CN109450225A - 一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法，其步骤：按照工作电压等级，将电力电子变压器结构分为高压部分和低压部分，高压部分包括级联整流结构和DC‑DC变换器的原边侧；在电力电子变压器的高压部分外部设置有密封壳体，且密封壳体上设置有开孔，该开孔由密封塞进行密封；打开密封壳体开孔上的密封塞，将惰性气体充入密封壳体内，进而提高提高电力电子变压器内部间隙的绝缘强度。本发明能够大幅提高电力电子变换器的绝缘性能，提高其工作电压等级。

Description

一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术领域，特别是关于一种在电力系统中应用的利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法。

背景技术

电力电子变换器是一种能够实现电能形式转换的电力电子装置，随着电力电子变换器在高压大容量场合的应用，对于电力电子变换器的绝缘性能提出了更高的要求。

在电力电子变换器的设计中，一方面，为了减小整体体积和重量，提高变换器的功率密度，需要最大化利用内部空间；另一方面，电力电子变换器的内部结构较为复杂，不规则结构较多，优化难度大。以上两个难点使得在高压大容量应用场合下，电力电子变换器电势差较大的结构之间易产生间隔较小的不均匀间隙，使得局部电场强度过大，出现局部放电，甚至空气间隙击穿等现象，严重影响了电力电子变换器的安全稳定可靠运行。

目前电力电子变换器所使用的功率半导体器件受到电压等级和功率等级的限制，难以满足高压大容量场合条件下的应用。为了降低单个器件承受的电压应力，发展出了多种结构，较为典型的形式有多电平变换器或级联变换器。以级联结构为例，级联结构的每一级单元具有独立的直流母线，不同级的直流母线为串联关系，所以级联结构首末两端的直流母线之间会产生较高的电位差。在此情况下，当输入或输出的交流电压较大时，级联结构首末两端直流母线之间的电势差也较大，若结构设计不当，则在电位较高的尖端会产生局部放电现象，在电势差较大的直流母线之间会产生空气击穿现象，影响电力电子变换器的正常工作和运行，同时也限制了变换器在更高电压等级下的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法，其能够大幅提高电力电子变换器的绝缘性能，提高其工作电压等级。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法，其包括以下步骤：1)按照工作电压等级，将电力电子变压器结构分为高压部分和低压部分，高压部分包括级联整流结构和DC-DC变换器的原边侧；2)在电力电子变压器的高压部分外部设置有密封壳体，且密封壳体上设置有开孔，该开孔由密封塞进行密封；3)打开密封壳体开孔上的密封塞，将惰性气体充入密封壳体内，进而提高提高电力电子变压器内部间隙的绝缘强度。

进一步，所述步骤2)中，密封壳体底部与电力电子变压器的高压部分固定，并在固定处填充固体绝缘介质提高绝缘性能。

进一步，还包括在密封壳体内设置有气体浓度检测装置的步骤。

进一步，所述气体浓度检测装置与所述电力电子变压器的高压部分连接，将检测到的惰性气体浓度信息传输至所述电力电子变压器，与所述电力电子变压器内预设的惰性气体浓度阈值范围进行比较，若惰性气体浓度在所设定的惰性气体浓度阈值范围内，则正常工作；若监测到惰性气体浓度超出惰性气体浓度阈值范围，不能维持所需的绝缘性能，则将产生报警信号传入电力电子变压器的控制器，触发保护功能和报警功能。

进一步，所述步骤3)中，惰性气体采用SF₆/N₂混合气体或纯SF₆气体。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明为提高电力电子变换器电气绝缘性能，通过在电力电子变换器的密封壳体中充入SF₆气体、SF₆与其它气体的混合气体或其它绝缘性能较好的气体，能够大幅提高电力电子变换器内部的绝缘性能，简化变换器在绝缘结构方面的设计和优化。一方面有助于进一步提高电力电子变换器的空间利用率，进一步缩小电力电子变换器的重量和体积，提高整体的功率密度；另一方面有助于减小变换器内部结构设计的难度。综上，本发明能够大幅提高电力电子变换器的绝缘性能，提高其工作电压等级。

附图说明

图1是本发明实施例中输入侧级联输出侧并联型(ISOP)电力电子变压器拓扑结构图

图2是本发明实施例中电力电子变压器高压部分；

图3是本发明实施例中电力电子变压器高压部分外部设置密封壳体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法，其包括以下步骤：

1)按照工作电压等级，将电力电子变压器结构分为高压部分和低压部分，高压部分包括级联整流结构和DC-DC变换器的原边侧；

2)在电力电子变压器的高压部分外部设置有密封壳体，且密封壳体上设置有开孔，该开孔由密封塞进行密封；

密封壳体底部与电力电子变压器的高压部分固定，为了保证绝缘性能，并在固定处填充固体绝缘介质提高绝缘性能，起固定和提高底部绝缘性能的作用，防止底部间隙过小发生击穿现象；

3)打开密封壳体开孔上的密封塞，将惰性气体充入密封壳体内，进而提高提高电力电子变压器内部间隙的绝缘强度。

上述步骤中，还包括在密封壳体内设置有气体浓度检测装置的步骤。该气体浓度检测装置与电力电子变压器的高压部分连接，将检测到的惰性气体浓度信息传输至电力电子变压器，与电力电子变压器内预设的惰性气体浓度阈值范围进行比较，若惰性气体浓度在所设定的惰性气体浓度阈值范围内，则正常工作；若监测到惰性气体浓度超出惰性气体浓度阈值范围，不能维持所需的绝缘性能，则将产生报警信号传入电力电子变压器的控制器，触发保护功能和报警功能，以防绝缘性能下降引发危险情况。

上述步骤3)中，惰性气体可以采用SF₆/N₂混合气体、纯SF₆气体或绝缘性能更佳的其它气体。其中，惰性气体的使用可以根据实际情况进行调整，若对绝缘性能的要求较低，可以充入SF₆/N₂混合气体，并根据所需的绝缘性能调整SF₆的浓度；若对绝缘强度的提升要求较高，则可以充入纯SF₆气体或绝缘性能更佳的其它气体；若对绝缘强度的要求更高，还可以进一步增加绝缘气体的压力，达到更好的绝缘效果。

综上，本发明采用在电力电子变压器的高压部分设置密封壳体，并在密封壳体内充入惰性气体，通过密封壳体承受一定的正大气压力和负大气压力，保证密封壳体内部的绝缘性气体不发生泄露，具备良好的气密性。

实施例：

电力电子变换器在高压大容量场合的应用形式和电路拓扑结构较多，本发明对提高不同电路拓扑结构的绝缘性能均适用。电力电子变换器实现高压大容量的方式包括但不限于级联结构，以输入级级联输出级并联(ISOP)的电力电子变压器为例说明本发明，ISOP型电力电子变压器的结构如图1所示，按照工作电压等级可以分为高压部分和低压部分，输入级采用级联结构以降低单个器件承受的电压应力。

电力电子变压器的高压部分如图2所示，该部分包括级联整流结构和DC-DC变换器的原边侧，功能是将工频电压升频为高频交流电压，设单元1的正负直流母线电位分别为V_1H、V_1L，单元N的正负直流母线电位分别为V_NH、V_NL，当输入侧交流电压较高时，V_1H与V_NL的电位差随之升高，可能导致高压模块的高电位尖端发生局部放电现象。

如图3所示，在高压部分整体外部设置有密封壳体，在密封壳体内充入惰性气体，以提高提高电力电子变压器内部间隙的绝缘强度。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种利用惰性气体提高电力电子变换器内部绝缘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照工作电压等级，将电力电子变压器结构分为高压部分和低压部分，高压部分包括级联整流结构和DC-DC变换器的原边侧；

2)在电力电子变压器的高压部分外部设置有密封壳体，且密封壳体上设置有开孔，该开孔由密封塞进行密封；

3)打开密封壳体开孔上的密封塞，将惰性气体充入密封壳体内，进而提高提高电力电子变压器内部间隙的绝缘强度。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2)中，密封壳体底部与电力电子变压器的高压部分固定，并在固定处填充固体绝缘介质提高绝缘性能。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：还包括在密封壳体内设置有气体浓度检测装置的步骤。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于：所述气体浓度检测装置与所述电力电子变压器的高压部分连接，将检测到的惰性气体浓度信息传输至所述电力电子变压器，与所述电力电子变压器内预设的惰性气体浓度阈值范围进行比较，若惰性气体浓度在所设定的惰性气体浓度阈值范围内，则正常工作；若监测到惰性气体浓度超出惰性气体浓度阈值范围，不能维持所需的绝缘性能，则将产生报警信号传入电力电子变压器的控制器，触发保护功能和报警功能。

5.如权利要求1至4任一项所述方法，其特征在于：所述步骤3)中，惰性气体采用SF₆/N₂混合气体或纯SF₆气体。