一种直流支撑电容器老化试验电源装置的制作方法

1.本发明属于高压电工领域，更具体地，涉及一种直流支撑电容器老化试验电源装置。


背景技术：

2.作为直流输电换流阀、风电换流器等设备的核心部件，直流支撑电容器起到稳定直流侧电压、提供负载变化时能量调节、补偿无功功率、减小电压过冲和瞬时过电压等重要作用。换流器的失效故障中，超过20％的故障是由直流支撑电容的失效引起，可以说直流支撑电容是换流器中最脆弱的器件之一，直流支撑电容器的击穿以及因老化导致的电容量下降均会影响换流器整体的运行情况。因此为保证换流器可以长时间、高效率地正常运行，需要直流支撑电容器具有较高的可靠性。由于与开关器件相并联，直流支撑电容器工作时需承受交直流复合电压，其中交流电压分量主要包含工频一次谐波、二次谐波、三次谐波以及数千赫兹的高次谐波，其交流电压分量可以达到直流分量的10％以上。因此，为研究直流支撑电容器的可靠性，需要模拟直流支撑电容器的运行工况给电容器施加交直流复合电压。
3.目前的电源装置大多只能输出单一的直流电压或交流电压，而无法输出交直流复合电压，直流支撑电容器上的电压幅值、频率、上升速率等因素均会对电容的击穿特性和寿命特性产生影响，导致电容器性能的下降，如不考虑这些因素的影响，使用现有装置对直流支撑电容器进行测试，得到的电容器性能参数(如寿命、击穿场强等)会优于工程实际中的性能参数，从而导致对直流支撑电容器可靠性的错误估计，这种错误估计可能会导致工程中直流支撑电容器的频繁故障，影响换流器的长期稳定运行。因此需要设计一种可以输出交直流复合电压的电源装置，以满足直流支撑电容器的测试要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种直流支撑电容器老化试验电源装置，旨在解决由于现有电源装置只能输出单一直流电压或交流电压，导致测试得到的电容器性能参数不符合工程实际的问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种直流支撑电容器老化试验电源装置，包括：相互并联形成并联端口的交流电压输出模块和直流电压输出模块，所述并联端口的一端与待测直流支撑电容器连接，另一端接地；
6.所述交流电压输出模块用于输出幅值和频率可调的交流电压，包括交流电压源、继电器、升压变压器、限流电阻和隔直电容；所述交流电压源的输出端与所述继电器的一端连接，所述继电器的另一端与所述升压变压器的原边连接，所述升压变压器的副边与所述限流电阻的一端连接，所述限流电阻的另一端与所述隔直电容的一端连接，所述隔直电容的另一端与所述直流电压输出模块并联；
7.所述直流电压输出模块用于输出幅值和升压速率可调的直流电压，包括充电电阻、硅堆、继电器和直流电压源；所述充电电阻的一端与所述交流电压输出模块并联，所述
充电电阻的另一端与所述硅堆的输出端连接，所述硅堆的输入端与所述继电器的一端连接，所述继电器的另一端与所述直流电压源连接。
8.优选地，还包括并联于所述隔直电容两端的并联电阻。
9.优选地，所述并联电阻的阻值为2mω。
10.优选地，所述充电电阻的阻值为100kω。
11.优选地，所述隔直电容的电容值大于或等于所述待测直流支撑电容器的电容值的10倍。
12.优选地，所述并联端口的一端与待测直流支撑电容器的高压端连接，所述待测直流支撑电容器的低压端接地。
13.按照本发明的第二方面，提供了一种直流支撑电容器老化试验方法，采用如第一方面所述的直流支撑电容器老化试验电源装置，将所述交流电压输出模块输出的交流电压及所述直流电压输出模块输出的直流电压同时施加至所述待测直流支撑电容器，以模拟其实际运行工况，对其进行击穿及老化试验。
14.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
15.(1)本发明提供的直流支撑电容器老化试验电源装置，可以输出交直流复合电压，也可以实现单一的直流或交流电压的输出，可以模拟直流支撑电容器实际运行工况，用于直流支撑电容器的击穿及老化试验；
16.(2)本发明提供的直流支撑电容器老化试验电源装置，可以对输出的交流电压的幅值和频率进行调节，也可以对直流电压的幅值和升压速率进行调节，直流支撑电容上电压的幅值、频率、上升速率等因素均会对电容的击穿特性及寿命特性产生影响，本发明能在测试过程中对这些影响因素进行研究，得到尽可能接近实际工程的电容器性能参数；
17.(3)本发明提供的直流支撑电容器老化试验电源装置，结构简单、可操作性强、输出电压高，由于直流支撑电容器的额定电压一般在kv级，因此测试过程中电源装置一般要输出超过3kv的电压，本发明完全满足测试需要。
附图说明
18.图1是本发明实施例提供的直流支撑电容器老化试验电源装置结构示意图。
19.图2是本发明实施例提供的直流支撑电容器老化试验电源装置输出的交直流复合电压波形。
20.图3是本发明实施例提供的直流支撑电容器老化试验电源装置输出的毫秒尺度下的稳定交直流复合电压波形。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.本发明实施例提供一种直流支撑电容器老化试验电源装置，如图1所示，包括：相
互并联形成并联端口的交流电压输出模块和直流电压输出模块，所述并联端口的一端与待测直流支撑电容器连接，另一端接地；
23.所述交流电压输出模块用于输出幅值和频率可调的交流电压，包括交流电压源1、继电器2、升压变压器3、限流电阻4和隔直电容5；所述交流电压源1的输出端与所述继电器2的一端连接，所述继电器2的另一端与所述升压变压器3的原边连接，所述升压变压器3的副边与所述限流电阻4的一端连接，所述限流电阻4的另一端与所述隔直电容5的一端连接，所述隔直电容5的另一端与所述直流电压输出模块并联；
24.所述直流电压输出模块用于输出幅值和升压速率可调的直流电压，包括充电电阻7、硅堆8、继电器9和直流电压源10；所述充电电阻7的一端与所述交流电压输出模块并联，所述充电电阻7的另一端与所述硅堆8的输出端连接，所述硅堆8的输入端与所述继电器9的一端连接，所述继电器9的另一端与所述直流电压源10连接。
25.优选地，还包括并联于所述隔直电容5两端的并联电阻。
26.具体地，所述隔直电容两端并联电阻，用于故障情况下隔直电容能量的泄放。当测试过程中直流支撑电容器发生断路或短路故障，电源装置会触发保护进而停止运行，由于隔直电容的电容值一般很大，这时隔直电容上会残留很大的能量，如不并联电阻进行泄放，会对严重威胁人身安全。
27.优选地，所述并联电阻的阻值为2mω。
28.具体地，将并联电阻的阻值设置为2mω，如果并联电阻的阻值过小，会导致隔直电容与并联电阻并联后呈现电阻的特性，导致隔直电容的作用消失，影响隔直电容的使用。
29.优选地，所述充电电阻7的阻值为100kω。
30.具体地，充电电阻用于限制直流电源充电电流的大小，但充电电阻太大会导致充电时间太长，太小会导致直流电源充电电流过大损坏电源装置，因此将充电电阻为100kω，以便保证充电时间在10s以内，同时充电电流小于电源额定电流。
31.优选地，所述隔直电容5的电容值大于或等于所述待测直流支撑电容器的电容值的10倍。
32.具体地，所述隔直电容的电容值大于或等于所述直流支撑电容器的10倍，是由于交流电压会在隔直电容与直流支撑电容器间分压，隔直电容的电容值越小，直流支撑电容器上所分电压越小，这会导致该电源装置可输出的最大交流电压受限。隔直电容的电容值大于或等于所述直流支撑电容器的10倍，则输出的交流电压幅值可以达到交流电源输出电压幅值的90％以上，基本满足测试需要。
33.优选地，所述并联端口的一端与待测直流支撑电容器的高压端6连接，所述待测直流支撑电容器的低压端6`接地。
34.对本发明实施例提供的电源装置进行以下参数设置：充电电阻阻值为100kω，隔直电容的电容量为1μf，隔直电容两端的并联电阻的阻值为2mω，直流电压源输出升压速率为200v/s的直流电压，在直流电压上叠加幅值为100v、频率为50hz的交流电压，电源装置输出的交直流复合电压如图2所示。直流电压源输出电压达到4kv并稳定后，电源装置输出的电压波形如图3所示。
35.本发明实施例提供一种直流支撑电容器老化试验方法，采用如上述任一实施例所述的直流支撑电容器老化试验电源装置将所述交流电压输出模块输出的交流电压及所述
直流电压输出模块输出的直流电压同时施加至所述待测直流支撑电容器，以模拟其实际运行工况，对其进行击穿及老化试验。
36.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。