一种变电站传感器多物理场加速老化试验装置

本发明属于试验仪器，尤其涉及一种变电站传感器多物理场加速老化试验装置。

背景技术：

1、目前，现代科学技术和工业的突飞猛进，使得电力传感器的应用领域和范围进一步扩展，各项环境应力更为严酷。包括高温、压力、冲击等，尤以长时间高温环境、大量级压力疲劳、多种综合环境应力耦合的作用等为代表，对传感器的环境适应性、耐受性提出了更高的要求。

2、大功率电力电子变流技术因其功率密度高、动态响应速度快和主动可控性能强等特点，成为新能源汽车、海上风力发电并网及工业变频驱动等国家战略性新兴产业的基础性技术。然而，随着应用领域电压等级、功率等级的升高，电力电子装置尤其是内部传感器的高故障率正严重制约着应用系统整体可靠性的提升。

3、在实际工况下，外界温度随着昼夜、阴晴和风速等环境条件改变面发生波动；与此同时，渡过内部传感器芯片的交谈电流通常会产生交变的功率损耗。因此，在外部环境温度和内部交变损耗的双重作用下，传感器的实际运行温度是交变的，由此导致多层材料的交接面长期存在交变的法向应力和剪切应力，逐渐积累造成裂纹和分层现象的出现。经过长达几年甚至几十年，老化逐渐积累导致传感器的电气性能和运行裕度由量变发展为质变，最终造成老化失效的发生。

4、一般来说，传感器在工作过程中会受到电磁、冷热、湿度、机械力等多个物理场的作用和影响，在分析其相关性能时，考虑多个物理场的耦合作用，能够提高传感器性能分析的合理性。当前，针对传感器的性能耦合分析方法主要包括：电磁-热耦合分析方法，即分析传感器在电磁-热耦合场作用下的温升、传热性能；热-力耦合分析方法，即分析传感器在热-力耦合场作用下的应力、应变。这两种方法考虑了物理场耦合作用对传感器性能的影响，在一定程度上能够提高传感器性能分析的合理性。但是，传感器实际工作过程中受到电磁、冷热、机械力多个物理场的协同作用，而且各个物理场之间存在能量交换，是一个复杂的多场耦合系统。简单的两物理场耦合分析方法不能完全反映传感器的实际工况，在一定程度上降低了传感器的性能耦合分析方法的准确度。

5、根据传感器工作过程中主要受到电磁、冷热、湿度、机械力物理场作用的实际情况，研究其耦合关系与耦合作用的传感器电-热-力性能分析方法。本发明设计了一种多物理场下传感器加速老化试验装置。

6、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传感器实际工作过程中受到电磁、冷热、机械力多个物理场的协同作用，而且各个物理场之间存在能量交换，是一个复杂的多场耦合系统，简单的两物理场耦合分析方法不能完全反映传感器的实际工况，在一定程度上降低了传感器的性能耦合分析方法的准确度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种变电站传感器多物理场加速老化试验装置。

2、本发明是这样实现的，一种变电站传感器多物理场加速老化试验装置，所述种变电站传感器多物理场加速老化试验装置包括：高低温试验室系统、电快速瞬变脉冲群模拟系统、电动振动台系统、浪涌脉冲磁场系统；其中，待测样品固定于振动台表面，振动台置于高低温实验室系统下方，并通过高低温实验室系统下方的橡胶密封垫与高低温实验室系统密封连接，使得待测样品同时置于振动台上以及高低温实验室系统内部；浪涌脉冲磁场系统中的磁场线圈和线圈支撑架放置于高低温试验系统内部，脉冲磁场转换器、浪涌模拟器通过高低温实验室系统外壁上的洞与系统内部的待测样品进行电气连接；电快速瞬变脉冲群模拟系统通过高低温实验室系统外壁上的洞与系统内部的待测样品进行电气连接。

3、高低温试验系统室用于模拟待测样品的温度、湿度环境；

4、电动振动台系统用于模拟待测样品所处的外部复杂机械环境；

5、浪涌脉冲磁场系统和电快速瞬变脉冲群模拟系统用于模拟器件外部环境中复杂的电磁干扰环境；

6、浪涌脉冲磁场系统模拟磁场，电快速瞬变脉冲群模拟系统模拟电场。

7、进一步，所述高低温试验室系统为长方体型结构，包括高低温实验室本体、实验室壁上带橡胶塞的洞、可控制高度的高低温实验室支撑架、实验室底座滑轮、水平方向滑轮轨道；从上至下依次为高低温实验室本体、实验室壁上带橡胶塞的洞、可控制高度的高低温实验室支撑架、实验室底座滑轮、水平方向滑轮轨道；高低温实验室系统可以根据实际需求调节水平和垂直方向的位置。

8、进一步，所述电动振动台系统包括功率放大器，垂直扩展台体，水平扩展台体。所述电动振动台系统包括外置的功率放大器通过电气连接与电动振动台连接，电动振动台包括垂直扩展台体，水平扩展台体。

9、进一步，所述电快速瞬变脉冲群模拟系统包括：指示灯、触摸显示屏、功能键、lineout输出、line out参考接地。位于上面的电快速瞬变脉冲群控制系统，具体有指示灯、触摸显示屏、功能键，以及位于下面的电快速瞬变脉冲群发生器，具体有line out输出、lineout参考接地。

10、进一步，所述浪涌脉冲磁场系统包括脉冲磁场线圈，脉冲磁场转换器，浪涌模拟器，线圈支撑架。其中，线圈支撑架位于脉冲磁场线圈下方，通过电气连接与脉冲磁场转换器、浪涌模拟器相连。

11、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

12、第一、本发明能够在外部复杂多物理场条件下进行传感器的加速老化测试。本发明所设计的装置能够使不同传感器试验样品保持外部测试环境一致，从而得出可靠的试验结果。本发明能够在一定程度上进行传感器的多物理场加速老化测试，节省测试时间，同时能够降低传感器试验样品的损毁率，降低测试的成本和试验事故的发生。

13、第二，本发明所提供的一种变电站传感器多物理场加速老化试验装置，包括高低温试验室系统，电动振动台系统、浪涌脉冲磁场系统、电快速瞬变脉冲群模拟系统，并将待测传感器样品安装在电动振动台上；利用高低温试验室系统对待测样品所处环境的温度、湿度进行调节控制，同时利用电动振动台系统模拟实际的机械振动环境，同时利用浪涌脉冲磁场系统和电快速瞬变脉冲群模拟系统对待测样品的电磁场环境进行调节控制。实现根据变电站传感器在实际工作过程中同时受到的温度场、湿度场、机械物理场及电磁场的真实模拟，满足变电站传感器在温度场、湿度场、机械物理场及电磁场中多个物理场耦合条件下进行加速老化试验，进而分析多个物理场耦合关系下的传感器的电-热-力性能。本发明可以根据实际情况设置1～4种物理场同时叠加，操作方便；该装置可以使不同传感器试验样品保持外部测试环境一致，从而得出可靠的试验结果；装置可靠性高，能够真实反应待测传感器样品的实际工况，确保了传感器性能耦合分析结果的精确性。

14、第三，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：对变电站传感器进行多物理场试验，研究其薄弱环节，进行寿命评估，从而加强防护，可以极大减少设备维修费用并且增加设备使用寿命；

15、本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：目前大部分对于传感器的物理场试验测试只是在单物理场进行，但实际变电站中，传感器设备所处的复杂环境同时存在高低温、振动、电磁干扰等物理条件，所以本文设计的多物理场加速老化试验装置可以更好地模拟实际情况；

16、本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：变电站传感器的可靠性一直是电力系统中的一个技术难题，本文设计的多物理场加速老化实验装置可以通过多物理场耦合实验来研究传感器在复杂环境下的薄弱环节，从而研究其可靠性；

17、本发明的技术方案克服了技术偏见：本发明克服了技术偏见，采用了人们普遍舍弃的技术手段，解决了多物理场试验技术问题，带来了相应的技术效果。

18、第四，本发明提供的变电站传感器多物理场加速老化试验装置，其带来的显著的技术进步包括：

19、1多物理场模拟能力：该装置结合了高低温试验、振动、电磁干扰等多种物理场因素，能够更全面、更真实地模拟传感器在实际运行中的工作环境。传统的老化测试往往只针对某一特定环境因素，而此装置的综合性能更好地评估传感器的综合性能和寿命。

20、2加速老化测试：通过模拟极端工作条件，可以在较短的时间内对传感器进行加速老化，从而更快速地评估其使用寿命和的失效模式。

21、3实时反馈与调节：基于模块化的设计，可以根据实时的传感器响应对各个物理场进行调节，以模拟不同的工作条件，提高测试效率。

22、4模拟特定地理环境：如在高山和沿海地区的实施例，装置能够模拟特定地区的环境特点，对传感器进行针对性的测试，更加符合实际应用需求。

23、5提高测试准确性与可靠性：通过模拟多种物理场对传感器的综合影响，能够更真实地反映出传感器在实际应用中的性能和可靠性，从而提高测试的准确性。

24、6降低测试成本：由于装置能够模拟多种环境条件，因此可以避免为每种条件都购买单独的测试设备，从而节省了成本。

25、7提高研发效率：基于加速老化测试的结果，研发团队可以迅速调整传感器设计，以满足特定应用的需求，从而缩短产品研发周期。

26、综上所述，该变电站传感器多物理场加速老化试验装置不仅可以为传感器的设计和应用提供有力的技术支持，而且有望推动整个传感器行业的技术进步和创新。