本發(fā)明涉及電力電子器件領(lǐng)域，更具體涉及一種換流閥用飽和電抗器熱老化的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

中國是世界上運(yùn)行與在建直流工程最多、容量最大、線路最長的直流輸電大國。隨著直流工程的增加和電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，我國對(duì)直流輸電系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)提出了越來越嚴(yán)格的要求。換流閥是直流輸電工程的核心設(shè)備，是交直流電能轉(zhuǎn)換的功能部件。其中飽和電抗器是換流閥中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其可靠性對(duì)直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

飽和電抗器主要由原邊線圈和鐵芯兩個(gè)功能部件組成，其中，原邊線圈采用了環(huán)氧樹脂絕緣，鐵芯采用了硅鋼片疊壓而成，其主要的失效機(jī)理是環(huán)氧樹脂絕緣的熱老化。飽和電抗器的損耗分為線圈發(fā)熱產(chǎn)生的銅損，以及鐵芯發(fā)熱產(chǎn)生的鐵損。雖然飽和電抗器的線圈銅損能夠達(dá)到幾kw，但由于其線圈采用中空的，通有冷卻水的銅管(或鋁管)構(gòu)成，線圈的散熱性能良好；鐵芯損耗為幾百w，但由于現(xiàn)有的飽和電抗器設(shè)計(jì)中，鐵芯并未直接與散熱介質(zhì)接觸，鐵芯成為飽和電抗器中溫度最高的部件，其溫度直接影響絕緣材料老化特性。

運(yùn)行中的飽和電抗器承受的是上萬伏的脈沖電壓，在這種周期性的脈沖電壓作用下，電抗器的鐵芯產(chǎn)生的渦流損耗是鐵芯發(fā)熱的主要原因。而傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備很難產(chǎn)生高壓脈沖電壓，飽和電抗器的熱老化特性一直無法在生產(chǎn)過程中得到檢驗(yàn)。

因此，需要提出了一種飽和電抗器的新型熱老化試驗(yàn)方法以克服上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種換流閥用飽和電抗器熱老化的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，為飽和電抗器的可靠性評(píng)估和提高產(chǎn)品質(zhì)量提供檢測(cè)手段。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種換流閥用飽和電抗器熱老化的試驗(yàn)裝置，所述飽和電抗器包括線圈和鐵芯；所述裝置包括供給飽和電抗器試品的電能的高頻電源和用于調(diào)節(jié)飽和電抗器的溫度的水系統(tǒng)。

所述高頻電源包括并聯(lián)的三個(gè)igbt支路和電容；所述igbt支路包括兩個(gè)串聯(lián)的igbt單元；所述igbt單元包括反相并聯(lián)的igbt和二極管；每個(gè)igbt支路對(duì)應(yīng)三相電壓中的一相連接。

所述高頻電源分別并聯(lián)各個(gè)飽和電抗器試品。

所述水系統(tǒng)通過循環(huán)水泵將水源傳送至飽和電抗器試品的線圈的輸入端進(jìn)行循環(huán)控溫；水源從線圈的輸出端流出返回到水系統(tǒng)的水源處，形成循環(huán)水源。

所述飽和電抗器試品的表面設(shè)有溫度試紙，根據(jù)所述溫度試紙的變換，使用測(cè)溫儀對(duì)飽和電抗器試品進(jìn)行溫度測(cè)量。

通過數(shù)字功率表測(cè)量所述飽和電抗器試品端口的電壓和電流。

一種換流閥用飽和電抗器熱老化的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于：包括：

(1)將飽和電抗器試品、高頻電源和水系統(tǒng)進(jìn)行連接，并在飽和電抗器試品的表面粘貼溫度試紙；

(2)根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)水系統(tǒng)的流量、溫度及電導(dǎo)率；

(3)啟動(dòng)高頻電源，在飽和電抗器試品的兩端建立穩(wěn)定的方波電壓，調(diào)整逆變電路控制頻率，實(shí)現(xiàn)負(fù)載飽和電抗器試品電壓的頻率穩(wěn)定；

(4)通過飽和電抗器試品端口的電壓和電流波形，計(jì)算其損耗，調(diào)節(jié)高頻電源的輸出電壓，使得損耗到達(dá)預(yù)設(shè)值；

(5)維持電壓幅值和頻率，通過溫度試紙和測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)飽和電抗器試品的熱點(diǎn)溫度直至熱穩(wěn)定狀態(tài)，評(píng)估飽和電抗器試品散熱設(shè)計(jì)及絕緣材料的熱耐受能力。

所述試驗(yàn)要求為水系統(tǒng)的流量(8l/min)、溫度(50℃)及電導(dǎo)率(0.5～1μs/cm)。

通過老化前后飽和電抗器的電氣參數(shù)變化率，進(jìn)行老化特性的評(píng)判，參數(shù)變動(dòng)超過10％即認(rèn)為出現(xiàn)老化。

和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果

1、本發(fā)明技術(shù)方案可在低電壓條件下將飽和電抗器的鐵芯損耗激勵(lì)到正常工作時(shí)的鐵芯損耗功率上；

2、本發(fā)明技術(shù)方案可以在實(shí)驗(yàn)室中完成飽和電抗器鐵芯熱特性的檢驗(yàn)測(cè)試；

3、本發(fā)明技術(shù)方案通過合理的等效，將實(shí)際工況中的高壓重復(fù)暫態(tài)工況變換為低電壓下的連續(xù)穩(wěn)態(tài)工況，提高了試驗(yàn)安全性和效率；

4、本發(fā)明技術(shù)方案可以進(jìn)行飽和電抗器的運(yùn)行壽命評(píng)估、鐵芯散熱特性分析及彈性體澆注工藝考核。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的飽和電抗器熱特性試驗(yàn)裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的飽和電抗器熱特性試驗(yàn)裝置拓的撲高頻加熱源結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的飽和電抗器熱老化測(cè)試波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

本例的發(fā)明提供一種換流閥用飽和電抗器熱老化的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，所述飽和電抗器包括線圈和鐵芯；所述裝置包括如圖1所示，供給飽和電抗器試品的電能的高頻電源和用于調(diào)節(jié)飽和電抗器的溫度的水系統(tǒng)。

所述高頻電源包括如圖2所示，并聯(lián)的三個(gè)igbt支路和電容；所述igbt支路包括兩個(gè)串聯(lián)的igbt單元；所述igbt單元包括反相并聯(lián)的igbt和二極管；每個(gè)igbt支路對(duì)應(yīng)三相電壓中的一相連接。

所述高頻電源分別并聯(lián)各個(gè)飽和電抗器試品。

所述水系統(tǒng)通過循環(huán)水泵將水源傳送至飽和電抗器試品的線圈的輸入端進(jìn)行循環(huán)控溫；水源從線圈的輸出端流出返回到水系統(tǒng)的水源處，形成循環(huán)水源。

所述飽和電抗器試品的表面設(shè)有溫度試紙，根據(jù)所述溫度試紙的變換，使用測(cè)溫儀對(duì)飽和電抗器試品進(jìn)行溫度測(cè)量。

通過數(shù)字功率表測(cè)量所述飽和電抗器試品端口的電壓和電流。

所述試驗(yàn)方法，其特征在于：包括：

(1)將飽和電抗器試品、高頻電源和水系統(tǒng)進(jìn)行連接，并在飽和電抗器試品的表面粘貼溫度試紙；

(2)根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)水系統(tǒng)的流量、溫度及電導(dǎo)率；

(3)啟動(dòng)高頻電源，在飽和電抗器試品的兩端建立穩(wěn)定的方波電壓，調(diào)整逆變電路控制頻率，實(shí)現(xiàn)負(fù)載飽和電抗器試品電壓的頻率穩(wěn)定；

(4)通過飽和電抗器試品端口的電壓和電流波形，計(jì)算其損耗，調(diào)節(jié)高頻電源的輸出電壓，使得損耗到達(dá)預(yù)設(shè)值；

(5)維持電壓幅值和頻率，通過溫度試紙和測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)飽和電抗器試品的熱點(diǎn)溫度直至熱穩(wěn)定狀態(tài)，評(píng)估飽和電抗器試品散熱設(shè)計(jì)及絕緣材料的熱耐受能力。

所述試驗(yàn)要求為水系統(tǒng)的流量(8l/min)、溫度(50℃)及電導(dǎo)率(0.5～1μs/cm)。

通過老化前后飽和電抗器的電氣參數(shù)變化率，進(jìn)行老化特性的評(píng)判，參數(shù)變動(dòng)超過10％即認(rèn)為出現(xiàn)老化。

其中試品可為陽極飽和電抗器。

對(duì)飽和電抗器施加高頻方波電壓的波形如附圖3所示，使鐵芯的磁疇隨電源頻率高速反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磁滯損耗，來等效實(shí)際運(yùn)行中脈沖高電壓作用下的渦流損耗。通過調(diào)整電源電壓來控制飽和電抗器的損耗功率，使飽和電抗器的損耗功率與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的損耗一致，控制電抗器的冷卻水溫度與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行最惡劣的情況一致。通過長時(shí)間的加熱，將飽和電抗器激勵(lì)到熱穩(wěn)定狀態(tài)。在熱穩(wěn)定狀態(tài)下測(cè)量飽和電抗器的熱點(diǎn)溫度，加速復(fù)現(xiàn)電抗器老化特性。

本發(fā)明的技術(shù)方案在錦屏-蘇南、哈密-鄭州等多條±800kv特高壓直流換流閥內(nèi)飽和電抗器老化性能研究中應(yīng)用，確保了飽和電抗器在多個(gè)特高壓直流輸電工程中得以應(yīng)用，并長期安全運(yùn)行。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)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(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。