CN110927531A - 一种用于电容器极性反转试验的极性反转电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电容器试验中的极性反转电路，它采用一台充电开关21，一台放电开关13，一支高压硅堆14，一套硅堆极性转换机构15，一台低电阻值的空心电抗器16；由充电开关21断开充电单元20的充电，试品(电容器单元)12与放电开关13、高压硅堆14、空心电抗器16串联构成半波电流振荡电路，电容器内储存的电场能，通过高压硅堆释放给空心电抗器，转变为磁场能，由电抗器中的磁场能对电容器进行反向充电，再次转换为电容器内的电场能，电抗器16的线圈电阻小，极性反转电路在电场、磁场、电场的转换过程中，能量损失也小，电容器上直流电压极性反转后，幅值将近似不变，达到电容器直流电压极性快速反转的目的。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流输电系统用直流滤波电容器的试验装置，尤其涉及一种用于电容器极性反转试验的极性反转电路。
背景技术
由于直流输电的主要特点是输送容量大、柔性好，并且可用于不同电压等级，不同频率的电力系统“背靠背”式非同步联网，可有力地支撑大电网安全可靠地运行。正因为如此，近几年我国已相继建成了多条特高压直流输电线路，为经济建设起到了良好的支撑作用。直流滤波电容器是直流输电系统中一种重要的电器，其质量的好坏关乎直流输电系统的安全运行。基于此，国标GB/T 20993-2007《高压直流输电系统用直流滤波电容器》对其试验做了详细的要求，其中2.6极性反转试验(型式试验)规定：“电容器单元应能承受1.1倍的最大直流持续电压(Ud)并保持2h，然后在2min内改变电压极性并保持相同的幅值，同样再保持2h，之后再进行一次电压极性反转并保持2h。电容器应能承受三次极性反转。”
按照国标GB/T 20993-2007《高压直流输电系统用直流滤波电容器》的要求，极性反转试验实现起来并不太困难，如图1所示：1是控制电源进线的接触器；2是调压器；3是用来提供整流电源的高压变压器；14是可进行机械旋转的整流硅堆；15是拖动硅堆14旋转的电动机；23是接地开关；24是充放电保护电阻；11是测量试品两端电压的分压器；12是试品(电容器单元C)。按照GB/T 20993-2007中2.6规定的进行极性反转试验时，首先，断开接地开关23；合上接触器1；调压器2升压，通过分压器11测量试品(电容器单元C)12上的直流电压，达到1.1Ud，点35为参考电位0，点33为直流电压的测量点，此时，直流电压为正极性；保持2h后，进行极性反转，操作的顺序是：断开接触器1；合上接地开关23；试品(电容器单元C)12通过充放电保护电阻24放电；电动机15拖动硅堆14旋转180度，充电转换为负极性；然后依次断开接地开关23，合上接触器1，调压器2升压，通过分压器11测量试品(电容器单元C)12上的直流电压，达到负极性1.1Ud，在整个反转极性的过程中，只要保证时间在2min内，均可满足GB/T 20993-2007的要求。
随着直流输电工程的大量建设和运行，出于直流输电系统安全运行的要求，对直流滤波电容器型式试验提出了更高的要求，国标GB/T 20993再次修订，制订了新的标准GB/T 20993-2012《高压直流输电系统用直流滤波电容器及中性母线冲击电容器》，新标准5.16极性反转试验(型式试验)规定：“该试验仅用于直流滤波器C1的电容器单元。电容器单元应能承受1.1倍的最大直流持续电压(Ud)并保持2h，然后在10ms内改变电压极性并保持相同的幅值，同样再保持2h，之后再进行一次电压极性反转并保持2h。电容器应能承受3个循环电压极性反转。”
按照国标GB/T 20993-2012《高压直流输电系统用直流滤波电容器及中性母线冲击电容器》的要求，极性反转试验需要在10ms内改变电压极性，采用图1中的试验方法，由于机械动作时间慢，已不太可能在10ms实现电压极性反转，急需一种新的途径来满足标准GB/T 20993-2012对极性反转试验的要求。
发明内容
本发明能够满足电容器在10ms内直流电压极性快速反转，采用一台充电隔离开关，一台放电隔离开关，一支高压硅堆，一套高压硅堆极性转换机构，一台低电阻值的空心电抗器。充电隔离开关能够对充电单元进行分断；由试品(电容器单元)与放电隔离开关、高压硅堆、低电阻值的空心电抗器串联构成回路；按照电路原理，试品(电容器单元)与放电隔离开关、高压硅堆、低电阻值的空心电抗器可以按照任意次序进行串联构成回路；极性反转时，电容器内储存的电场能，通过高压硅堆释放给空心电抗器，转变为磁场能，由电抗器中的磁场能对电容器进行反向充电，再次转换为电容器内的电场能，达到电容器内直流电压极性快速反转的目的。
本发明的实施方案：
如图2所示，它包括：20是一套高压直流充电单元；21是一台充电隔离开关；12是被试试品(电容器单元C)；13是放电隔离开关；14是高压硅堆；15是高压硅堆极性转换机构；16是低电阻值的空心电抗器L；其中点33是被试试品(电容器单元)12的充电极，点35是被试试品12的接地极(零电位参考点)，点34是高压硅堆14与空心电抗器16的连接点。
如图2所示，高压直流充电单元20，串联充电隔离开关21；当21合闸时，20与21对被试试品12充电，进行1.1Ud的直流耐压试验。首先是正极性试验，此时，点33为正。被试试品12(点33处)与放电隔离开关13(此时处于分闸状态)、高压硅堆14、空心电抗器16串联(空心电抗器的一极接点34，另一极接点35)，构成极性反转电路备用。
当被试试品12正极性耐压完成后，需要极性反转时，操作步骤依次为：充电隔离开关21分闸；放电隔离开关13合闸投入极性反转电路；电容器(被试试品12)内储存的电场能，以LC串联振荡回路，转变为磁场能储存在电抗器16中，由电抗器16对电容器12进行反向充电，充放电电流按照点33、点34、点35、点33的方向流动，当磁场能释放完毕后，电容器内直流电压，点33处为负极性，由于高压硅堆对充放电电流的有反向阻断作用，LC串联振荡只能完成半波，不能持续振荡，极性反转完成；高压直流充电单元20内部进行极性切换，变为负极性充电方式；充电隔离开关21合闸；放电隔离开关13分闸；高压硅堆极性转换机构15拖动高压硅堆14旋转180度，为下一次被试试品12由负极性反转为正极性做好准备。
当被试试品12(电容器单元)负极性耐压完成后，需要极性反转为正极性时，原理同上。
如图2所示，在本发明中，需要根据被试试品12(电容器单元)的电容量，选择适宜的空心电抗器16的电感量，只要保证LC串联振荡电路的振荡频率大于50Hz，被试试品12(电容器单元)的直流电压极性反转时间必然会小于10ms。被试试品12(电容器单元)的电容量处于微法数量级，大于50Hz的振荡频率在工程上很容易实现，电抗器16的电感量选择范围很宽泛。只要电抗器16的线圈电阻值足够小，极性反转回路在电场、磁场、电场的转换过程中，能量损失也足够小，被试试品12(电容器单元)上直流电压极性反转后，电压幅值将近似不变。
本发明与传统技术相比具有以下优点：
1)本发明采用LC串联振荡(允许振荡半波)电路，对电容器的直流电压极性反转速度快。
2)本发明的极性反转电路采用电场、磁场、电场的转换，电容器的直流电压极性反转前不需要预先进行放电、再次充电，从而节约能源。
附图说明
图1在2min内实现电容器直流电压极性反转的传统试验回路示意图；
图2在10ms内实现电容器直流电压极性反转的极性反转电路示意图；
图3采用本发明的直流电压极性反转试验的电路实施方式示意图；
具体实施方式
本发明实施方案主要包括：一套极性快速切换的充电电路；一台放电隔离开关；一支高压硅堆；一套高压硅堆极性转换机构；一台低电阻值的空心电抗器。
实施例：如图3，1是电源进线的接触器；2是调压器；3是用来供桥式整流电源用的高压变压器；4～5是限流电阻；6是由四支高压硅堆组成的单相全波整流桥；7～10是接在单相全波整流桥正、负输出极(点32与点31)的开关；11是测量试品两端电压的分压器；12是试品(电容器单元C)；13是极性反转电路隔离开关；14是高压硅堆；15是高压硅堆极性转换机构；16是低电阻值的空心电抗器L；其中点33是被试试品(电容器单元)12的充电极，点35是被试试品12的接地极(电位0参考点)，点34是高压硅堆14与空心电抗器16的连接点。
如图3所示，先进行正极性试验，操作步骤依次为：(1)开关8、9、13分闸；(2)开关7、10合闸；(3)接触器1合闸；(4)调压器2升压，通过分压器11测量试品(电容器单元C)12上的直流电压，达到1.1Ud；(5)试品(电容器单元C)12正极性耐压2h；(6)开关7、10分闸，开关8、9保持分闸状态；(7)极性反转电路隔离开关13合闸，投入极性反转电路，电容器(被试试品12)内储存的电场能，以LC串联振荡电路，转变为磁场能储存在电抗器16中，由电抗器16对电容器12进行反向充电，充放电电流按照点33、点34、点35、点33的方向流动，当磁场能释放完毕后，电容器内直流电压(点33)为负极性，由于高压硅堆的反向阻断作用，LC串联振荡只能完成半波，不能持续振荡，极性反转完成；(8)开关8先合闸开关9后合闸，完成充电电源负极性转换；(9)在被试试品12负极性2h耐压过程中，极性反转电路隔离开关13先分闸，接着高压硅堆极性转换机构15拖动高压硅堆14旋转180度，为下一次被试试品12直流电压由负极性反转为正极性做好准备工作。
当被试试品12负极性耐压完成后，需要极性反转为正极性时，原理同上。
在正极性和负极性直流耐压试验及极性反转过程中，接触器1处于合闸状态，调压器2的调压位置保持不动，通过开关7～10的合分来进行充电电源的极性切换。
Claims (3)
1.一种用于电容器极性反转试验的极性反转电路，采用一台充电隔离开关；一台放电隔离开关；一支高压硅堆；一套高压硅堆极性转换机构；一台低电阻值的空心电抗器；其特征在于：被试电容器的一极接参考电位；另一极通过一台充电隔离开关与充电单元连接组成充电回路；被试电容器的另一极(非参考电位)同时与一台放电隔离开关、一支高压硅堆、一台低电阻值的空心电抗器串联后，接至被试电容器的参考电位极，组成极性快速反转电路；按照此原理，放电隔离开关、高压硅堆、空心电抗器与被试电容器串联回路的任何串联次序均包含在本权利要求中。
2.根据权利要求1所述的电容器极性反转试验的极性反转电路，其特征在于：根据被试电容器的充电极性，由高压硅堆极性转换机构拖动高压硅堆调整方向，使被试电容器、高压硅堆、放电隔离开关(分闸状态)、空心电抗器组成备用的LC振荡电路。
3.根据权利要求1所述的电容器极性反转试验的极性反转电路，其特征在于：要求被试电容器极性反转时，放电隔离开关合闸，以LC振荡原理经过电流半波振荡实现被试电容器的极性反转。
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