72套羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)校準(zhǔn)的方法研究

引言

隨著城市發(fā)展,人們的用電需求量越來(lái)越大,而煤炭、石油等能源是不可再生的,還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,所以人們亟需尋求一種新型的可再生的清潔能源。EASS是我國(guó)自主設(shè)計(jì)、研制的世界上第一個(gè)大型非圓截面、全超導(dǎo)托卡馬克磁約束核聚變裝置,它的最終目的是實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)并用于發(fā)電。大功率晶閘管變流器系統(tǒng)是核聚變裝置的重要組成部分,向超導(dǎo)線圈供電,實(shí)現(xiàn)各種不同要求的等離子體位形和不同運(yùn)行模式下等離子體的產(chǎn)生、加熱平衡及控制。每套變流器系統(tǒng)有6個(gè)橋臂,每個(gè)橋臂由22支大功率晶閘管并聯(lián)構(gòu)成,共有72支大功率晶閘管。大功率晶閘管變流器出廠時(shí),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體變流器通用要求和電網(wǎng)換相變流器第2-2部分:基本要求規(guī)范》TG/S3B8952—2.23）,需對(duì)變流器均流系數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析,若均流系數(shù)不滿足要求,會(huì)影響變流器的安全運(yùn)行、損耗和整機(jī)效率。根據(jù)大功率變流器均流的測(cè)試經(jīng)驗(yàn),得出用羅氏線圈測(cè)量是最經(jīng)濟(jì)、有效、簡(jiǎn)單、安全、可靠的方法。為了保證每套羅氏線圈測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,需對(duì)每套羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn),保證均流系數(shù)的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。

1羅氏線圈傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法

1.1校準(zhǔn)方法

羅氏線圈傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法需要的設(shè)備儀器有:零磁通霍爾電流傳感器、羅氏線圈及配套積分器、數(shù)字多用表、電流源。傳統(tǒng)羅氏線圈校準(zhǔn)的連接線路如圖1所示,其中零磁通霍爾電流傳感器和數(shù)字多用表是標(biāo)準(zhǔn)器具,經(jīng)外部校準(zhǔn)并確認(rèn)合格,零磁通霍爾電流傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)為0.3級(jí),比例系數(shù)為K1單位:A/V）,電源是交流電源或脈沖直流電源,羅氏線圈及配套積分器準(zhǔn)確度等級(jí)為2..級(jí),比例系數(shù)為K2單位:A/V）。數(shù)字多用表1測(cè)量零磁通霍爾電流傳感器輸出電壓V1,數(shù)字多用表2測(cè)量被校準(zhǔn)羅氏線圈及配套積分器輸出電壓V2,根據(jù)公式（1）可計(jì)算回路電流I:

1.2校準(zhǔn)程序

（1）通電前,檢測(cè)人員檢查校準(zhǔn)時(shí)需要用到的儀器設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)溫濕度環(huán)境。

2）按照校準(zhǔn)線路進(jìn)行回路連接,安裝零磁通霍爾電流傳感器及被校準(zhǔn)羅氏線圈。

3）啟動(dòng)電源和儀器設(shè)備。

4）一人操作電源輸出電流進(jìn)行測(cè)試,另一人拍照記錄兩個(gè)數(shù)字多用表同時(shí)測(cè)得的電壓,根據(jù)公式1）可以求得零磁通霍爾電流傳感器測(cè)量的回路電流I2和羅氏線圈測(cè)量的回路電流I2,若I2誤差在允許范圍內(nèi),則按照約定的電流值進(jìn)行校準(zhǔn)。

假設(shè)每套羅氏線圈及配套積分器校準(zhǔn)3個(gè)點(diǎn)2...A、2...A、3...A）,則72套羅氏線圈需要調(diào)試電流源216次,拍照216次,并記錄和及時(shí)計(jì)算出電流,查看羅氏線圈測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確,對(duì)于不準(zhǔn)確的羅氏線圈,最后統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)試。傳統(tǒng)的羅氏線圈校準(zhǔn)方法十分煩瑣,工作量非常大,檢測(cè)人員易疲勞,計(jì)算出錯(cuò)。

2羅氏線圈新型的校準(zhǔn)方法

2.1校準(zhǔn)方法

羅氏線圈新型的校準(zhǔn)方法是72套羅氏線圈同時(shí)校準(zhǔn),附屬設(shè)施模擬量隔離機(jī)箱、航空插頭接口、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)箱）及傳輸信號(hào)線同時(shí)參與測(cè)量,校準(zhǔn)實(shí)際使用時(shí)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性,實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)校準(zhǔn)結(jié)果,自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。需要用到的儀器設(shè)備有:零磁通霍爾電流傳感器、羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)、電源、多通道高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其中零磁通霍爾電流傳感器和多通道高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)外部校準(zhǔn)并確認(rèn)合格,作為標(biāo)準(zhǔn)器具使用。零磁通霍爾電流傳感器準(zhǔn)確度等級(jí)為..3級(jí),比例系數(shù)為K2(單位:A8V）:羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級(jí)為2.0級(jí),比例系數(shù)為K2,…,Kn(單位:A8V）,電源是交流電源或脈沖直流電源:多通道高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有96個(gè)采集通道,且每個(gè)通道相互獨(dú)立,準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)。把零磁通霍爾電流傳感器和72套羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)的比例系數(shù)分別設(shè)置于不同的通道,通電結(jié)束可以直接讀取每個(gè)通道測(cè)量的電流值1。新型羅氏線圈校準(zhǔn)的連接線路如圖2所示。

2.2校準(zhǔn)程序

(2）通電前,檢查需要用到的儀器設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)溫濕度環(huán)境。

(2）檢測(cè)人員按照校準(zhǔn)線路圖連接主回路,安裝零磁通霍爾電流傳感器以及72套被校準(zhǔn)羅氏線圈,并連接測(cè)量回路。

(3）啟動(dòng)儀器設(shè)備及附屬設(shè)備,設(shè)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),根據(jù)校準(zhǔn)要求設(shè)置通道的名稱、采集模式(單端或者差分）、采集范圍、比例系數(shù)(傳感器的變比）、采樣率等。

(4）點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)始采集,檢查零點(diǎn)是否有故障羅氏線圈或線路,無(wú)故障點(diǎn)擊結(jié)束。

(5）啟動(dòng)電源,按照約定的電流值輸出電流,一人操作電源,另一人點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)始采集。羅氏線圈及配套積分器校準(zhǔn)3個(gè)點(diǎn),交流有效值(1000A、2000A、3000A）,則需要調(diào)節(jié)電源3次,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)點(diǎn)擊采集3次,自動(dòng)記錄每次采集的波形并計(jì)算測(cè)量結(jié)果。

(6）最后對(duì)不準(zhǔn)確的羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)試,校準(zhǔn)完成。

2.3校準(zhǔn)波形及計(jì)算

因波形比較多,現(xiàn)提供2122羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)3000A測(cè)量波形和計(jì)算結(jié)果,分別如圖3、圖4所示。

2.4新型校準(zhǔn)方法的優(yōu)點(diǎn)

(1）該方法實(shí)現(xiàn)了72套羅氏線圈測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)和信號(hào)采集的同步,提高了校準(zhǔn)效率,縮短了校準(zhǔn)時(shí)間。

(2）該方法校準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)記錄波形,波形保存在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬盤里,可以隨時(shí)調(diào)取查看,存儲(chǔ)、溯源方便,且自動(dòng)計(jì)算測(cè)量結(jié)果,減少了人為誤差,保證了準(zhǔn)確度。

(3）該方法實(shí)現(xiàn)了羅氏線圈積分器及配套隔離電路轉(zhuǎn)換接口一起校準(zhǔn),減少了對(duì)隔離電路、轉(zhuǎn)換接口機(jī)箱的單獨(dú)校準(zhǔn),降低了校準(zhǔn)成本,符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況,提高了羅氏線圈實(shí)際使用的準(zhǔn)確性和可靠性。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述,利用多通道高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)72套羅氏線圈同時(shí)校準(zhǔn),校準(zhǔn)成本低,效率高,同步性好,準(zhǔn)確度高,存儲(chǔ)溯源方便。