CN101923130A - 一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法，重点涉及饱和电抗器的阻抗试验测量项目。通过阻抗测试仪在直流和交流下通过频率扫描可以获得饱和电抗器的各项线性参数，根据测试结果可以提取绕组电阻、铁心电感、铁损电阻、端间杂散电容等各电气参数，并且得到各参数随频率的变化关系曲线，对饱和电抗器可以更加全面地检验其线性参数是否满足要求。该发明可以全面地获得饱和电抗器的各项线性参数及随频率变化的关系曲线，试验方法简单，操作灵活，转换关系推导简单。

Description

一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法

技术领域

本发明属于电力电子器件试验方法领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法。

背景技术

直流输电换流阀用饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的重要部件之一。它由铁芯和绕组组成，利用铁芯材质的饱和特性获得电气参数的饱和特性。它在换流阀中的工作电压、电流、电动力、发热等特性和GB10229-1988所规定的串联电抗器、启动电抗器、平波电抗器、滤波电抗器等均不同。

饱和电抗器的阻抗特性是其最重要的特性之一。其电气特性参数中包括绕组电阻、铁心电感、空心电感、端间电容等各项参数，而各参数随频率变化而变化，电感电阻和电容的参数都混合在一起，不容易区分测量。因此，在不同频率下对其进行测试，区分不同频率下的主要参数，进一步提取各参数随频率的变化曲线。

电抗器的国家标准《GB10229-1988》，分析了平波电抗器、滤波电抗器等各种电抗器的阻抗测试方法，但是并未涉及到直流输电换流阀用饱和电抗器的阻抗特性测试方法。直流输电换流阀用饱和电抗器有其特殊性，铁心特性以及整体的电气特性参数与现有电抗器均有所不同，不可一味套用。

本发明是考虑了饱和电抗器的全面的线性模型参数，针对全频率范围进行测量，并且给出了不同频率下电气特性参数的计算和提取方法，比现有文献更全面。

发明内容

本发明的目的是提供一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法，重点涉及饱和电抗器的阻抗试验测量项目。通过阻抗测试仪在直流和交流下通过频率扫描可以获得饱和电抗器的各项线性参数，根据测试结果可以提取绕组电阻、铁心电感、铁损电阻、端间杂散电容等各电气参数，并且得到各参数随频率的变化关系曲线，对饱和电抗器可以更加全面地检验其线性参数是否满足要求。该专利可以全面地获得饱和电抗器的各项线性参数及随频率变化的关系曲线，试验方法简单，操作灵活，转换关系推导简单。本发明的一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法，包括以下步骤：

(1)确定方法即通过频率的方法分别测量饱和电抗器的各项线性电气参数；分别包括饱

和电抗器的线圈直流电阻、铁损电阻、铁心线性电感和端间电容；

(2)频率段区分，划分5个频率段，分别为直流、低频、中频、高频、超高频；

(3)测试阻抗，在不同频率段分别测试其阻抗，通过适当转换获得对应参数；

(4)频率曲线，最终获得各参数随频率的变化曲线。

其中，使用RLC表记测量饱和电抗器的阻抗特性：

$Z=\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{C}_o+\frac{1}{R_{\mathrm{dc}}+\frac{1}{\frac{1}{R_e}+\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{L}_H}}}}$ (式一)

由于在不同频段下，各部分电气参数所占的分量有所不同，因此通过以下的步骤和测量顺序可以获得饱和电抗器随频率变化的阻抗特性，以及获得各部分参数的具体数值；

(1)直流电阻

饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc，即线圈直流电阻，因此通过万用表或者电桥即可测量得到其数值，可以根据饱和电抗器直流电阻的大小来选择表记的量程档位；

(2)在低频下(0～f₁)Hz的电感

f₁定义为铁心线性电感呈现的感抗与铁损电阻相等时频率的一半，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₁也有所不同，不过一般来说此频率数值在几百Hz到几千Hz之间。

在这个频段，由于饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗要低于其铁损电阻，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc和L_H通过RLC表记测量结果Z，可以获得电感的L_H大小，由式二可以计算得到：

$L_H=\frac{\sqrt{{\left|Z\right|}^2-R_{\mathrm{dc}}^2}}{2\mathrm{\πf}}$ (式二)

其中，f为测量的频率大小；

(3)在中频(f1～f2)Hz下的铁损电阻

f₂定义为铁心线性电感呈现的感抗为铁损电阻1～2倍时的频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₂也有所不同，不过一般来说此频率数值在几百Hz到几千Hz之间。

在这个频段，饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗增大，数值与铁损电阻相当甚至会略大，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc、L_H和R_e，通过RLC表记测量结果Z，可以获得铁损电阻Re的大小，通过式三可以计算得到：

$\mathrm{Im}\left(\frac{R_e*j2\mathrm{\πf}{L}_H}{R_e+j2\mathrm{\πf}{L}_H}\right)=\mathrm{Im}\left(Z\right)$ (式三)

其中Im为取虚部的含义，j为基本虚数单位；

(4)在高频(f₃-f₄)Hz下的端间电容

f₃定义为饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗为铁损电阻和铁心电感呈现感抗并联之后数值的0.5～1倍时频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₃也有所不同，不过一般来说此频率数值在几千Hz到几兆Hz之间。

在这个频段，饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗已经降低至和铁心电感及铁损电阻相当的量级，故根据RLC表记的测量结果，可以获得端间电容Co的大小，通过式四可以计算得到：

$C_0=\frac{1}{2\mathrm{\πf}\left|Z\right|}$ (式四)

(5)在超高频(＞f₄)Hz下的阻抗特性

f₄定义为饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗远小于铁损电阻和铁心电感呈现感抗并联之后数值时的频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₄也有所不同，不过一般来说此频率数值至少为数十兆Hz。

在这个频段，由于频率较高，饱和电抗器的测量结果中包含了众多杂散参数，如杂散电感等，而在此阶段，只需要通过RLC表记获得整体的阻抗特性即可；

从而获得饱和电抗器整体阻抗随频率的变化曲线，同时可以获得各相关参数的数值，上述步骤的不同频率段需要结合饱和电抗器的具体测量结果进行区分。

本发明技术方案的优点是：

1.规范化饱和电抗器阻抗试验测试项目；

2.规范化饱和电抗器阻抗试验测试步骤。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的饱和电抗器的电气模型示意图。

图2是饱和电抗器杂散电容的测量。

图3是依据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

某一型号的饱和电抗器，线圈直流电阻为0.2毫欧，铁损电阻为300欧姆，铁心线性电感为5毫亨，端间电容为500皮法。

图一是饱和电抗器的电气模型示意图，用RLC表计通过图2所示的电路进行测量，其中①为RLC表记的电源，②为RLC表记的电压测量器件，③为RLC表记的电流测量器件，④为RLC表记的显示屏，⑤为RLC表记的电压测量端子1，⑥为RLC表记的电压测量端子2，⑦为RLC表记的电流测量端子1，⑧为RLC表记的电流测量端子2，⑨为被测试品饱和电抗器。饱和电抗器的阻抗特性的表达式为式一所示。

$Z=\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{C}_o+\frac{1}{R_{\mathrm{dc}}+\frac{1}{\frac{1}{R_e}+\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{L}_H}}}}$ (式一)

由于在不同频段下，各部分电气参数所占的分量有所不同，因此通过以下的步骤和测量顺序可以获得饱和电抗器随频率变化的阻抗特性，以及获得各部分参数的具体数值。

(1)直流

饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc，即线圈直流电阻。因此通过万用表或者电桥即可测量得到其数值，可以根据饱和电抗器直流电阻的大小来选择表记的量程档位。

(2)在低频下(0～f₁)Hz

在这个频段，由于饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗要低于其铁损电阻，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc和L_H，通过RLC表记测量结果Z，可以获得电感的L_H大小，由式二可以计算得到。

$L_H=\frac{\sqrt{{\left|Z\right|}^2-R_{\mathrm{dc}}^2}}{2\mathrm{\πf}}$ (式二)

其中，f为测量的频率大小。

(3)中频(f1～f2)Hz

在这个频段，饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗增大，数值与铁损电阻相当，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc、L_H和R_e，通过RLC表记测量结果Z，可以获得铁损电阻Re的大小，通过式三可以计算得到。

$\mathrm{Im}\left(\frac{R_e*j2\mathrm{\πf}{L}_H}{R_e+j2\mathrm{\πf}{L}_H}\right)=\mathrm{Im}\left(Z\right)$ (式三)

其中Im为取虚部的含义，j为基本虚数单位。

(4)高频(f₃-f₄)Hz

在这个频段，饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗已经降低至和铁心电感及铁损电阻相当的量级，故根据RLC表记的测量结果，可以获得端间电容Co的大小，通过式四可以计算得到。

$C_0=\frac{1}{2\mathrm{\πf}\left|Z\right|}$ (式四)

(5)超高频(＞f₄)Hz

在这个频段，由于频率较高，饱和电抗器的测量结果中包含了众多杂散参数，如杂散电感等。而在此阶段，只需要通过RLC表记获得整体的阻抗特性即可。

综上所述，根据上述步骤就可以获得饱和电抗器整体阻抗随频率的变化曲线，同时可以获得各相关参数的数值。上述步骤的不同频率段需要结合饱和电抗器的具体测量结果进行区分。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (2)

1.一种换流阀用饱和电抗器的特殊试验方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)确定方法即通过频率的方法分别测量饱和电抗器的各项线性电气参数；分别包括饱和电抗器的线圈直流电阻、铁损电阻、铁心线性电感和端间电容；

(2)频率段区分，划分5个频率段，分别为直流、低频、中频、高频、超高频；

(3)测试阻抗，在不同频率段分别测试其阻抗，通过适当转换获得对应参数；

(4)频率曲线，最终获得各参数随频率的变化曲线。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于使用RLC表记测量饱和电抗器的阻抗特性：

$Z=\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{C}_o+\frac{1}{R_{\mathrm{dc}}+\frac{1}{\frac{1}{R_e}+\frac{1}{j2\mathrm{\πf}{L}_H}}}}$ (式一)

由于在不同频段下，各部分电气参数所占的分量有所不同，因此通过以下的步骤和测量顺序可以获得饱和电抗器随频率变化的阻抗特性，以及获得各部分参数的具体数值；

(1)直流电阻

饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc，即线圈直流电阻，因此通过万用表或者电桥即可测量得到其数值，可以根据饱和电抗器直流电阻的大小来选择表记的量程档位；

(2)在低频下(0～f₁)Hz的电感

f₁定义为铁心线性电感呈现的感抗与铁损电阻相等时频率的一半，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₁也有所不同，不过一般来说此频率数值在几百Hz到几千Hz之间。

在这个频段，由于饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗要低于其铁损电阻，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc和L_H，通过RLC表记测量结果Z，可以获得电感的L_H大小，由式二可以计算得到：

$L_H=\frac{\sqrt{{\left|Z\right|}^2-R_{\mathrm{dc}}^2}}{2\mathrm{\πf}}$ (式二)

其中，f为测量的频率大小；

(3)在中频(f1～f2)Hz下的铁损电阻

f₂定义为铁心线性电感呈现的感抗为铁损电阻1～2倍时的频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₂也有所不同，不过一般来说此频率数值在几百Hz到几千Hz之间。

在这个频段，饱和电抗器的铁心线性电感所呈现的阻抗增大，数值与铁损电阻相当甚至会略大，故饱和电抗器的阻抗特性主要呈现其R_dc、L_H和R_e，通过RLC表记测量结果Z，可以获得铁损电阻Re的大小，通过式三可以计算得到：

$\mathrm{Im}\left(\frac{R_e*j2\mathrm{\πf}{L}_H}{R_e+j2\mathrm{\πf}{L}_H}\right)=\mathrm{Im}\left(Z\right)$ (式三)

其中Im为取虚部的含义，j为基本虚数单位；

(4)在高频(f₃-f₄)Hz下的端间电容

f₃定义为饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗为铁损电阻和铁心电感呈现感抗并联之后数值的0.5～1倍时频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₃也有所不同，不过一般来说此频率数值在几千Hz到几兆Hz之间。

在这个频段，饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗已经降低至和铁心电感及铁损电阻相当的量级，故根据RLC表记的测量结果，可以获得端间电容Co的大小，通过式四可以计算得到：

$C_0=\frac{1}{2\mathrm{\πf}\left|Z\right|}$ (式四)

(5)在超高频(＞f₄)Hz下的阻抗特性

f₄定义为饱和电抗器的等效端间电容所呈现的阻抗远小于铁损电阻和铁心电感呈现感抗并联之后数值时的频率，不同饱和电抗器的电气特性参数对应的f₄也有所不同，不过一般来说此频率数值至少为数十兆Hz。

在这个频段，由于频率较高，饱和电抗器的测量结果中包含了众多杂散参数，如杂散电感等，而在此阶段，只需要通过RLC表记获得整体的阻抗特性即可；

从而获得饱和电抗器整体阻抗随频率的变化曲线，同时可以获得各相关参数的数值，上述步骤的不同频率段需要结合饱和电抗器的具体测量结果进行区分。

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