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2008型说明书(下位机部分)


SVC 控制系统用户手册
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荣信电力电子股份有限公司 (版本 2008.7)

目 录
1. SVC 工作原理.................................................................................................................................................... 1 2. SVC 控制系统组成 ............................................................................................................................................ 3 3. 控制柜................................................................................................................................................................ 4 3.1 控制柜组成 .................................................................................................................................................. 4 3.2 数显表单元 .................................................................................................................................................. 5 3.3 微机监控单元 .............................................................................................................................................. 5 3.4 开关面板 ...................................................................................................................................................... 5 3.5 主控单元 ...................................................................................................................................................... 7 3.6 采样单元 .................................................................................................................................................... 20 3.7 输入/输出单元 ........................................................................................................................................... 23 4. 脉冲柜.............................................................................................................................................................. 26 4.1 脉冲柜组成 ................................................................................................................................................ 26 4.2 指示单元 .................................................................................................................................................... 27 4.3 晶闸管监测单元 ........................................................................................................................................ 28 4.4 脉冲形成单元 ............................................................................................................................................ 34 4.5 光电转换单元 ............................................................................................................................................ 40 4.6 供电单元 .................................................................................................................................................... 45 4.7 低压导通单元 ............................................................................................................................................ 47 5. 阀组单元.......................................................................................................................................................... 50 5.1 工作原理 .................................................................................................................................................... 50 5.2 RCJ 单元 .................................................................................................................................................. 50 5.3 BOD 模块 ................................................................................................................................................... 52 5.4 击穿检测模块 ............................................................................................................................................ 54

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1. SVC 工作原理
SVC 称为“静止型动态无功补偿器” ,主要用于补偿用户母线上的无功功率,这是通过连续调 节其自身无功功率来实现的。用
QS

表示系统总无功功率,
QC

QF

为用户负荷的无功功率,

QL

为晶闸管

控制电抗器(以下简称 TCR)的无功功率, 来表达:

为电容器无功功率,上述平衡过程可以用如下公式

Q S ? Q F ? Q L ? QC ? 常 数 ? 0

图错误!未指定书签。 无功补偿原理示意图

如图所示,A 为系统工作点。负荷工作时产生感性无功 容性无功
QC

QF

,补偿装置中的电容器组提供固定的
QF

,一般情况下后者大于前者,多余的容性无功由 TCR 平衡。当用户负荷
QL

变化时,

SVC 控制系统调节 TCR 电流从而改变

值以跟踪, 实时抵消负荷无功, 动态维持系统的无功平衡。

TCR 装置的组成和工作原理如下图所示:

图错误!未指定书签。 TCR 装置原理示意图 -1-

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TCR 的基本结构是两个反并联的晶闸管和电抗器串联。 晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作, 当晶闸管的控制角 α 在 90°到 180°之间时,晶闸管受控导通(控制角为 90°时完全导通,180° 时完全截至) 。在网压基本不变的前提下,增大控制角将减小 TCR 电流,减小装置的感性无功功率; 反之减小控制角将增大 TCR 电流,增大装置的感性无功。其电压-电流特性曲线如图 2(b)所示,每 条曲线是 TCR 在导通角为某一特定角度下的伏安特性。 就电流的基波分量而言, TCR 装置相当于一 个可调电纳。其等效电纳为:
Br ? 2 ? ? 2 a ? sin 2 a

? wL

其中 α 为晶闸管导通角,L 为电抗器电感值,w 为网压的角频率。 对于不对称负荷,应采用分相调节。TCR 分相调节的理论基础为 STEINMETZ 理论,在此理论 指导下,SVC 能够将负荷补偿为纯有功的三相平衡系统。 STEINMETZ 理论给出多种表达形式,本控制器采用如下补偿电纳公式:
Br
ab

?

1 3 3V 1 3 3V 1 3 3V
2 2 2

? ? ?

1 T 1 T 1 T

? ?

T

( v b c ? i a ( l ) ? v ca ? ib ( l ) ? v a b ? i c ( l ) ) d t ( v a b ? ic ( l ) ? v ca ? ib ( l ) ? v b c ? i a ( l ) ) d t ( v a b ? ic ( l ) ? v b c ? i a ( l ) ? v ca ? ib ( l ) ) d t

Br ?
bc

T

Br ?
ca

?

T

其中: ①Brab,Brbc,Brca 分别为△形连接的补偿电抗器电纳值; ②V 为系统网压有效值; ③Vab,Vbc,Vca 为系统网压(线电压)瞬时值; ④ia(l), ib(l),ic(l)为系统网流瞬时值; ⑤T 为采样周期,等于 10ms; 三相平衡负荷的无功补偿通常采用平衡调节算法,而三相不平衡负荷(如电弧炉、电气化铁路 等负载)则广泛采用分相调节,能够取得良好的电能质量治理效果。

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2. SVC 控制系统组成
SVC 控制系统由控制柜、脉冲柜和功率单元三部分组成。控制柜采集现场的电压、电流信号, 计算处理后发出触发脉冲,同时监测晶闸管运行状况。脉冲柜将触发脉冲转换为符合要求的脉冲信 号,实现触发。功率单元由晶闸管、阻容吸收、热管散热器、脉冲变压器、BOD 板和击穿检测板六 部分组成,串入电抗器回路,在脉冲信号控制下操纵晶闸管通断,使电抗器流过预期的补偿电流。 其基本结构框图示意如下:

图错误!未指定书签。 SVC 控制系统基本组成简图 此外,为便于用户随时查看 SVC 设备运行状况,在设备侧工控机和用户监控室侧 PC 机上分别 安装了相应的 SVC 监控软件, 通过该软件可实时、 详细的了解到设备运行参数以及各部分性能状况。 下文将就上述控制柜、脉冲柜、功率单元以及 SVC 监控软件作详细介绍。

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3. 控制柜
3.1 控制柜组成
控制柜由数显表单元、微机监控单元、开关面板、主控单元、采样单元、输入输出单元、整流 部分及柜内风机和照明组成,正视图如下:

数显表单元

监控微机单元 开关面板

主控单元 键盘鼠标托盘 采样单元

输入/输出单元

图错误!未指定书签。 控制柜示意图(最终产品以实物为准) 控制柜内部功能框图如下:
采样单元

主控单元

微机监控 单元

输 入 /输 出单元

图错误!未指定书签。 控制柜内部功能框图 -4-

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3.2 数显表单元

控制柜
Control cabinet

CD1941-2X4

CD194U-2X4

CD194H-2X1

A B C

A A A

电 流 Current

电 压 Voltage

功 率 Power

图错误!未指定书签。 控制柜数显表外观示意图(最终产品以实物为准) 控制柜数字表从左到右依次显示 TCR 电流,系统电网电压,系统功率因数。

3.3 微机监控单元
微机监控单元采用研华 AWS-8248V 一体化工业电脑,坚固、可靠、可扩展,带有不锈钢机箱 和高强度铝质面板,密封良好,能够适应恶劣、多尘的工业环境。监控单元安装了设备监控软件, 其详细介绍参见第 6 章。

图错误!未指定书签。 工控机外观示意图(最终产品以实物为准)

3.4 开关面板
开关面板外观如下图所示,按照从左到右的顺序依次介绍如下: ①最左侧两个按钮为控制柜及脉冲柜电源开关,绿色为启动按钮、红色为停止按钮,两按钮均 采用点动方式操作。 -5-

SVC 控制系统用户手册 ②中间旋钮为急停旋钮,当设备发生紧急事故时旋转该按钮可迅速切分断路器,分断高压。 ③急停旋钮右侧有 4 个指示灯,蓝色为本机电源指示,控制柜上电时点亮;黄色为故障显示, 设备发生故障时点亮;红色为高压合闸指示,绿色为高压分闸指示,当高压合闸后合闸指示点亮、 分闸指示熄灭,高压分掉后合闸指示熄灭、分闸指示点亮。

图错误!未指定书签。 开关面板外观示意图(最终产品以实物为准)

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3.5 主控单元
3.5.1 主控单元结构与工作原理 主控单元是整个 SVC 控制系统的核心,实现了电网电压、电流等参数的采样、运算,最后得出 晶闸管触发角,转换为光信号后传送给脉冲柜。同时,主控单元以通讯方式将工控机设定的各种参 数传给主控单元各功能板卡,并把各板卡采集的信息反馈回工控机。主控单元包括以下板卡: 表1 主控单元插卡箱板卡列表 同步板 采样 驱动板 保护板 1 1 1 1

名称

电源模 块 C01 数量(块) 1

电源模 块 C02 1

控制板 1

主控单元是控制柜的核心部分,控制柜的内部信号全部经由此单元与脉冲柜接口,主要输入输 出信号包括: ①光纤输入信号: 控制板的 AB 相正向反馈脉冲 控制板的 AB 相负向反馈脉冲 控制板的 BC 相正向反馈脉冲 控制板的 BC 相负向反馈脉冲 控制板的 CA 相正向反馈脉冲 控制板的 CA 相负向反馈脉冲 击穿检测插件箱击穿信号 击穿检测插件箱死机信号 ②光纤输出信号: 控制板的 AB 相正向脉冲 控制板的 AB 相负向脉冲 控制板的 BC 相正向脉冲 控制板的 BC 相负向脉冲 控制板的 CA 相正向脉冲 控制板的 CA 相负向脉冲 高压合闸信号 事故信号(跳闸预警) AB 相同步信号 BC 相同步信号 CA 相同步信号

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图错误!未指定书签。 主控单元插卡箱外观示意图(最终产品以实物为准) 主控单元插卡箱的外观如上图所示,其外形尺寸和安装方式为: 外形尺寸:483mm×266mm×309mm; 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 膨胀螺栓固定;

图错误!未指定书签。 主控单元插卡箱内部结构示意图(最终产品以实物为准)

主控单元插卡箱内部各板卡安装顺序, 从左到右依次为: 电源模块 C01 (24V/6A)、 电源模块 C02 (5V/4A、± 12V/1A) 、同步板、采样板、驱动板、保护板、控制板。 -8-

SVC 控制系统用户手册 3.5.2 电源模块 C01、C02 主要技术参数: 电源模块 C01:型号 4NIC-FD144 输入:DC20V-400V 输出:DC+24V/6A 供给:控制柜内用电 外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图错误!未指定书签。 C01 外观示意图(最终产品以实物为准)

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主要技术参数: 电源模块 C02:型号 4NIC-DC144 输入:DC18V-36V 输出:DC5V/4A,±12V/1A 供给:主控单元、输入输出单元及采样单元用电 外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图错误!未指定书签。 C02 外观示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册 3.5.3 驱动板 板号:6RX402.304 (1)工作原理 驱动板将设备内部与外部的开关量信号隔离,同时提高其驱动能力。外部开关量信号经光隔离 后送其他板卡;内部开关量信号经光隔离及驱动后送输入/输出模块。 驱动板原理图号:0RX354.304 (2)主要技术参数 开关量输入信号:16 路 开关量输出信号:16 路 供电方式:DC12V 及两路 DC5V 供电 (3) 外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图错误!未指定书签。 驱动板外观示意图(最终产品以实物为准) -11-

SVC 控制系统用户手册 3.5.4 2008 型保护板 板号:6RX402.305 (1)工作原理 2008 型保护扳的主要任务是完成控制系统的保护功能, 同时还是工控机与主控单元通讯的桥梁, 中转工控机的下传数据和各板卡的上传数据,同时采集和处理外部开关信号,输出跳闸和事故信号。 2008 型保护板原理图号:0RX354.305 (2)主要技术参数 与工控机通讯可中转以下数据: ①系统参数设置 ②控制板当前的触发角度 ③开关量信号 ④保护状态 ⑤系统的启动以及停止 ⑥保护板的参数设置 ⑦保护板采集到的系统故障 ⑧保护板当前的 TCR 电流 与 2008 型控制板通讯可中转以下数据: ①控制板的参数设置 ②控制板当前的 Q 值 ③控制板的启动,停止命令 与 2008 型采样板通讯可中转以下数据: ①采样板的参数设置 ②接收采样板采集的电流电压数值 (3)LED 显示说明 LED 说明 详细说明 1. 正常运行 “.” 每秒闪烁一次 2 丢脉冲 六路触发脉冲任一路丢失 3 同步故障 包括同步丢失,同步相移,同步负序,频率超限 4 过压或欠压 三相电压任一相发生过压或欠压故障 5 TCR AB 过流 速断或反时限过流 6 TCR AB 过流 速断或反时限过流 7 TCR AB 过流 速断或反时限过流 8 晶闸管击穿 任一相晶闸管击穿数量达到设定值 9 控制板死机 在规定的时间内控制板死机信号无翻转 A 采样板死机 在规定的时间内采样板死机信号无翻转或一天内采样板复位超 过三次 B 击穿板死机 在规定的时间内击穿板死机信号无翻转 C CAN 通讯故障 没有接收到采样板的数据 D SCI 通讯故障 控制板无回应或接收到的数据错误 E 存贮器故障 从存贮器中读出的数值与写入的不同 F 温度超限 阀组室温度超过设定值 0 采样板事故 采样板事故信号有效或系统错误 -12-

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(4) 拔码开关 JP1 ON 程序下载 OFF 设备运行 JP2 ON 将程序下载至 FLASH, 设备运行时使用 OFF 将程序下载至 RAM, 程序调试时使用 JP3 1 ON, 2OFF 选择 5V 复位 1 OFF, 2ON 选择 3.3V 复位 JP4 ON 使用保护板上 JP5 拔码开关下发启动停止脉冲的命令,只作为备用 OFF 上位机下发启动停止脉冲的命令,正常运行时使用。 JP5 只在 JP4 拔至 ON 状态下有效 ON 启动脉冲 OFF 停止脉冲 (5)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图错误!未指定书签。 2008 型保护板外观示意图(最终产品以实物为准) -13-

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3.5.5 同步板 板号:6RX402.307 (1)工作原理 同步板对来自采样单元的电压信号进行处理,分别提取 Uab,Ubc,Uca,Ua,Ub,Uc 的同步方波信号 供控制单元使用. 同步板原理图号 0RX354.307 (2)主要技术参数 同步板输入信号:Uab,Ubc,Uca,Ua,Ub,Uc 共 6 路电压信号 同步板输出信号:6 路电压信号的同步方波信号 供电方式:DC12V,DC-12V 及 DC5V 供电 (3)调试方法: 如图,示波器表笔一只接输入电压信号,另一只接对应的 LM211 的输出信号,调该通道的电位器, 使方波信号上升沿滞后相应的电压信号过零点 5ms 即可,如没有特殊要求,普通 SVC 控制器只调 Uab,Ubc,Uca 三个通道.

图错误!未指定书签。 2008 型同步板调试方法 (4)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

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图 16 同步板外观示意图(最终产品以实物为准)

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3.5.6 控制板 板号:6RX402.306 (1)工作原理 控制板从采样板处获得三相电网电压,三相电网电流,三相 TCR 电流的幅值及相位,进一步运算后 得到各相补偿无功值 Qab、Qbc、Qca, 进而查表得到各相晶闸管触发角α ,转化为相应的触发脉 冲信号后经光纤输出。 控制板原理图号:0RX354.306 (2)主要技术参数 I/O 输入信号: 三路网压同步信号:Uab,Ubc,Uca 启动信号; 故障禁止信号; 6 路脉冲反馈信号; I/O 输出信号: 6 路脉冲触发信号; 死机信号; 丢脉冲信号; 通讯信号: CAN 总线 RS232(TTL 电平) (3)指示灯状态说明 1P5:5V 电源工作指示灯 (4)数码管显示说明 1:自动启动状态 2:自动停止状态 3:手动启动状态 4:手动停止状态 5:AB 丢正脉冲 6:AB 丢负脉冲 7:BC 丢正脉冲 8:BC 丢负脉冲 9:CA 丢正脉冲 A:CA 丢负脉冲 b:外部故障禁止发脉冲 C:CAN 通讯故障 小数点闪烁表示通讯正常; (5) 拔码开关 -16-

SVC 控制系统用户手册 JP1 ON 程序下载 OFF 程序下载未连接,设备运行时使用 JP2 ON 将程序下载至 FLASH, 设备运行时使用 OFF 将程序下载至 RAM, 程序调试时使用 JP3 1 ON, 2OFF 选择 5V 复位, 设备运行时使用 1 OFF, 2ON 选择 3.3V 复位 (6) 特殊说明 本控制板反馈脉冲各相的正负反馈脉冲如果交叉插接,不报丢脉冲是正常现象,例 BPAB+反馈脉 冲给到 BPAB-位置, BPAB-反馈脉冲给到 BPAB+位置,系统不报丢脉冲. (7)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图 17 控制板外观示意图(最终产品以实物为准) -17-

SVC 控制系统用户手册 3.5.7 采样板 板号:6RX402.303 (1)工作原理 采样板采集母线网流 Ia、Ib、Ic, TCR 相控电流 Iab、Ibc、Ica,以及系统的网压 Uab、Ubc、 Uca 预处理得到各物理信号的基波分量,再适当变换后通过 CAN 总线传送至控制板,供其进一步计 算补偿无功值。 电流采样板原理图号:0RX354.303 (2)主要技术参数 I/O 输入信号: 电网电流 Ia、Ib、Ic TCR 电流 Iab、Ibc、Ica I/O 输出信号: 死机信号 通讯: CAN 总线 RS232 (3)指示灯状态说明 从上到下依次为:+15V1 供电指示、-15V1 供电指示、+15V2 供电指示、-15V2 供电指示 +5V1 供电指示 (4)数码管显示说明: 0:初始化状态 1:正常运行状态 E:故障状态 小数点闪烁:在 CAN 总线通讯正常的前提下,每收到 60 个网压同步信号小数点闪烁 1 次;否 则停止闪烁。 (5) 拔码开关 JP1 ON 程序下载未连接,设备运行时使用 OFF 设备运行 JP2 ON 将程序下载至 FLASH, 设备运行时使用 OFF 将程序下载至 RAM, 程序调试时使用 JP3 1 ON, 2OFF 选择 5V 复位, 设备运行时使用 1 OFF, 2ON 选择 3.3V 复位 (6)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装 -18-

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图 18 采样板外观示意图(最终产品以实物为准)

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3.6 采样单元
3.6.1 采样单元结构与工作原理 采样单元由 1 块电压互感器板和 5 块电流互感器板组成。电压互感器实现网压 Uab、Ubc、Uca 采样的前置处理,将 PT 输出的 0~100V 电压信号变换到± 5V。电流互感器实现网流、TCR 电流以 及滤波通道电流采样的前置处理,将 CT 输出的 0~5A 电流信号变换为± 电压信号,供主控单元 5V 使用。

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 19 采样单元插卡箱外观示意图(最终产品以实物为准) 采样单元由 6 块板卡组成,从左到右依次是:电流互感器板(5 块) 、电压互感器板,如图所示:

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 20 采样单元插卡箱内部结构示意图(最终产品以实物为准) 外形尺寸:483mm×266mm×309mm 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 的膨胀螺栓固定。 -20-

SVC 控制系统用户手册 3.6.2 电流互感器板 板号:6RX402.295 (1)工作原理 CT 输出的 0~5A 电流信号首先经由电流霍尔器件等比例缩小,之后送运算放大器电路做电流/ 电压变换,得到±5V 电压信号,电压信号与电流信号幅值成一固定比例关系,相位相同。 电流互感器板原理图号:0RX354.295 (2)主要技术参数 额定电流:5A 测量范围:0-20A 霍尔变流比:2500:1 绝缘电压:原边与附边电路间 3000V(50Hz) ,耐受时间 1 分钟 线性失真:<0.1% 频率范围:50Hz±10% 工作温度:-40~+85 摄氏度 (3)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:229mm×234mm 安装方式:插卡式安装

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 21 电流互感器板外观示意图(最终产品以实物为准) -21-

SVC 控制系统用户手册 3.6.3 电压互感器板 板号:6RX402.296 (1)工作原理 PT 输出的 0~100V电压信号经由电压互感器等比例缩小后送出供主控单元使用,电压信号包 括 PT 相电压和线电压。 电压互感器板原理图号 0RX354.296 (2)主要技术参数 输入额定电压:200V 测量范围:0~240V(50Hz) 电压变比:200:5 绝缘电压:原边与副边电路之间 300V(50Hz) ,耐受时间 1 分钟 线形失真:<0.1% 频率范围:50Hz±10% 工作温度:-40~+85 摄氏度 (3)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:229mm×234mm 安装方式:插卡式安装

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 22 电压互感器板外观示意图(最终产品以实物为准)

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3.7 输入/输出单元
3.7.1 输入/输出单元结构与工作原理 输入/输出单元为主控单元输入、输出的开关信号配备隔离继电器,同时为主控单元和采样单元 提供直流供电。本单元包括 3 块继电器板和 1 个继电器盒。

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 23 输入/输出单元外观示意图(最终产品以实物为准) 外形尺寸:483mm×266mm×309mm 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 的膨胀螺栓固定。

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SVC 控制系统用户手册 3.7.2 输入继电器板 板号:6RX402.297 (1)工作原理 外部输入的开关量信号经本板继电器隔离后送主控单元。 输入继电器板原理图号:0RX354.297 (2)主要技术参数 开关量信号数目:6 路 继电器线圈额定电压:DC24V (3)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:219mm×234mm 安装方式:插卡式安装

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 24 输入继电器板外观示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册 3.7.3 输出继电器板 板号:6RX402.298 (1)工作原理 主控单元输出的开关量信号经由本板继电器隔离后送外部输出。 输出继电器板原理图号:0RX354.298 (2)主要技术参数 开关量信号数目:5 路 继电器线圈额定电压:DC24V (3)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:219mm×234mm 安装方式:插卡式安装

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 25 输出继电器板外观示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册

4. 脉冲柜
4.1 脉冲柜组成
脉冲柜由指示单元、晶闸管监测单元、脉冲形成单元、光电转换单元、供电单元和低压导通实 验单元组成,如下图所示。

指示单元

晶闸管 监测单元

脉冲形成单元

光电转换单元

供电单元

图 26 脉冲柜示意图(最终产品以实物为准) 脉冲柜接收到控制柜给出的晶闸管触发光信号后,驱动脉冲触发光电转换板,将光信号转换成 电信号送给脉冲形成单元,在此形成六路强触发脉冲后经由阻抗匹配板送阀组柜分别触发六路晶闸 管。与此同时,脉冲触发信号送脉冲检测板,再变换为光信号后反馈给控制柜,供其检测触发脉冲 是否正常。 上述各功能单元将在下文详细介绍。

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4.2 指示单元
指示单元外观如下图所示:

图 27 指示单元外观示意图(最终产品以实物为准) 该单元指示脉冲柜工作状态,面板上有红色和绿色两个光示牌:其中绿色为脉冲柜供电指示, 当脉冲柜上电后,绿色光示牌点亮;红色为脉冲指示,当脉冲形成单元正常工作发出触发脉冲时, 红色光示牌点亮。 安装方式:八个φ 8的安装孔,用M6的膨胀螺栓固定。

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4.3 晶闸管监测单元
4.3.1 晶闸管监测单元结构与工作原理 晶闸管监测单元监测阀组晶闸管的运行状态,比较触发脉冲信号与反馈脉冲信号,判断当前击 穿的晶闸管数目,若已击穿数目大于等于设定值则报击穿故障,同时迅速跳闸将 TCR 切离用户母线 保护阀组安全;若当前击穿数目大于 0 但小于设定值,则报击穿故障但不跳闸,等待用户维修时更 换损坏的器件。其中,晶闸管击穿数目和详细器件编号以通讯的方式传送到控制柜主控单元,供进 一步分析和处理。

图 28 晶闸管监测单元外观示意图(最终产品以实物为准) 晶闸管监测单元 2 块板卡组成,从左到右依次是:电源板,击穿检测板,如下图所示:

图 29 晶闸管监测单元内部结构示意图(最终产品以实物为准) -28-

SVC 控制系统用户手册 晶闸管监测单元主要输入输出信号包括: ①光纤输入信号: AB 相 1~40 号可控硅运行状态信号 BC 相 1~40 号可控硅运行状态信号 CA 相 1~40 可控硅运行状态信号 Uab 同步信号 Ubc 同步信号(备用信号) Uca 同步信号(备用信号) 6 路脉冲信号(备用信号) 跳闸预警信号 高压合闸信号 ②光纤输出信号: 击穿跳闸信号 晶闸管监测单元死机信号 6 路脉冲信号(备用信号) ③通讯信号 DB9 交叉线,用于和 PC 进行 232 通讯, 外形尺寸:219mm×233mm 安装方式:八个φ 8的安装孔,用M6的膨胀螺栓固定.

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SVC 控制系统用户手册 4.3.2 电源板 板号:4NIC-50S280-5 (1)工作原理 电源板为晶闸管监测单元提供直流供电。电源板输入交流 220V,经过 EMI 集成滤波器后送 AC-DC 电源模块变换为+5V 输出。 (2)主要技术参数 输入电压:AC85~265V 输出电压:5A/4A (3)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图 30 晶闸管监测单元电源板外观示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册 4.3.3 击穿检测板 板号:6RX402.309 (1)工作原理 击穿检测板检测晶闸管运行状态,每一对反并联的晶闸管状态都由一个指示灯表征:晶闸管正 常运行时相应指示灯点亮,击穿时熄灭。击穿跳闸后故障状态锁定,晶闸管串联数量及击穿整定值 由上位机设定。在 AB 相同步信号的 90 度采集 AB 正向击穿信号,270 度采集 AB 负向击穿信号,210 度采集 BC 正向击穿信号,30 度采集 BC 负向击穿信号,330 度采集 CA 正向击穿信号,150 度采集 CA 负向击穿信号 击穿检测板原理图号:0RX354.309 (2)主要技术参数 I/O 输入信号: AB1~40 号可控硅状态 (正常---0;击穿---1) BC1~40 号可控硅状态 (正常---0;击穿---1) CA1~40 号可控硅状态 (正常---0;击穿---1) 同步信号 高压合闸信号 跳闸预警信号 I/O 输出信号: 死机信号 击穿信号 通讯: 232 通讯形式 上位机设定参数 需要设定的击穿检测板的参数如下 可控硅数:用于确定每个臂上可控硅的串数。 可控硅整定数:用于确定可控硅击穿跳闸数。 可控硅检测周波数:用于设定可控硅抗干扰击穿检测周波数。 (默认数值 4,最小数值为 2) 高压分检测周波数:用于高压分抗干扰检测周波数(默认数值 4) 安装特殊说明 对于击穿系统,如果回馈的击穿信号是脉冲信号,则 4C1~4C40,5C1~5C40,6C1~6C40 不进行 焊接。 对于没有特殊说明的系统 4GG6~4GT13 不进行焊接 对于没有特殊说明的系统 5FGT1~5FGT6,5FGT9,5FGT10 不进行焊接。 2J1 和上位机连接使用两头母头交叉线。 2J1 两端的固定螺丝需要使用塑料材质绝缘垫片。

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SVC 控制系统用户手册 (3)数码管显示说明 “1”:系统高压和信号输入 “A”:系统 AB 击穿跳闸 “B”:系统 BC 击穿跳闸 “C”:系统 CA 击穿跳闸 “8”:系统三相假击穿 “9”:控制系统发送禁止信号 “0”:系统高压分信号输入 (4)外形尺寸及安装方式 外形尺寸:159mm×234mm 安装方式:插卡式安装

图 31 击穿检测板外观示意图(最终产品以实物为准) -32-

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6 个硅焊接 1GT1-1GT6,2GT1-2GT6,3GT1-3GT6 10 个硅焊接 1GT1-1GT10,2GT1-2GT10,3GT1-3GT10 12 个硅焊接 1GT1-1GT12,2GT1-2GT12,3GT1-3GT12 14 个硅焊接 1GT1-1GT14,2GT1-2GT14,3GT1-3GT14 30 个硅焊接 1GT1-1GT30,2GT1-2GT30,3GT1-3GT30 32 个硅焊接 1GT1-1GT32,2GT1-2GT32,3GT1-3GT32 21 个 33 个 39 个 45 个 93 个 99 个

-33-

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4.4 脉冲形成单元
4.4.1 脉冲形成单元结构与工作原理 脉冲形成单元是整个脉冲柜的核心部分。在这个单元里,脉冲形成器接收光电转换单元送来的 电信号,通过输入脉冲前置放大、前沿脉冲控制、前沿脉冲形成、脉冲控制、振荡、逆变等电路模 块,将其放大形成 Pab+、Pab-、Pbc+、Pbc-、Pca+、Pca- 6 路方波脉冲信号,供后续触发使用。

脉冲形成单元

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图 32 脉冲形成单元外观示意图(最终产品以实物为准) 脉冲形成单元由 6 个脉冲形成器组成,从左到右依次为 AB+、AB-、BC+、BC-、CA+、CA-, 每个脉冲形成模块上有 1 个红色工作指示灯,当脉冲形成器正常工作时,指示灯点亮。

脉冲形成模块

脉冲形成模块

脉冲形成模块

脉冲形成模块

脉冲形成模块

脉冲形成模块

工作指示

工作指示

工作指示

工作指示

工作指示

工作指示

图 33 脉冲形成单元内部结构示意图(最终产品以实物为准) -34-

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主要技术参数: 供电电压:DC28V 两路、DC18~48V 一路、DC500V/400V 一路 触发信号形式:方波信号 脉冲形式:脉冲序列 脉冲电压:36V 脉冲周期:500μ s 脉冲电流峰值:10A 外部故障禁止脉冲功能:有 内部过流或过压保护功能:有 外形尺寸:483mm×266mm×309mm 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 的膨胀螺栓固定。

-35-

SVC 控制系统用户手册 4.4.2 脉冲形成模块 板号:6RX402.504 4.4.2.1 脉冲形成模块工作原理 (1)脉冲形成模块电路结构 脉冲形成模块主要由输入脉冲前置放大电路、前沿脉冲控制电路、前沿脉冲形成电路、脉冲控 制电路、振荡电路以及逆变电路组成,各部分之间的相互关系如下图所示:

图 34 脉冲形成单元电路结构示意图 下文将对上述主要电路模块一一阐释。 (2)输入脉冲前置放大电路 脉冲前置放大电路布置在脉冲形成器输入端,对输入脉冲进行驱动和调理,其电路结构如下图 所示,KT7 点为输出点。

图 35 输入脉冲前置放大电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) (3)前沿脉冲控制电路 上述前置放大电路输出的方波信号经过微分电路,生成一对尖脉冲送入三极管 2V23 的基极, 三极管 2V23 工作在开关状态,将尖脉冲放大后送入脉冲变压器 2T2,变压器二次侧感应出如图所示 的特定尖脉冲,送前沿脉冲形成电路。

-36-

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图 36 前沿脉冲控制电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) (4)前沿脉冲形成电路 晶闸管触发电路要求触发信号功率大、前沿陡。前沿脉冲形成电路采用 DC500V 电源供电,利 用 RC 电路控制晶闸管导通时间,控制脉冲前沿的宽度,如下图所示:

图 37 前沿脉冲形成电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) (5)脉冲控制电路 脉冲控制电路是脉冲形成器的核心部分,在脉冲前沿结束后,发出三组脉冲,分别控制振荡电 路供电电源、逆变电路供电电源和振荡电路,其电路结构如下:

图 38 脉冲控制电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) -37-

SVC 控制系统用户手册 (6)振荡电路 振荡电路控制逆变电路中三极管的开通和关断,在输出端得到脉宽固定的交变的信号,电路结 构如下:

图 39 振荡电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) (7)逆变电路 逆变电路通过控制三极管的开通和关断生成脉宽固定的电压信号,输入信号幅值变化,输出也 随之改变,正常工作中输出信号的波形如下图所示:

图 40 振荡电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) 4.4.2.2 脉冲形成模块的外形尺寸及安装方式 外形尺寸:219mm×234.5mm 安装方式:插卡式安装 其外观示意图如下:

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9001-11961C

图 41 脉冲形成器外观示意图(最终产品以实物为准)

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4.5 光电转换单元
4.5.1 工作原理 光电转换单元由三个部分组成:阻抗匹配及脉冲检测模块、脉冲触发光电转换模块和光电转换 底板。 阻抗匹配及脉冲检测模块将接收到的脉冲形成器发出的触发信号经过阻抗匹配的匹配电阻处理 成脉冲信号后送至脉冲电缆,同时将反馈脉冲转换成光信号送至控制柜供丢脉冲检测使用。 脉冲触发光电转换模块接收控制柜发出的触发脉冲光信号,将其转换成电信号,放大后送至脉 冲形成器,作为脉冲形成器的输入脉冲信号。 底板使用一个稳压模块将来自电源模块的+28V 电源分为+28V 和+5V 两路。 +28V 和+5V 给脉冲 触发光电转换模块做工作电压。 +5V 电源供给阻抗匹配及脉冲检测模块作为工作电压 (详见: 下表) 。

光电转换单元外形尺寸及安装方式 外形尺寸:483mm×266mm×309mm 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 的膨胀螺栓固定。

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光电转换单元

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图 42 光电转换单元外观示意图(最终产品以实物为准)

图 43 光电转换单元内部结构示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册 4.5.2 阻抗匹配模块 板号:6RX402.481 (1)工作原理 强触发脉冲通过阻抗匹配电路进到脉冲电缆中,脉冲电缆连接的脉冲变压器感应出来的电信号 来触发可控硅,与此同时脉冲信号通过脉冲变压器感应到次级,产生一个电信号点亮 T-1521 光头, 给控制柜一个反馈信号。 这里给出了一根 2 号线,通过机壳接到地上。它可以防止高压从脉冲电缆串入,损坏设备(详 见原理图:0RX354.481) 。 阻抗匹配模块前端的两个发光二极管在脉冲形成器正常发脉冲时发光。 (2)线路板尺寸及安装方式 外形尺寸:219mm×233mm 安装方式:插卡式安装

图 44 阻抗匹配模块(最终产品以实物为准)

9001-31641C

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SVC 控制系统用户手册 4.5.3 脉冲触发光电转换模块 板号:6RX402.483 (1)工作原理 脉冲触发光电转换模块通过光纤接受到控制柜的发送脉冲的光信号以后,通过逻辑电路把光信 号转换成六路 28V 的方波电信号,送给脉冲形成器,作为脉冲形成器的工作信号(详见原理图: 0RX354.483) 。 (2)线路板尺寸及安装方式 外形尺寸:219mm×233mm 安装方式:插卡式安装

图 45 脉冲触发光电转换模块(最终产品以实物为准)

9001-31641C

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SVC 控制系统用户手册 4.5.4 光电转换底板 板号:6RX402.482 (1)工作原理 电源单元进来的 DC+28V, 经过稳压管分成+28V 和+5V 两路。 其中+5V 一路送给阻抗匹配模块, 作为阻抗匹配板点亮发射光头 T-1521 的工作电压。另外+28V、+5V 送给脉冲触发光电转换模块, +5V 作为接受光头 R-2521 的工作电压,+28V 作为形成脉冲形成模块+28V 方波电信号的电压。 (2)线路板尺寸及安装方式 外形尺寸:430mm×132mm 安装方式:M2.5 螺钉固定

图 46 光电转换底板(最终产品以实物为准)

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4.6 供电单元
板号:6RX402.484 4.6.1 工作原理 电源单元由电源模块组成,主要是给各个单元提供工作电压,把 DC220V 的直流电源转换为 DC500V/DC400V、 DC(18-48V)、 DC28V、 DC-28V, 送给脉冲形成单元作为工作电压, 另外把 DC+28V 送给光电转换模块作为工作电压。 4.5.2 电源单元外形尺寸及安装方式 (1)电源模块 外形尺寸:219mm×233mm 安装方式:插卡式安装 (2)电源单元外形尺寸及安装方式 外形尺寸:483mm×266mm×309mm 安装方式:八个Ф 8 的安装孔,用 M6 的膨胀螺栓固定。

图 47 供电单元内部结构示意图(最终产品以实物为准)

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电源单元

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图 48 供电单元外观示意图(最终产品以实物为准)

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4.7 低压导通单元
板号:6RX402.908 4.7.1 工作原理 为了保证可控硅触发后可靠的导通,我们在每一个可控硅的阴极、阳极加上一个 36V 的交流电 压,在此电路中串上一个白炽灯,把开关推倒导通实验位置,看触发信号发出后,然后观察示波器 波形是否正常。如果白炽灯正常发光,证明可控硅已经导通。如果把开关推倒照明的位置,白炽灯 还可以作为柜内照明用。 低压导通单元分为两个部分:第一个部分是开关单元,第二部分是低压导通模块。 4.7.2 原理框图

图 49 输入脉冲前置放大电路结构示意图(电路若有改动恕不另行通知) 4.7.3 开关单元外形
1 2 3 4 4


l o


l o





柜内照明

导通试验

SCR导通试验指示灯

682

3
No 1-4 5-8 V 220 36 2.5 A

1.柜内照明

2.导通试验

3.SCR 导通试验指示灯

4.导通变压器

图 50 开关单元外形结构示意图(最终产品以实物为准) 4.6.3 4.7.4 导通模块外形 -47-

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导通试验 1 2 3 照明 波形检测

l o

SCR

6RX402.908

图 51 导通模块外形结构示意图(最终产品以实物为准) 4.7.5 试验步骤 首先将开关单元各个开关拨到关闭的位置,再检查低压导通模块的开关拨到照明的位置,再打 开开关单元的试验按钮,这时开关单元的上的白炽灯亮,同时低压导通模块的发光二极管正常发光, 证明整个电路接通。 将低压导通模块上的开关拨到试验状态,此时开关单元上的白炽灯熄灭,但是低压导通模块上 的发光二极管仍然发光,表明具备作低压导通试验的条件。 将两根长导线接在弹簧压线端子上,另两端引到阀组室中。然后把示波器的两个探头接到波形 检测的两个测试点上。 控制柜上发出触发脉冲,然后在阀组室中把从低压导通模块中引出的两根导线的另两端接在阀 臂的两端,看开关单元上的两个白炽灯是否发光,如果发光证明整个阀组臂的可控硅全部导通,如 果不发光,证明整个阀组中有可控硅没有导通。在观察示波器的导通波形(波形如下) 。 AB、BC、CA 依次如此步骤进行试验。

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SVC 控制系统用户手册 4.7.6 导通波形 在作导通试验的时候,因为导通角不同,会造成了导通波形各不相同,但是我们所关注的是反 并联的可控硅是否全部导通,所以在示波器上看到基于一个基准轴上下对称的波形即为正确。 以全导通的情况为例:

图 52 全导通波形示意图 全导通波形为 50HZ 的一个正弦波,在实际当中这种情况基本不存在,而是正弦波的一部分, 例如下图就是部分导通波形,只要关于对称横轴对称,说明可控硅已经导通:

图 53 部分导通波形示意图

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5. 阀组单元
5.1 工作原理
根据不同的电压等级,选用不同数量的可控硅反并联在不同数量的几个阀组柜中。AB、BC、 CA 三相阀组柜外的脉冲盒中分别穿过六根脉冲电缆。 当触发脉冲到来时, 脉冲盒的次级感应出一个 脉冲触发可控硅控制极。阀组柜中包含热管散热器、脉冲盒、RCJ 单元、BOD 模块、可控硅和击穿 检测模块。 5.1.1 单个阀组原理框图
RCJ
C1
2

JC1
1

2

R1-R2

2

C2
2

JC2
1

2

R4-R5 R6

2

C6
2

JC6
1

2

R 1 6 - R 1 72 R18

R3

RC
2

C7-C8
2 6

R19-R24
6

C9-C10
2 2 6

R25-R30
6 2

C17-C18
2 6

R49-R54
6

V1

V3

V11

G1 K

G3 K

G11 K

1

X1 G K

G

2
X2

X1 G K

G

3
X2

6

X1 G K

G

7
X2

BOD1

BOD2

BOD6

V2

V4

V12

G2

G4

G12

P1
1V1 B1 1V2 B3 1V3 1V4 B11 1V11 1V12

P2
2V1 B2 2V2 B4 2V3 2V4 B12 2V11 2V12

图 54 单个阀组原理框图示意图 5.1.2 单个阀组外观图

BOD
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BOD
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BOD
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BOD
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BOD
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BOD
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图 55 单个阀组外观图示意图(最终产品以实物为准)

5.2

RCJ 单元
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SVC 控制系统用户手册 5.2.1 工作原理 晶闸管一个重要的参数-断态电压临界上升率 du/dt,表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下, 使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大,超过了晶闸管的上升率,则会在 无门极信号的情况下开通,即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压,也可能发生这种 情况,因为晶闸管可以看作是由三个 PN 结组成。 为了限制电路电压上升率过大,确保晶闸管安全运行,常在晶闸管两端并联 RC 阻容吸收网络, 利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压的上升率。因为电路总是存在电感的,所以与电容 C 串联电阻 R 可以起到阻尼作用,它可以防止 R、L、C 电路在过渡过程中,因为振荡在电容两端出现 过电压损坏晶闸管, 同时避免电容器通过晶闸管放电电流过大, 造成过电流而损坏晶闸管。 另外 RCJ 单元还有取能作用,为击穿检测模块提供工作电压。 在不同的工程中,我们用不同的阻容吸收保护回路, 这里仅以一个为例。 5.2.2 RCJ 单元外观示意图

430Ω/120W

43OΩ/120W

43OΩ/120W

43OΩ/120W

43OΩ/120W

0.5uF/4000V

0.5uF/4000V

43OΩ/120W

0.5uF/4000V

R1-R15
V1
C1 C1

C1~C6
IC1
C1 C1

IC1

V4

V1
C1 C1

IC1

V4

V1

V4

+
V2 R1 V5
BV406

+
LM317 R2 V5 HT1
V6

+
LM317 R1
BV406

V3

V2 R2

V3

V2 R1 V5
BV406

LM317 R2

V3

1

2

1
V6

HT1 RX2003.3

2

1
V6

HT1 RX2003.3

2

RX2003.3

图 56 RCJ 单元外观图示意图(最终产品以实物为准)

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5.3 BOD 模块
板号:8RX064.910 5.3.1 工作原理 BOD 紧急触发回路的作用是截断由任何原因造成的可控硅正向过电压,并且再发出一个触发信 号使没有被触发的可控硅二次触发,作为后备保护触发。 5.3.2 BOD 模块外观示意图

图 57 BOD 模块外观示意图(最终产品以实物为准)

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SVC 控制系统用户手册 5.3.3 BOD 的外形及安装方式 安装方式:盒式安装 固定方式:M4 螺钉固定

BOD
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图 58 BOD 模块外型示意图(最终产品以实物为准)

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5.4 击穿检测模块
板号:RX2003.3. J 5.4.1 工作原理 击穿检测模块是检测可控硅是否正常工作的模块。由于可控硅在本系统中不可能完全导通,这 样可控硅承受一定的电压,这个能量通过电容的充放电形成了一个交变电压,把这个交变电压送给 击穿检测模块,击穿检测模通过一个的稳压管,在通过一个限流电阻点亮发光头,把光送给击穿监 测单元,速度快而且准确,通过击穿监测单元,来监测可控硅是否被击穿。 5.4.2 击穿检测模块

图 59 击穿检测模块外型示意图(最终产品以实物为准) 5.4.3 安装方式 安装方式:M4 螺钉固定 固定位置:在 RCJ 板的下方

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