引言

隨著城市發(fā)展,人們的用電需求量越來越大,而煤炭、石油等能源是不可再生的,還會對環(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是我國自主設(shè)計、研制的世界上第一個大型非圓截面、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,實現(xiàn)各種不同要求的等離子體位形和不同運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個橋臂,每個橋臂由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,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）,需對變流器均流系數(shù)進行計算與分析,若均流系數(shù)不滿足要求,會影響變流器的安全運行、損耗和整機效率。根據(jù)大功率變流器均流的測試經(jīng)驗,得出用羅氏線圈測量是最經(jīng)濟、有效、簡單、安全、可靠的方法。為了保證每套羅氏線圈測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,需對每套羅氏線圈測量系統(tǒng)進行校準(zhǔn),保證均流系數(shù)的計算結(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)并確認合格,零磁通霍爾電流傳感器準(zhǔn)確度等級為0.3級,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)確度等級為2..級,比例系數(shù)為K2單位:A/V）。數(shù)字多用表1測量零磁通霍爾電流傳感器輸出電壓V1,數(shù)字多用表2測量被校準(zhǔn)羅氏線圈及配套積分器輸出電壓V2,根據(jù)公式（1）可計算回路電流I:

1.2校準(zhǔn)程序

（1）通電前,檢測人員檢查校準(zhǔn)時需要用到的儀器設(shè)備、現(xiàn)場溫濕度環(huán)境。

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

3）啟動電源和儀器設(shè)備。

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

假設(shè)每套羅氏線圈及配套積分器校準(zhǔn)3個點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,并記錄和及時計算出電流,查看羅氏線圈測量結(jié)果是否準(zhǔn)確,對于不準(zhǔn)確的羅氏線圈,最后統(tǒng)一進行調(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,檢測人員易疲勞,計算出錯。

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套羅氏線圈同時校準(zhǔn),附屬設(shè)施模擬量隔離機箱、航空插頭接口、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換機箱）及傳輸信號線同時參與測量,校準(zhǔn)實際使用時測量的準(zhǔn)確性和可靠性,實時顯示并存儲校準(zhǔn)結(jié)果,自動進行數(shù)據(jù)計算。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)確度等級為..3級,比例系數(shù)為K2(單位:A8V）:羅氏線圈測量系統(tǒng)準(zhǔn)確度等級為2.0級,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個采集通道,且每個通道相互獨立,準(zhǔn)確度等級為0.2級。把零磁通霍爾電流傳感器和72套羅氏線圈測量系統(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通道測量的電流值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)場溫濕度環(huán)境。

(2）檢測人員按照校準(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,并連接測量回路。

(3）啟動儀器設(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）點擊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始采集,檢查零點是否有故障羅氏線圈或線路,無故障點擊結(jié)束。

(5）啟動電源,按照約定的電流值輸出電流,一人操作電源,另一人點擊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始采集。羅氏線圈及配套積分器校準(zhǔn)3個點,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)點擊采集3次,自動記錄每次采集的波形并計算測量結(jié)果。

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

2.3校準(zhǔn)波形及計算

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

2.4新型校準(zhǔn)方法的優(yōu)點

(1）該方法實現(xiàn)了72套羅氏線圈測量系統(tǒng)校準(zhǔn)和信號采集的同步,提高了校準(zhǔn)效率,縮短了校準(zhǔn)時間。

(2）該方法校準(zhǔn)時自動記錄波形,波形保存在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬盤里,可以隨時調(diào)取查看,存儲、溯源方便,且自動計算測量結(jié)果,減少了人為誤差,保證了準(zhǔn)確度。

(3）該方法實現(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),減少了對隔離電路、轉(zhuǎn)換接口機箱的單獨校準(zhǔn),降低了校準(zhǔn)成本,符合現(xiàn)場實際使用情況,提高了羅氏線圈實際使用的準(zhǔn)確性和可靠性。

3結(jié)語

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