一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置及试验方法与流程

本发明涉及电力电子器件领域，更具体涉及一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置及试验方法。

背景技术：

中国是世界上运行与在建直流工程最多、容量最大、线路最长的直流输电大国。随着直流工程的增加和电网规模的扩大，我国对直流输电系统的可靠性指标提出了越来越严格的要求。换流阀是直流输电工程的核心设备，是交直流电能转换的功能部件。其中饱和电抗器是换流阀中的关键设备之一，其可靠性对直流系统的安全稳定运行至关重要。

饱和电抗器主要由原边线圈和铁芯两个功能部件组成，其中，原边线圈采用了环氧树脂绝缘，铁芯采用了硅钢片叠压而成，其主要的失效机理是环氧树脂绝缘的热老化。饱和电抗器的损耗分为线圈发热产生的铜损，以及铁芯发热产生的铁损。虽然饱和电抗器的线圈铜损能够达到几kw，但由于其线圈采用中空的，通有冷却水的铜管(或铝管)构成，线圈的散热性能良好；铁芯损耗为几百w，但由于现有的饱和电抗器设计中，铁芯并未直接与散热介质接触，铁芯成为饱和电抗器中温度最高的部件，其温度直接影响绝缘材料老化特性。

运行中的饱和电抗器承受的是上万伏的脉冲电压，在这种周期性的脉冲电压作用下，电抗器的铁芯产生的涡流损耗是铁芯发热的主要原因。而传统的试验设备很难产生高压脉冲电压，饱和电抗器的热老化特性一直无法在生产过程中得到检验。

因此，需要提出了一种饱和电抗器的新型热老化试验方法以克服上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置及试验方法，为饱和电抗器的可靠性评估和提高产品质量提供检测手段。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置，所述饱和电抗器包括线圈和铁芯；所述装置包括供给饱和电抗器试品的电能的高频电源和用于调节饱和电抗器的温度的水系统。

所述高频电源包括并联的三个igbt支路和电容；所述igbt支路包括两个串联的igbt单元；所述igbt单元包括反相并联的igbt和二极管；每个igbt支路对应三相电压中的一相连接。

所述高频电源分别并联各个饱和电抗器试品。

所述水系统通过循环水泵将水源传送至饱和电抗器试品的线圈的输入端进行循环控温；水源从线圈的输出端流出返回到水系统的水源处，形成循环水源。

所述饱和电抗器试品的表面设有温度试纸，根据所述温度试纸的变换，使用测温仪对饱和电抗器试品进行温度测量。

通过数字功率表测量所述饱和电抗器试品端口的电压和电流。

一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置的试验方法，其特征在于：包括：

(1)将饱和电抗器试品、高频电源和水系统进行连接，并在饱和电抗器试品的表面粘贴温度试纸；

(2)根据试验要求调节水系统的流量、温度及电导率；

(3)启动高频电源，在饱和电抗器试品的两端建立稳定的方波电压，调整逆变电路控制频率，实现负载饱和电抗器试品电压的频率稳定；

(4)通过饱和电抗器试品端口的电压和电流波形，计算其损耗，调节高频电源的输出电压，使得损耗到达预设值；

(5)维持电压幅值和频率，通过温度试纸和测温仪监测饱和电抗器试品的热点温度直至热稳定状态，评估饱和电抗器试品散热设计及绝缘材料的热耐受能力。

所述试验要求为水系统的流量(8l/min)、温度(50℃)及电导率(0.5～1μs/cm)。

通过老化前后饱和电抗器的电气参数变化率，进行老化特性的评判，参数变动超过10％即认为出现老化。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案可在低电压条件下将饱和电抗器的铁芯损耗激励到正常工作时的铁芯损耗功率上；

2、本发明技术方案可以在实验室中完成饱和电抗器铁芯热特性的检验测试；

3、本发明技术方案通过合理的等效，将实际工况中的高压重复暂态工况变换为低电压下的连续稳态工况，提高了试验安全性和效率；

4、本发明技术方案可以进行饱和电抗器的运行寿命评估、铁芯散热特性分析及弹性体浇注工艺考核。

附图说明

图1为本发明实施例的饱和电抗器热特性试验装置拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例的饱和电抗器热特性试验装置拓的扑高频加热源结构结构示意图；

图3为本发明实施例的饱和电抗器热老化测试波形图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种换流阀用饱和电抗器热老化的试验装置及试验方法，所述饱和电抗器包括线圈和铁芯；所述装置包括如图1所示，供给饱和电抗器试品的电能的高频电源和用于调节饱和电抗器的温度的水系统。

所述高频电源包括如图2所示，并联的三个igbt支路和电容；所述igbt支路包括两个串联的igbt单元；所述igbt单元包括反相并联的igbt和二极管；每个igbt支路对应三相电压中的一相连接。

所述高频电源分别并联各个饱和电抗器试品。

所述水系统通过循环水泵将水源传送至饱和电抗器试品的线圈的输入端进行循环控温；水源从线圈的输出端流出返回到水系统的水源处，形成循环水源。

所述饱和电抗器试品的表面设有温度试纸，根据所述温度试纸的变换，使用测温仪对饱和电抗器试品进行温度测量。

通过数字功率表测量所述饱和电抗器试品端口的电压和电流。

所述试验方法，其特征在于：包括：

(1)将饱和电抗器试品、高频电源和水系统进行连接，并在饱和电抗器试品的表面粘贴温度试纸；

(2)根据试验要求调节水系统的流量、温度及电导率；

(3)启动高频电源，在饱和电抗器试品的两端建立稳定的方波电压，调整逆变电路控制频率，实现负载饱和电抗器试品电压的频率稳定；

(4)通过饱和电抗器试品端口的电压和电流波形，计算其损耗，调节高频电源的输出电压，使得损耗到达预设值；

(5)维持电压幅值和频率，通过温度试纸和测温仪监测饱和电抗器试品的热点温度直至热稳定状态，评估饱和电抗器试品散热设计及绝缘材料的热耐受能力。

所述试验要求为水系统的流量(8l/min)、温度(50℃)及电导率(0.5～1μs/cm)。

通过老化前后饱和电抗器的电气参数变化率，进行老化特性的评判，参数变动超过10％即认为出现老化。

其中试品可为阳极饱和电抗器。

对饱和电抗器施加高频方波电压的波形如附图3所示，使铁芯的磁畴随电源频率高速反转，产生磁滞损耗，来等效实际运行中脉冲高电压作用下的涡流损耗。通过调整电源电压来控制饱和电抗器的损耗功率，使饱和电抗器的损耗功率与现场运行时的损耗一致，控制电抗器的冷却水温度与现场运行最恶劣的情况一致。通过长时间的加热，将饱和电抗器激励到热稳定状态。在热稳定状态下测量饱和电抗器的热点温度，加速复现电抗器老化特性。

本发明的技术方案在锦屏-苏南、哈密-郑州等多条±800kv特高压直流换流阀内饱和电抗器老化性能研究中应用，确保了饱和电抗器在多个特高压直流输电工程中得以应用，并长期安全运行。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。