CN110161288A - 一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，包括：交流电压输出模块和直流电压输出模块；所述交流电压输出模块和直流电压输出模块并联，形成并联端口；所述并联端口一端与待测的直流支撑电容器连接，另一端接地；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；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。本发明的装置可以输出交直流复合电压，也可以输出单一的直流或交流电压，符合直流支撑电容器实际运行工况；同时可以对输出的交流电压幅值和频率进行调节，也可以对直流电压幅值和升压速率进行调节，得到尽可能接近实际工程的电容器性能参数，提高直流支撑电容器测试性能的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于高压电工领域，更具体地，涉及一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置。
背景技术
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。
目前的测试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，而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，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测试装置，以满足直流支撑电容器的测试要求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，旨在解决现有测试装置只能输出单一的直流电压或交流电压，造成直流支撑电容器的测试性能与工程实际应用不符的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，包括：交流电压输出模块和直流电压输出模块；
所述交流电压输出模块和直流电压输出模块并联，形成并联端口；
所述并联端口一端与待测的直流支撑电容器连接，另一端接地；
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；
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。
进一步地，所述交流电压输出模块包括，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。
优选地，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。
本发明中，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倍的有益效果为：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，满足直流支撑电容器的测试需要。
进一步地，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。
本发明中，隔直电容两端并联电阻的有益效果为：当测试过程中直流支撑电容器发生断路或短路故障，测试装置会触发保护进而停止运行，此时将隔直电容上残留的大量能量，通过并联电阻进行泄放，避免伤害人身安全。
优选地，所述并联电阻的阻值为2MΩ，以避免隔直电容与并联电阻并联后呈现电阻特性，影响隔直电容的功能。
进一步地，所述直流输出模块包括：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。
优选地，所述充电电阻为100kΩ。
本发明中，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，因此本发明将充电电阻为100kΩ的有益效果为：能够在保证充电电流小于电源额定电流的同时，将充电时间控制在10s以内，缩短测试时间。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明的测试装置可以输出交直流复合电压，也可以输出单一的直流或交流电压，采用本发明的测试装置对直流支撑电容器进行击穿及老化试验，符合直流支撑电容器实际运行工况。
(2)本发明的测试装置可以对输出的交流电压幅值和频率进行调节，也可以对输出的直流电压幅值和升压速率进行调节，能够用于研究直流支撑电容上电压的幅值、频率、上升速率等因素对电容的击穿特性及寿命特性产生的影响，得到尽可能接近实际工程的电容器性能参数，提高直流支撑电容器测试性能的可靠性。
(3)本发明试验装置简单、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，因此测试过程中要输出超过3kV的电压，本发明完全满足测试需要。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可以输出交直流复合电压的电源装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种可以输出交直流复合电压的电源装置具体实施结构图；
图3是本发明实施例提供的电源装置输出的交直流复合电压波形；
图4是本发明实施例提供的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
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。
如图1所示，本发明提供了一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，包括：交流电压输出模块和直流电压输出模块；交流电压输出模块和直流电压输出模块并联，形成并联端口；并联端口一端与待测的直流支撑电容器连接，另一端接地；交流电压输出模块用于输出幅值和频率可调的交流电压；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。
具体地，如图2所示，交流电压输出模块包括，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；交流电压源1的输出端与继电器2的一端连接；继电器2的另一端与升压变压器3的原边连接；升压变压器3的副边与限流电阻4的一端连接；限流电阻4的另一端与隔直电容5的一端连接；隔直电容5的另一端与所述直流电压输出模块并联。
其中，隔直电容5的电容值大于或等于直流支撑电容器的10倍。
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。本发明将隔直电容的电容值设置为大于或等于直流支撑电容器的10倍，从而保证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，满足直流支撑电容器的测试需要。
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，因此本发明在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。为不影响隔直电容的功能，本发明将并联电阻阻值设置为2MΩ。
直流输出模块包括：充电电阻7、硅堆8、继电器9和直流电压源10；充电电阻7的一端与所述交流电压输出模块并联；充电电阻7的的另一端与硅堆8的输出端连接；硅堆8的输入端与继电器9的一端连接；继电器9的另一端与直流电压源10连接。
其中，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，因此本发明将充电电阻设置为100kΩ，以便在保证充电电流小于电源额定电流的同时，将充电时间控制在10s以内，缩短测试时间。
对本发明的测试装置输出电压进行测试，装置中各器件的参数设置为：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；基于上述参数设置，本发明的测试装置输出的交直流复合电压如图3所示，直流电压源输出电压达到4kV并稳定后，装置输出的电压波形如图4所示。
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。
Claims (7)
1.一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，包括：交流电压输出模块和直流电压输出模块；
所述交流电压输出模块和直流电压输出模块并联，形成并联端口；
所述并联端口一端与待测的直流支撑电容器连接，另一端接地；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，所述交流电压输出模块包括，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。
3.根据权利要求2所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，所述并联电阻的阻值为2MΩ。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，所述直流输出模块包括：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。
7.根据权利要求6所述的一种输出交直流复合电压的直流支撑电容器测试装置，其特征在于，所述充电电阻为100kΩ。
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