比波形參數(shù)對比判斷光接收回路接收光功率是否在合格范圍內(nèi)。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用光耦合模塊接收回路可靠性測試平臺進(jìn)行測試的測試方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟：

步驟一：組裝光耦合模塊接收回路；

步驟二：測試光耦合模塊接收回路可靠性。

進(jìn)一步地，所述步驟一的組裝光耦合模塊接收回路包括：

將光耦合模塊固定在固定工裝上，將光接收二極管安裝到光耦合模塊對應(yīng)孔槽內(nèi)；

電源系統(tǒng)給光接收二極管供電，采用衰減為≤2db的150米的光纖將光接收二極管的光信號傳輸至信號監(jiān)測模塊中；

通過微控制器仿真器將FPGA芯片連接至電腦并在電腦屏幕上顯示獲取的電信號波形；通過與光源信號的占空比等波形參數(shù)對比可以判斷光接收回路接收光功率是否在合格范圍內(nèi)；

在光接收二極管的周圍點(diǎn)上膠水，自然封裝固化，不使用溫箱烘干；在固化過程中，不觸碰光接收器及其信號線，確保調(diào)整后的光接收器位置不變；

固化完成后對光耦合模塊接收回路的光接收功率進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)光功率合格后再進(jìn)入可靠性測試環(huán)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述步驟二的測試光耦合模塊接收回路可靠性包括：

檢驗(yàn)光耦合模塊外觀以確保光耦合模塊光接收回路無損；

進(jìn)行光耦合模塊接收回路光信號波形測試：光耦合模塊組裝到閥基電子設(shè)備光收發(fā)板卡上后對光收發(fā)板卡進(jìn)行測試和失效篩選，光功率測試后進(jìn)行最終電氣性能測試檢出不合格品。

進(jìn)一步地，對光收發(fā)板卡進(jìn)行測試包含光耦合模塊在內(nèi)的閥基電子設(shè)備光收發(fā)板電測試是在常溫下對閥基電子設(shè)備功能的整體性功能測試；其中與光耦合器模塊功能相關(guān)的測試是交互信號自檢測試；交互信號自檢測試中對光耦合模塊上光接收器輸入頻率為1MHz、幅值為5VDC、占空比為50％的標(biāo)準(zhǔn)測試用脈沖信號，經(jīng)過光耦合模塊接收回路轉(zhuǎn)換后的電信號連接至光收發(fā)板的FPGA集成芯片中；FPGA集成芯片程序?qū)κ盏降慕?jīng)過光接收器轉(zhuǎn)換后的電信號的頻率、幅值和占空比三個(gè)參數(shù)的進(jìn)行自檢性測試；試驗(yàn)中FPGA芯片程序監(jiān)測到任何參數(shù)不合格則會發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，提示光收發(fā)板失效；失效篩選是在特殊環(huán)境條件下對閥基電子設(shè)備光收發(fā)板進(jìn)行的電測試；測試方法和判據(jù)與常溫下電測試方法相同；不同點(diǎn)是試驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度、持續(xù)時(shí)間不同；其目的是通過改變器件運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，加速器件老化的進(jìn)程，對器件本身制造工藝或組裝工藝存在缺陷所引起的低于預(yù)期壽命的早期失效進(jìn)行提前篩選；篩選試驗(yàn)項(xiàng)目包括：高溫篩選、低溫篩選和溫度循環(huán)篩選內(nèi)容。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

1)采用本發(fā)明的光耦合模塊接收回路組裝工藝可以將光接收通道接收功率精確控制在合格范圍內(nèi)，剔除光功率差異性，整體提高光耦合模塊接收回路光功率效率。

2)采用本發(fā)明的可靠性試驗(yàn)方法后光耦合模塊光接收回路在工程應(yīng)用中的失效率低于0.025％，可靠性非常高。

3)采用本方法可以實(shí)現(xiàn)大批量光耦合模塊光接收回路篩選過程中的流程化操作，從而節(jié)約人力，并摒除人為錯(cuò)檢、漏檢的現(xiàn)象。

4)使用發(fā)明中的電源系統(tǒng)供電，在獲得光耦合模塊光接收回路完整外特性基礎(chǔ)上，可以大大降低操作人員受電擊的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的耦合器模塊光接收回路功率測試原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實(shí)施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實(shí)施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實(shí)施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨(dú)的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。 一些實(shí)施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實(shí)施方案的部分和特征。本發(fā)明的實(shí)施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個(gè)范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過一個(gè)的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

本發(fā)明提供一種換流閥光耦合模塊接收回路可靠性測試平臺，所述測試平臺包括電源系統(tǒng)、光耦合模塊在線封裝平臺和信號監(jiān)測模塊，所述電源系統(tǒng)中的電阻與光耦合模塊連接，所述光耦合模塊在線封裝平臺的光耦合模塊接收回路與信號監(jiān)測模塊連接。如圖1所示，首先通過電源系統(tǒng)給固定好的耦合模塊上的全部光接收回路供電，并將光電轉(zhuǎn)換后的信號信號監(jiān)測模塊。其中：電源系統(tǒng)由一個(gè)5V直流電源和100Ω的電阻串聯(lián)組成，電源系統(tǒng)兩端做成針管輸出頭以便將排線正負(fù)極插入給光接收二極管供電；在線封裝平臺是整個(gè)生產(chǎn)測試工裝的核心部分，其中每個(gè)發(fā)光二級管通過一個(gè)針管輸出頭與電源系統(tǒng)相連接，二極管的1號引腳連接電源系統(tǒng)的正極，二極管的3號引腳為電源負(fù)極，二極管的2號引腳作為光電轉(zhuǎn)換后的信號引入到信號監(jiān)測模塊的FPGA芯片中，頻率為1MHz、幅值為5VDC、占空比為50％的標(biāo)準(zhǔn)測試用脈沖信號通過150米的光纖(衰減率為≤2db)來輸入到光耦合模塊光接收回路。

微控制器仿真器可以將FPGA芯片連接至電腦并在電腦屏幕上顯示獲取的電信號波形，通過檢測接收到光信號的模型參數(shù)是否合格來判斷光接收通道是否正常，具體判據(jù)包括波形無毛刺、頻率無偏差、占空比在45％至65％之間。通過以上測試可以等效模擬光耦合模塊接收回路在工程運(yùn)行中的真實(shí)運(yùn)行工況。光耦合模塊組裝到閥基電子設(shè)備光收發(fā)板卡上后參與光收發(fā)板卡的高溫、低溫等環(huán)境篩選試驗(yàn)。測試中光耦合模塊光接收回路同樣處于上述測試狀態(tài)并長期運(yùn)行，以此可以實(shí)現(xiàn)對光接收回路全部元器件的整體考核、剔除早期失效元件的目的，從而提高光耦合模塊整體可靠性。

對光收發(fā)板卡進(jìn)行測試包含光耦合模塊在內(nèi)的閥基電子設(shè)備光收發(fā)板電測試是在常溫下對閥基電子設(shè)備功能的整體性功能測試；其中與光耦合器模塊功能相關(guān)的測試是交互信號自檢測試；交互信號自檢測試中對光耦合模塊上光接收器輸入頻率為1MHz、幅值為5VDC、占空比為50％的標(biāo)準(zhǔn)測試用脈沖信號，經(jīng)過光耦合模塊接收回路轉(zhuǎn)換后的電信號連接至光收發(fā)板的FPGA集成芯片中；FPGA集成芯片程序?qū)κ盏降慕?jīng)過光接收器轉(zhuǎn)換后的電信號的頻率、幅值和占空比三個(gè)參數(shù)的進(jìn)行自檢性測試；試驗(yàn)中FPGA芯片程序監(jiān)測到任何參數(shù)不合格則會發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，提示光收發(fā)板失效；失效篩選是在特殊環(huán)境條件下對閥基電子 設(shè)備光收發(fā)板進(jìn)行的電測試；測試方法和判據(jù)與常溫下電測試方法相同；不同點(diǎn)是試驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度、持續(xù)時(shí)間不同；其目的是通過改變器件運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，加速器件老化的進(jìn)程，對器件本身制造工藝或組裝工藝存在缺陷所引起的低于預(yù)期壽命的早期失效進(jìn)行提前篩選；篩選試驗(yàn)項(xiàng)目包括：高溫篩選、低溫篩選和溫度循環(huán)篩選內(nèi)容。

本發(fā)明提出了一種用于提升直流輸電換流閥光耦合模塊光接收回路可靠性測試方法，其技術(shù)組成重點(diǎn)闡述創(chuàng)新部分。

本發(fā)明涉及到的發(fā)明內(nèi)容包括如下兩部分內(nèi)容：光耦合模塊接收回路組裝工藝控制方法和可靠性測試方法。

在光耦合模塊模塊接收回路組裝工藝部分，本發(fā)明針對傳統(tǒng)組裝工藝中先組裝后測試的基本流程進(jìn)行改進(jìn)。提出在光耦合模塊模塊接收回路光接收管組裝階段加入光接收器臨時(shí)定位結(jié)合復(fù)測光功率校驗(yàn)的工藝環(huán)節(jié)，以此達(dá)到確保光耦合模塊模塊接收回路中光接收二極管與光耦合模塊安裝座最佳的位置配合，將由于安裝位置偏差引發(fā)的光功率損失降到最低。

本發(fā)明該部分具體步驟包括：將耦合器固定在固定工裝上，將光接收二極管安裝到光耦合模塊對應(yīng)孔槽內(nèi)。然后給光接收二極管供電，采用衰減為≤2db的150米的光纖將頻率為1MHz、幅值為5VDC、占空比為50％的標(biāo)準(zhǔn)測試用脈沖光信號引如到信號監(jiān)測模塊中。信號監(jiān)測模塊實(shí)時(shí)測試耦合器光接收回路的光信號波形。通過專用工具不斷調(diào)整光接收二極管位置使得光接收功率達(dá)到目標(biāo)要求值范圍內(nèi)。然后在光接收二極管的周圍點(diǎn)上膠水，自然封裝固化，不使用溫箱烘干。在固化過程中，不觸碰光接收器及其信號線，確保調(diào)整后的光接收器位置不變。其固化完成后對耦合器的光接收功率進(jìn)行復(fù)測確認(rèn)光功率合格后再進(jìn)入可靠性測試環(huán)節(jié)。

直流工程中光耦合模塊接收回路將常年處于接收光信號的狀態(tài)，其運(yùn)行壽命要求達(dá)到40年。如何保證光耦合模塊接收回路的高可靠性一直是直流輸電裝備制造領(lǐng)域的難題。本發(fā)明針對如何剔除易失效光耦合模塊接收回路而提高其整體可靠性而提出了一種可靠性測試方法。

光耦合模塊接收回路可靠性測試步驟：首先目測檢驗(yàn)耦合模塊外觀以確保光耦合模塊光接收回路無損，再進(jìn)行耦合模塊光功率測試。光耦合模塊組裝到閥基電子設(shè)備光收發(fā)板卡上后對光收發(fā)板卡進(jìn)行測試和失效篩選，光功率測試后進(jìn)行最終電氣性能測試檢出不合格品。

實(shí)施例

本發(fā)明已經(jīng)在多個(gè)國內(nèi)特高壓直流輸電工程中成功應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際工程量的大小、工期要求和實(shí)際設(shè)備情況合理配置每批次耦合模塊光功率試驗(yàn)的板卡數(shù)量，通常情況下，完成全 部光收發(fā)板卡光接收器的失效與篩選試驗(yàn)，同時(shí)可以同步進(jìn)行功能測試和目檢。

采用該方法后，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，本單位產(chǎn)出累計(jì)超過600個(gè)光耦合模塊，在其出廠后投運(yùn)前的工程現(xiàn)場試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)任何一塊光收發(fā)板卡失效，從而認(rèn)為，目前的方法可以確保將失效率降低到0.025％以下。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。