一种电传动直流支撑电容寿命验证试验方法与流程

本发明涉及一种试验方法，具体为一种电传动直流支撑电容寿命验证试验方法。

技术背景

目前机车动车的电传动系统直流环节普遍选用电力电容器做中间支撑电容，支撑电容在吸收直流回路中电压的纹波、稳定中间直流电压、滤除逆变和斩波干扰等方面具有重要作用，是影响变流器性能的关键器件。从成本上来看，支撑电容约占到变流器成本的5％,比例较高。从电容的长期使用来看，电容又是重要的寿命器件，随使用年限的增加电性能逐渐下降。所以得出较准确的电容器使用寿命对整个传动系统的维护、检修及全寿命周期应用极为重要。

目前大功率电力电容器由于自身成本和试验成本较高，一般不进行小批量的寿命试验，电容的寿命曲线一般根据电容用膜的供货商提供的金属化膜温度计算方法计算，并结合电容器使用经验系数和型式试验中的耐久试验曲线来得出结果。由于没有进行小批量电容试验，故计算的寿命曲线有很大的随机性和不准确性。

技术实现要素：

本发明为了解决现有电容寿命试验方法中存在成本过高且试验数据不准确的问题，提供了一种电传动直流支撑电容寿命验证试验方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种电传动直流支撑电容寿命验证试验方法，采用如下步骤：a、选取两只同规格的新电容，在同样的工作环境下一只在最高温度下、另一只在最低温度下做完整的加速老化试验，获得两条电容容值随时间变化的曲线图；b、选取若干只同规格的旧电容对其电容性能进行检验，保证其无闪爆、击穿情况，容值衰减不超过15％，且电容参数都未达到报废指标；c、根据同规格新旧电容的测量数据对比，计算出容值衰减率，对照曲线图，折算出各温度段已经过试验的时间；d、在相同温度段并在等试验时间下通过对比最高温度和最低温度下的衰减率可以得出各相同温度段的衰减率，从而获得旧电容各温度段的加速老化寿命曲线；e、按照折算时间继续进行旧电容的加速老化试验，通过电容参数对电容寿命曲线进行校正。

影响电力电容的寿命最关键的两个因素：一是温度，二是电压电流的冲击。直流支撑电容器工作在交直交变流器或直交变流器的直流环节，正常工作电压即为直流母线的额定电压，电压波动不大，故影响电容器寿命的主要因素便是额定电压工作下的环境温度，所以通过在恒定高温下对电容器进行额定工作电压的电冲击加速老化试验就能够能模拟出电容器可能的使用寿命。但通过一两只电容器的加速老化试验，由于器件都有个性的特点，随机抽取的电容很难代表普遍性。而批量选新电容做加速老化试验成本较高，故在获取两只电容做加速老化试验的同时，选取同规格型号的在变流器使用过程中更换下来的电容例如在机车动车用牵引变流器产品中，为保证变流器的可靠性，往往根据机车变流器维修规程，到5年或6年大修时电容器就全部更换新的使用。首先通过测量获得当时的参数数值的变化，对照衰减率，参照用新电容试验获得的衰减曲线，折算成试验时间，而后拿这些旧电容器继续进行加速老化试验。通过多次电容寿命试验，获得相对准确的寿命曲线和温度和电压电流冲击的影响系数，保证电容寿命更接近其真实使用寿命，使整个电传动产品全寿命周期研究获得更准确的数据支持；除原始的寿命曲线用新电容试验来做外，其他的后续试验都采用变流器拆换下来的同规格的旧电容，通过折寿换算后继续进行寿命加速试验，大幅节约试验时间和成本。克服了现有电容寿命试验方法中存在成本过高且试验数据不准确的问题。

本发明所述的试验方法具有如下有益效果：通过对小批量的旧电容进行加速老化试验，修正电容寿命曲线，大幅提高寿命曲线的准确性、可靠性，同时又能够大幅降低试验成本，缩短了试验时间。

附图说明

图1为本发明中新电容的加速老化试验曲线图；

图2为本发明中旧电容的加速老化曲线图。

具体实施方式

一种电传动直流支撑电容寿命验证试验方法，采用如下步骤：a、选取两只同规格的新电容，在同样的工作环境下一只在最高温度下、另一只在最低温度下做完整的加速老化试验，获得两条电容容值随时间变化的曲线图；b、选取若干只同规格的旧电容对其电容性能进行检验，保证其无闪爆、击穿情况，容值衰减不超过15％，且电容参数都未达到报废指标；c、根据同规格新旧电容的测量数据对比，计算出容值衰减率，对照曲线图，折算出各温度段已经过试验的时间；d、在相同温度段并在等试验时间下通过对比最高温度和最低温度下的衰减率可以得出各相同温度段的衰减率，从而获得旧电容各温度段的加速老化寿命曲线；e、按照折算时间继续进行旧电容的加速老化试验，通过电容参数对电容寿命曲线进行校正。

具体实施过程中，如图1所示，横坐标为试验时间，单位为小时，纵坐标为电容的容值衰减率，两条曲线分别为两只电容在55℃和75℃时做的恒温电冲击试验容值衰减曲线，可以看出温度对电容寿命曲线影响非常大。

电容工作环境的最高温度和最低温度是通过电容本身及其工作环境来确定的；加速老化试验为恒温电冲击容值衰减试验；电容参数是指电容的电容量、额定电压、绝缘电阻、损耗、频率特性、温度系数、损耗因素、品质因素和介电常数。

实际试验时电容的容值、损耗角、绝缘电阻、等效电阻值等关键参数的试验变化都必须详实记录；一方面都是电容寿命周期内参数的变化曲线，另一方面都是变流器应用仿真研究的重要数据。

分别取两只标号为Ca和Cb的同规格新电容进行试验，其中衰减率用k来表示，Ca电容在55℃条件下试验的电容，Cb为75℃条件下试验的电容，表1为两只电容试验后容值的变化值表。

则k＝100*(Ca₇₂-Ca₀)/Ca₀＝100*(5.0949-5.1)/5.1＝-0.1

表1

表2

其他k值的以此类推，得到表2的结果。

折算出旧电容在加速老化试验中已做过试验的时间选用了10只旧电容，其参数变化和折寿试验时间见表3。

表3

由于旧电容使用状态的随机性，即出厂的时间、使用的时间、环境的不同导致参数变化存在巨大的差异，唯有同批次同状况使用的电容衰减变化会比较接近，所以选用出厂和拆后测量的数据对比，计算出容值衰减率，进一步对照图1的曲线，折算出55℃和75℃时已经试验过的时间。如C1电容，按照55℃试验折算时间，则现在已完成2088小时的加速老化试验，若按照75℃试验折算时间，使用后的衰减值完成了216小时试验，继续试验按照对应温度完成计算试验时间，使得试验的时间和费用得到大幅节约，这种折算法为为旧电容寿命折算法。

使用均分法获得旧电容在各温度段(及55℃与75℃之间的温度)的加速老化寿命曲线。新电容老化试验只做55℃和75℃的试验，设想每个温度段同样试验的时间下，电容容值衰减比值是等比下降的，通过衰减值差的均分法这样就可以得到60℃、65℃、70℃时的衰减曲线。其中，55℃和75℃时电容的衰减曲线已经通过电容加速老化试验获得，而60℃、65℃、70℃的未知，电容的衰减率是随温度的增加是递增的。也就是说同样的电容经过72小时的加速试验，60℃比55℃老化的速度快，65℃比70℃老化的速度快，70℃比65℃老化的速度快，75℃比70℃老化的速度快，我们姑且认为，随试验温度的等比增长，电容的老化速度即衰减率也是等比增长的。表2中，55℃和75℃时电容的衰减率是已知的，其中λt为衰减率，每试验时间点的等比变化值，则经历72小时候的衰减率等比变化λ为：λ＝-(Kb₇₅-Ka₇₅)/4＝-(-1.3+0.1)/4＝0.3

则可以得到60℃时，K₆₀＝K₅₅-λ＝-0.1-0.3＝-0.4。

以此类推，得到下表4。

表4

如图2所示，分别为均分法获得的60℃、65℃、70℃时的衰减曲线，其中等分的曲线越多，试验可参考数据越准确，再经过试验时间折算，又能够获得其他温度下已经完成试验的时间。表5为预估出的其他温度下旧电容已完成的试验时间。

表5