CN105182123A - 一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置及其试验方法，试验装置包括饱和电抗器、高频脉冲方波电压源和水系统，饱和电抗器的数目为6～8，6～8只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；6～8只饱和电抗器水路上并联后连接至水系统；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸且连接有数字功率表和红外测温仪；本发明提供的技术方案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，可以在实验室中完成饱和电抗器铁芯热特性的检验测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种换流阀系统的试验装置及其试验方法，具体涉及一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置及其试验方法。
背景技术
饱和电抗器是换流阀中的关键设备之一。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，铁芯将成为饱和电抗器中温度最高的部件。而饱和电抗器的电气参数对温度敏感，一般要求饱和电抗器的铁芯热点温度不超过110℃，因此需要对饱和电抗器产品的散热特性进行考核。
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。而在产品生产和检验过程中，试验设备很难产生高压脉冲电压，无法将饱和电抗器的损耗激励到与正常工作相同的损耗功率水平，因此饱和电抗器的散热特性一直无法在生产过程中得到检验。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置及其试验方法，本发明提供的技术方案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，可以在实验室中完成饱和电抗器铁芯热特性的检验测试。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置，所述试验装置包括饱和电抗器、高频脉冲方波电压源和水系统，其改进之处在于，所述饱和电抗器的数目为数只，数只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；数只饱和电抗器水路上采用并联连接后连接至水系统(水系统是为试验装置提供冷却水循环的设备，保证了试验装置进水口的水温和流速)；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸且连接有数字功率表和红外测温仪(温度试纸和红外测温仪的测温范围应能够准确测量饱和电抗器热点温度值，数字功率计应能实时监测饱和电抗器的有功功率)。
进一步地，所述水系统的水温在室温至60℃的范围内可调，水流量在10～14L/min的范围内可调。
进一步地，所述高频脉冲方波电压源的工作频率为20kHz，可调输出电压为0～600V，输出功率为0～20kW。
进一步地，所述饱和电抗器的数目为6～8只。
本发明提供一种应用换流阀饱和电抗器热特性试验装置进行试验的试验方法，其改进之处征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)将6～8只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；6～8只饱和电抗器电气上并联水路上并联后连接至水系统；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸；
(2)室温下，将水系统水流量调节至6L/min，将高频脉冲方波电压源频率至20kHz；
(3)调节水系统水温至50度；
(4)将高频脉冲方波电压源的输出电压缓慢升高，测试每只饱和电抗器的功率；
(5)当每只饱和电抗器的功率达到1kW时，记录高频脉冲方波电压源的输出电压和电流，并持续通电4个小时；
(6)试验期间记录饱和电抗器表面温度试纸的温度，并通过红外测温仪记录饱和电抗器表面最高的温度。
进一步地，所述试验方法的试验判据为：在水系统的进水温50℃，水流量为6L/min，每只饱和电抗器损耗1kW的条件下，每只饱和电抗器铁心最高温度小于110℃，且饱和电抗器无变形，裂缝异常现象试验即为通过。
本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
本发明可以检验饱和电抗器的铁芯散热特性，以及饱和电抗器生产过程中的弹性体浇注等工艺。本发明提供的高频脉冲方波电压源产生高压脉冲电压，将饱和电抗器的损耗激励到与正常工作相同的损耗功率水平，因此饱和电抗器的散热特性在生产过程中得到检验，具有安全性。
附图说明
图1是本发明提供的铁芯损耗等效原理图；
图2是本发明提供的饱和电抗器热特性试验装置拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
试验原理：
饱和电抗器电抗器在运行中承受脉冲高电压作用，铁芯中产生涡流损耗；在高频方波电压的作用下，铁芯磁畴高速反转产生磁滞损耗。当两者的BH回线(磁滞回线)面积与频率的乘积相等时，铁芯的平均发热损耗一致(如图1所示)。利用此原理开发了高频加热电源，实现了在低电压小电流下进行饱和电抗器电抗器的铁芯热特性试验。
本发明提供一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置，其拓扑图如图2所示，包括：
(1)高频脉冲方波电压源，工作频率20kHz，可调输出电压0～600V，输出功率0～20kW；
(2)数字功率表；
(3)水系统(水温在室温至60℃的范围内可调，水流量在10～14L/min的范围内可调)；
(4)温度试纸和红外测温仪；
其中：饱和电抗器的数目为6～8，6～8只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；6～8只饱和电抗器水路上并联后连接至水系统；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸且连接有数字功率表和红外测温仪。
本发明提供一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置的试验方法，包括下述步骤：
(1)如图1所示，将6～8只饱和电抗器电气上并联，连接到高频电源；水路上并联，连接到水系统；饱和电抗器表面粘贴温度试纸；
(2)室温下，水系统调节水流量至6L/min，高频电源调节频率至20kHz；
(3)调节水系统水温至50度；
(4)缓慢升高高频电源的输出电压，测试每只电抗器的功率；
(5)当每只电抗器的功率达到1kW时，记录高频电源的输出电压和电流，并持续通电4个小时；
(6)试验期间记录饱和电抗器表面温度试纸的温度，通过红外测温仪记录饱和电抗器表面最高的温度；
试验判据：进水温50℃，水流量为6L/min，每台电抗器损耗1kW的条件下，铁心最高温度小于110℃，且饱和电抗器无变形，裂缝等异常现象试验即为通过。
实施例：
本发明所述的试验装置和试验方法已经在中电普瑞电力工程有限公司生产换流阀的过程中得以应用，使用本发明筛选的饱和电抗器已经在多个特高压直流输电工程中得以应用，通过限定饱和电抗器在额定工况下表面温度不超过85℃，保证了特高压直流输电换流阀的长期安全运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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。
Claims (6)
1.一种换流阀饱和电抗器热特性试验装置，所述试验装置包括饱和电抗器、高频脉冲方波电压源和水系统，其特征在于，所述饱和电抗器的数目为数只，数只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；数只饱和电抗器水路上采用并联连接后连接至水系统；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸且连接有数字功率表和红外测温仪。
2.如权利要求1所述的饱和电抗器热特性试验装置，其特征在于，所述水系统的水温在室温至60℃的范围内可调，水流量在10～14L/min的范围内可调。
3.如权利要求1所述的饱和电抗器热特性试验装置，其特征在于，所述高频脉冲方波电压源的工作频率为20kHz，可调输出电压为0～600V，输出功率为0～20kW。
4.如权利要求1所述的饱和电抗器热特性试验装置，其特征在于，所述饱和电抗器的数目为6～8只。
5.一种应用权利要求1-4中任一项所述的换流阀饱和电抗器热特性试验装置进行试验的试验方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)将6～8只饱和电抗器电气上并联后连接至高频脉冲方波电压源；6～8只饱和电抗器电气上并联水路上并联后连接至水系统；每只饱和电抗器表面粘贴有温度试纸；
(2)室温下，将水系统水流量调节至6L/min，将高频脉冲方波电压源频率至20kHz；
(3)调节水系统水温至50度；
(4)将高频脉冲方波电压源的输出电压缓慢升高，测试每只饱和电抗器的功率；
(5)当每只饱和电抗器的功率达到1kW时，记录高频脉冲方波电压源的输出电压和电流，并持续通电4个小时；
(6)试验期间记录饱和电抗器表面温度试纸的温度，并通过红外测温仪记录饱和电抗器表面最高的温度。
6.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，所述试验方法的试验判据为：在水系统的进水温50℃，水流量为6L/min，每只饱和电抗器损耗1kW的条件下，每只饱和电抗器铁心最高温度小于110℃，且饱和电抗器无变形，裂缝异常现象试验即为通过。
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2015
- 2015-09-02 CN CN201510557805.0A patent/CN105182123A/zh active Pending
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Effective date of registration: 20170804 Address after: 102209 Beijing City, Changping District science and Technology Park in the future smart grid research institute hospital Applicant after: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION Research Institute Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: STATE GRID LIAONING ELECTRIC POWER Research Institute Address before: 102209 Beijing City, Changping District science and Technology Park in the future smart grid research institute hospital Applicant before: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION RESEARCH INSTITUTE Applicant before: State Grid Corporation of China |
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