CN113310520B - 直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法，包括以下步骤：S1、外观评价；S2、叠装系数评价；S3、磁性能评价；S4、噪声评价；S5、耐受环境温度变化评价和S6、长期运行性能评价，本发明考虑了直流换流阀饱和电抗器对超薄硅钢铁心外观、叠装系数、磁性能、噪声及长期运行等特性要求，实现了超薄硅钢铁心外形外观的性能评估、铁心基本参数评估、电磁性能评估、耐受环境温度变化评估及长期电热运行特性评估，为直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心可靠运行提供了保障。
Description
技术领域
本发明属于磁性能测试技术领域，具体来说，涉及一种直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法。
背景技术
饱和电抗器是保护直流换流阀中晶闸管开通和关断的核心装备，超薄硅钢铁心是实现饱和电抗器保护功能的关键元件，开展超薄硅钢铁心质量评估对饱和电抗器的质量管控与可靠运行至关重要。
饱和电抗器主要应用于特高压直流换流阀中，由于其铁心结构、运行环境与运行工况等不同于常规电工装备，因此，现有常规变压器铁心质量评估方法GB/T 32288-2020不再适用。
直流换流阀用饱和电抗器的激励工况为复杂的脉冲合成工况，能够产生脉冲合成工况激励的电源价格昂贵，在实际应用中磁性能测试通常选用工频50Hz正弦激励工况对指定磁通密度条件下的铁心损耗进行测试。然而采用50Hz频率进行测试，无法对实际脉冲合成工况的中高频特性进行等效，由于测试频率与实际工况缺少等效性，因此，无法对铁心磁性能进行有效评价。例如：0.23厚度取向硅钢电抗器铁心在50Hz频率下的损耗要低于0.10mm厚度取向硅钢，而在实际脉冲合成工况下0.23mm取向硅钢的磁损耗要大得多。同时，现有磁性能测试方法未考虑实际紧固对磁性能的影响，磁性能测量结果与实际应用存在偏差。
现有噪声评估方法均是针对实际变压器、电抗器等电工装备的，缺少针对饱和电抗器用铁心噪声的评估方法。同时，现有噪声评估方法规定噪声测试的轮廓线距离铁心表面为300mm，轮廓线高度位于铁心高度的1/2处。若按照轮廓线高度位于铁心高度的1/2处测试噪声，无法反映阀饱和电抗器铁心各关键区域的质量。
饱和电抗器在换流阀中主要起到保护晶闸管的作用，如果电抗器失效将直接损坏换流阀，造成巨大的经济损失。超薄硅钢铁心是实现其保护功能的关键磁性元件，对直流换流阀饱和电抗器铁心开展长期运行下的可靠性评估至关重要。现有可靠性评估均是基于阳极饱和电抗器装备开展的评估，即将阳极饱和电抗器安装在换流阀组中，采用合成回路试验评估饱和电抗器的温升特性。存在的问题是合成回路试验搭建困难，价格昂贵，无法长时间运行，最长运行时间不超过48小时，由于运行时间较短，无法评价饱和电抗器在长期运行下的可靠性。
经检索，尚未发现对直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法的研究与应用，因此，针对直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心进行质量评估研究十分必要。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种适用于直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法。该评估方法考虑了直流换流阀饱和电抗器对超薄硅钢铁心外观、叠装系数、磁性能、噪声及长期运行等特性要求，为直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量管控与安全运行提供了支撑。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法，包括以下步骤：
S1、外观评价；
S2、叠装系数评价；
S3、磁性能评价；
S4、噪声评价；
S5、耐受环境温度变化评价；
S6、长期运行性能评价。
优选地，步骤S1中所述外观评价的方法为：
采用目测方法获取超薄硅钢铁心外观特征，检查铁心表面生锈、开口、涂层脱落和折痕情况；若铁心表面出现生锈、开口、涂层脱落和折痕中至少一种情况，则铁心外观判定不合格；
获取超薄硅钢铁心中的空气间隙，采用白炽灯照射铁心表面，观察铁心中是否有光线穿过；若有光线穿过，则铁心判定不合格。
优选地，步骤S2中所述叠装系数评价的方法为：
获取铁心叠装系数，测量铁心外形尺寸，根据外形尺寸检测结果，计算铁心体积；
获取铁心实测重量，根据铁心计算体积与实测重量，计算铁心叠装系数，
叠装系数按下式计算：
式中，kf为铁心叠装系数，mp为铁心实测重量，ρ为超薄硅钢的密度，V为铁心计算体积；
若铁心叠装系数小于预先设定的阈值，则判定铁心不合格。
优选地，所述步骤S3中所述磁性能评价的方法为：
(1)获取铁心在400Hz频率下的磁化特性曲线与损耗特性曲线：
按照直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心的实际情况，在铁心切口位置处放置气隙垫片，铁心外表面由1mm厚非导磁钢带拉紧，非导磁钢带宽度为超薄硅钢铁心片宽的70％，拉紧力控制为5N.m，铁心上套有绕组骨架，骨架上分别饶有匝数相等的测量绕组与励磁绕组，测量绕组为单层绕组紧贴绕组骨架绕制，励磁绕组也为单层绕组绕制在测量线圈外侧，测量绕组与励磁绕组间放有0.2mm的绝缘纸板；
铁心的磁通密度幅值Bm按下式计算：
式中，U2为测量绕组电压有效值，N2测量绕组匝数，S为铁心柱横截面积，f为频率，kf为叠装系数；
磁场强度幅值Hm按下式计算：
式中，N1为励磁绕组匝数，I1m为励磁绕组电流峰值，lc为超薄硅钢铁心的平均磁路长度；铁心损耗P按下式计算：
式中，n为周期数量，T为时间周期，U2(t)与I1(t)分别为t时刻测量绕组的电压瞬时值与励磁绕组的电流瞬时值；
由小到大逐点测量超薄硅钢铁心在不同Bm下的磁场强度Hm及损耗值P，直至铁心达到深度饱和，完成Hm-Bm磁化曲线及Bm-P损耗曲线；
(2)根据Bm-P损耗曲线，通过插值获得磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心损耗，根据建立Hm-Bm曲线，结合设定的阈值，检验铁心的磁感是否达到阈值；若损耗值大于规定阈值或磁通密度小于规定阈值，则判定超薄硅钢铁心为不合格。
进一步优选地，所述气隙垫片的厚度为0.1mm。
优选地，步骤S4中所述噪声评价的方法为：
获取在400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时，铁心的计权噪声；将套装好线圈的铁心平放于弹性支撑架上，铁心切口装有气隙垫片，拉紧力控制为5N.m；
测量时，噪声探头垂直铁心表面放置，探头距离铁心表面测量点距离为30cm，测量点分别位于切口位置、圆弧位置和介于切口位置与圆弧位置的中间位置；
铁心平均噪声，按上述3个位置的平均噪声计算：
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若铁心平均噪声超过设定的阈值，判定铁心不合格；
或；
获取在400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时，铁心的计权噪声；
铁心磁特性试验模型平放于绝缘支撑架上，为铁心励磁绕组施加磁通密度Bm＝1.50T时的电压；当电压稳定后，采用噪声探头分别测量切口位置处、圆弧位置处及二者中间位置处的计权噪声A1、A2及A3；
测量噪声时，保持噪声探头位于铁心表面测点的正上方，噪声探头距离铁心表面测量点距离为30cm；
按照式(5)计算铁心的平均噪声值；
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若铁心平均噪声超过设定的阈值，则判定铁心不合格。
优选地，步骤S5中所述耐受环境温度变化评价的方法为：
将铁心磁特性试验模型放置于温湿交变箱中；此时铁心与温控箱温度均为室温，调整温控箱的温度从室温开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度达到-40℃后保温3小时；保温3小时后从-40℃开始升温，升温速率1.2℃/min，当温度达到120℃后保温3小时；保温3小时后从120℃开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度降低至室温时完成第一次温度循环；
重复上述升降温度过程，完成第二次温度循环后，取出铁心磁特性试验模型，按照步骤S1中所述外观评价、步骤S3中所述磁性能评价和步骤S4中所述噪声评价，获取铁心的检测结果，并将检测结果分别与试验前结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定铁心不合格。
优选地，步骤S6中所述长期运行性能评价的方法为：
将铁心磁特性试验模型放置于温湿交变控制箱中，在铁心切口表面位置处设有热电偶，热电偶与绕组励磁引出线通过温湿交变控制箱的侧壁的出现孔引出；
试验时通过绕组励磁引出线为铁心施加等效方波电压，等效方波电压的峰值与实际合成工况下电压峰值相同，方波持续时间与脉冲合成工况下脉冲电压作用时间相同，方波周期由实际的50Hz提高至100Hz，保持该方波电压连续输出，同时调节温控箱的温度直至铁心表面热电偶温度稳定在设定的温度范围后开始计时，当连续运行时间达到2000小时后，停止励磁，关闭温控箱子，待铁心温度恢复至室温后，将铁心取出，按照步骤S1中所述外观评价、步骤S3中所述磁性能评价和步骤S4中所述噪声评价，获取铁心检测结果，并将检测结果分别与2000小时试验前的结果进行比对；若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定铁心不合格。
优选地，所述超薄硅钢铁心的厚度≤0.1mm。
本发明的有益效果为：
(1)现有磁性能测试方法未考虑实际紧固对磁性能的影响，磁性能测量结果与实际应用存在偏差，本发明确定了等效正弦频率为400Hz，增加了铁心对饱和性能的评估，对试验铁心的紧固力进行了明确规定，在此基础上对磁性能进行评价，增加了评估的有效性。
(2)本发明按照实际饱和电抗器铁心的紧固要求，针对现有噪声评估存在的问题，分区域在铁心表面布置噪声测点，以此实现了铁心噪声特性的准确评估。
(3)本发明直接对饱和电抗器铁心开展长期运行下的可靠性评估，为了缩短运行时间，对温度进行了加速，将铁心运行温度由运行时的60-70℃，提高到120-140℃，采用方波对饱和电抗器的实际工况进行等效，并在等效方波的基础上提高了频率，即在保证电压峰值相同的情况下，通过振动频率实现振动的加速。除此之外，将运行时间延长至2000小时，实现了运行时间的延长；通过温度与振动的加速以及运行时间的延长，实现长期运行工况下阀饱和电抗器铁心的可靠性评估。
(4)本发明考虑了直流换流阀饱和电抗器对超薄硅钢铁心外观、叠装系数、磁性能、噪声及长期运行等特性要求，实现了超薄硅钢铁心外形外观的性能评估、铁心基本参数评估、电磁性能评估、耐受环境温度变化评估及长期电热运行特性评估，为直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心可靠运行提供了保障。
附图说明
图1为本发明超薄硅钢铁心磁特性试验示意图；
图2为本发明实施例中直流换流阀用饱和电抗器超薄硅钢铁心Hm-Bm磁化特性曲线测量结果；
图3为本发明实施例中直流换流阀用饱和电抗器超薄硅钢铁心Bm-P损耗特性曲线测量结果；
图4为本发明实施例中直流换流阀用饱和电抗器超薄硅钢铁心噪声试验示意图；
图5为本发明实施例中直流换流阀用饱和电抗器超薄硅钢铁心长期电热运行试验示意图；
图6为本发明实施例中方波峰值及持续时间等效结果；
图7为本发明实施例中提高频率后的方波电压输出结果。
图中，201、被测超薄硅钢铁心，202、气隙垫片，203、紧固钢带；204、钢带紧固螺栓、205、绕组骨架，206、测量绕组，207、励磁绕组，208、绝缘纸板，301、绝缘支撑架，302、圆弧位置处测点，303、圆弧位置和切口位置的中间位置处的测点，304、切口位置处测点304，401、温湿交变控制箱，403、热电偶，404、出现孔，405、热电偶与绕组励磁引出线。
具体实施方式
以下结合特定的具体实例说明本发明的实施方式，在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明提供了一种直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心的质量评估方法，具体步骤如下：
①采用目测方法获取超薄硅钢铁心外观特征，检查铁心表面生锈、开口、涂层脱落和折痕情况；
若铁心表面出现生锈、开口、涂层脱落和折痕中任一情况，则铁心外观判定不合格。
②获取超薄硅钢铁心中的空气间隙，将铁心举起，采用白炽灯照射铁心表面，观察铁心中是否有光线穿过；
若有光线穿过，则铁心判定不合格。
③获取铁心叠装系数：
测量铁心外形尺寸，根据外形尺寸检测结果，计算铁心体积；
获取铁心实测重量，根据铁心体积与实测重量，计算铁心叠装系数；
叠装系数按下式计算：
式中，kf为铁心叠装系数，mp为铁心实测重量，ρ为超薄硅钢的密度，V为铁心体积；
若铁心叠装系数小于预先设定的阈值，则判定铁心不合格。
④获取超薄硅钢铁心在400Hz频率下的磁化特性曲线与损耗特性曲线：
按照直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心的实际情况，在铁心切口位置处放置预设厚度为0.1mm的气隙垫片，铁心外表面由1mm厚非导磁钢带拉紧，钢带宽度为超薄硅钢铁心片宽的70％，拉紧力控制为5N.m，铁心上套有绕组骨架，骨架上分别饶有匝数相等的测量绕组与励磁绕组，测量绕组为单层绕组紧贴绕组骨架绕制，励磁绕组也为单层绕组绕制在测量线圈外侧，测量绕组与励磁绕组间放有0.2mm的绝缘纸板；
超薄硅钢铁心的磁通密度幅值Bm按下式计算：
式中，U2为测量绕组电压有效值，N2测量绕组匝数，S为铁心柱横截面积，f为频率，kf为叠装系数；
磁场强度幅值Hm按下式计算：
式中，N1为励磁绕组匝数，I1m为励磁绕组电流峰值，lc为超薄硅钢铁心的平均磁路长度；超薄硅钢铁心损耗P按下式计算：
式中，n为周期数量，T为时间周期，U2(t)与I1(t)分别为t时刻测量绕组的电压瞬时值与励磁绕组的电流瞬时值；
由小到大逐点测量超薄硅钢铁心在不同Bm下的磁场强度Hm及损耗值P，直至铁心达到深度饱和，完成Hm-Bm磁化曲线及Bm-P损耗曲线；
⑤根据Bm-P损耗曲线，通过插值获得磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心损耗：
根据建立Hm-Bm曲线，结合设定的阈值，检验铁心的磁感是否达到阈值；若损耗值大于规定阈值或磁通密度小于规定阈值，则判定超薄硅钢铁心为不合格。
⑥获取在400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心的计权噪声：
将套装好线圈的超薄硅钢铁心平放于弹性支撑架上，铁心切口装有厚度为0.1mm的气隙垫片，拉紧力控制为5N.m；
测量时，噪声探头垂直铁心表面放置，探头距离铁心表面测量点距离为30cm，测量点分别位于切口位置、圆弧位置和介于切口位置与圆弧位置的中间位置；
铁心的平均噪声按上述3个位置的平均噪声计算：
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若超薄硅钢铁心平均噪声超过设定的阈值，则判定铁心不合格；
或；
超薄硅钢铁心磁特性试验模型平放于绝缘支撑架上，按照步骤④为超薄硅钢铁心励磁绕组施加磁通密度Bm＝1.50T时的电压，当电压稳定后，采用噪声探头分别测量切口位置处、圆弧位置处及二者中间位置处的计权噪声A1、A2及A3；
测量噪声时，保持噪声探头位于铁心表面测点的正上方，噪声探头距离铁心表面测量点距离为30cm；
按照式(5)计算铁心的平均噪声值；
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若超薄硅钢铁心平均噪声超过设定的阈值，则判定铁心不合格。
⑦获取超薄硅钢铁心在高低温循环试验后的特性：
将超薄硅钢铁心磁特性试验模型放置于温湿交变箱中，此时铁心与温控箱温度均为室温，调整温控箱的温度从室温开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度达到-40℃后保温3小时，保温3小时后从-40℃开始升温，升温速率1.2℃/min，当温度达到120℃后保温3小时，保温3小时后从120℃开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度降低至室温时完成第一次温度循环；重复上述升降温度过程，完成第二次温度循环后，取出超薄硅钢磁特性试验模型，按照步骤①、④、⑤、⑥获取铁心的检测结果，并将检测结果分别与试验前结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定超薄硅钢铁心不合格。
⑧获取超薄硅钢铁心在长期电热运行后的特性：
将超薄硅钢磁特性试验模型放置于温湿交变控制箱中，在铁心切口表面位置处设有热电偶，热电偶与绕组励磁引出线通过温湿交变控制箱的侧壁的出现孔引出；
试验时通过绕组励磁引出线为铁心施加等效方波电压，等效方波电压的峰值与实际合成工况下电压峰值相同，方波持续时间与脉冲合成工况下脉冲电压作用时间相同，方波周期由实际的50Hz提高至100Hz，保持该方波电压连续输出，同时调节温控箱的温度直至铁心表面热电偶温度稳定在设定的温度范围后开始计时，当连续运行时间达到2000小时后，停止励磁，关闭温控箱子，待铁心温度恢复至室温后，将铁心取出；
按照步骤①、④、⑤和⑥获取铁心检测结果，并将检测结果分别与2000小时试验前的结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定超薄硅钢铁心不合格。
为了进一步理解本发明的技术方案和效果，以一种特高压直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心为例进行说明(直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心为中间切口的超薄硅钢铁心)，按照如下步骤，对超薄硅钢铁心进行评估：
①采用目测方法获取超薄硅钢铁心的外观特征，检查铁心表面生锈、开口、涂层脱落、折痕情况；若铁心表面出现生锈、开口、涂层脱落和折痕中任一种情况，则铁心外观判定不合格。
②获取超薄硅钢铁心中的空气间隙，将铁心举起，采用白炽灯照射铁心表面，观察铁心中是否有光线穿过，若有光线穿过，则铁心中存在较大空气间隙，铁心判定不合格。
③获取超薄硅钢铁心的叠装系数：获取超薄硅钢铁心的外窗高a，内窗宽c，外窗宽d，片宽f，绕厚e和内窗高b，根据超薄硅钢铁心的形状和尺寸，计算超薄硅钢的体积V；
获取超薄硅钢铁心的实测重量，结合超薄硅钢的体积V和密度ρ，按照式(1)计算叠装系数：
式中，kf为铁心叠装系数，mp为铁心实测重量，ρ为超薄硅钢的密度，V为铁心体积；
若铁心叠装系数小于预先设定的阈值，则判定铁心不合格。
表1超薄硅钢铁心叠装系数阈值
| 超薄硅钢厚度 | 叠装系数 |
| 0.10mm | ≥0.95 |
| 0.08mm | ≥0.94 |
④获取超薄硅钢铁心在400Hz频率下的磁化特性曲线与损耗特性曲线：
图1为超薄硅钢铁心磁特性试验示意图。试验时将预设厚度的气隙垫片202放置于铁心201的切口位置处，铁心201外表面由厚度为1mm，宽度为超薄硅钢铁心片宽的70％的非导磁钢带203拉紧，拉紧力通过紧固螺栓204由力矩扳手施加，扭矩值控制为5N.m；铁心201上套有绕组骨架205，绕组骨架205上分别饶有匝数相等的测量绕组206与励磁绕组207，测量绕组206为单层绕组紧贴绕组骨架绕制，励磁绕组207也为单层绕组绕制在测量绕组206外侧，测量绕组206与励磁绕组207间放有0.20mm的绝缘纸板208。
本实施例中测量绕组206与励磁绕组207的匝数均为22匝。测量时为励磁绕组207施加400Hz交流电压，并获取测量绕组206的电压U2，测量绕组匝数N2，铁心柱横截面积S，频率F，叠片系数kf，按照式(2)计算铁心201的磁通密度幅值Bm；
式中，U2为测量绕组电压有效值，N2测量绕组匝数，S为铁心柱横截面积，f为频率，kf为叠装系数。
获取励磁绕组匝数N1，电流峰值I1m，铁心平均磁路长度lc，按照式(3)计算铁心201的磁场强度Hm；
式中，N1为励磁绕组匝数，I1m为励磁绕组电流峰值，lc为超薄硅钢铁心的平均磁路长度。
获取测量绕组207在n个时间周期T内的电压波形数据U2(t)及电流波形数据I1(t)，按照式(4)计算超薄硅钢铁心201的损耗。
式中，n为周期数量，T为时间周期，U2(t)与I1(t)分别为t时刻测量绕组的电压瞬时值与励磁绕组的电流瞬时值。
由小到大逐点测量超薄硅钢铁心在不同Bm下的磁场强度Hm及损耗值P，直至铁心达到深度饱和，完成Hm-Bm磁化曲线及Bm-P损耗曲线。图2与图3分别为超薄硅钢铁心201的Hm-Bm磁化曲线及Bm-P损耗曲线的测量结果。
⑤根据Bm-P损耗曲线，通过插值获得磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心201的损耗；根据建立Hm-Bm曲线，结合设定的阈值，检验铁心201的磁感是否达到阈值，如图2所示。若损耗值大于规定阈值或磁通密度小于规定阈值，则判定超薄硅钢铁心201为不合格。
表2超薄硅钢铁心磁感与损耗阈值
⑥获取400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心201的A计权噪声。将图1所示超薄硅钢铁心磁特性试验模型，平放于图4所示的绝缘支撑架301上；按照步骤④为超薄硅钢铁心201的励磁绕组207施加磁通密度Bm＝1.50T时的电压，当电压稳定后，采用噪声探头分别测量切口位置处测点304、圆弧位置处测点302及二者中间位置处的测点303位置处的计权噪声A1、A2及A3。测量噪声时，保持噪声探头位于铁心表面测点的正上方，噪声探头距离铁心表面测量点距离为30cm。按照式(5)计算铁心的平均噪声值。
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若超薄硅钢铁心201平均噪声超过设定的阈值，判定铁心201不合格，超薄硅钢铁心噪声阈值如表3所示，阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心噪声测量结果如表4所示。
三个不同位置处的噪声值反应了铁心三个不同区域铁心的质量，若某区域噪声过高说明该区域铁心可能存在质量缺陷，而传统噪声测量方法无法判断铁心不同区域的质量。
表3超薄硅钢铁心噪声阈值
| 超薄硅钢厚度 | 噪声阈值 |
| 0.10mm | A1≤83dB，A2≤75dB，A3≤72dB，A≤79dB |
| 0.08mm | A1≤83dB，A2≤75dB，A3≤72dB，A≤79dB |
表4阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心噪声测量结果
⑦获取超薄硅钢铁心在高低温循环试验后的特性：
将图1所示超薄硅钢铁心磁特性试验模型放置于温湿交变控箱中，此时铁心与温控箱温度均为室温，调整温控箱的温度从室温开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度达到-40℃后保温3小时；保温3小时后从-40℃开始升温，升温速率1.2℃/min，当温度达到120℃后保温3小时；保温3小时后从120℃开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度降低至室温时完成第一次温度循环。
重复上述升降温度过程，完成第二次温度循环后，取出图1所示磁特性试验模型，按照步骤①、④、⑤、⑥获取铁心201的检测结果，并将检测结果分别与试验前结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定超薄硅钢铁心201不合格。表5为试验前后超薄硅钢铁心性能偏差范围。
表5试验前后超薄硅钢铁心性能偏差范围
| 阈值 | 0.10mm带材铁心 | 0.08mm带材铁心 |
| 外观 | 无变化 | 无变化 |
| 损耗 | ≤1.0％ | ≤1.0％ |
| 磁感 | ≤0.5％ | ≤0.5％ |
| 噪声 | ≤3.5％ | ≤3.5％ |
⑧获取超薄硅钢铁心在长期电热运行后的特性：
将图1所示超薄硅钢磁特性试验模型放置于温湿交变控制箱401，在铁心切口表面位置处设有热电偶403，热电偶与绕组励磁引出线405通过温湿交变控制箱的侧壁的出现孔404引出，如图5所示。
试验时通过绕组励磁引出线405为铁心201施加等效方波电压，等效方波电压的峰值与实际合成工况下电压峰值相同，方波持续时间与脉冲合成工况下脉冲电压作用时间相同(等效结果见图6)，方波周期由实际的50Hz提高至100Hz(提高频率后的方波电压见图7)，保持该方波电压连续输出，同时调节温控箱401的温度直至铁心表面热电偶403温度稳定在设定的温度范围后开始计时，当连续运行时间达到2000小时后，停止励磁，关闭温控箱子401，待铁心201温度恢复至室温后，将铁心201取出，按照步骤①、④、⑤、⑥获取铁心201检测结果，并将检测结果分别与2000小时试验前的结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定超薄硅钢铁心201不合格。试验前后超薄硅钢铁心性能偏差如表5所示。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心质量的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、外观评价；
S2、叠装系数评价；
S3、磁性能评价；
S4、噪声评价；
所述步骤S3中所述磁性能评价的方法为：
(1)获取铁心在400Hz频率下的磁化特性曲线与损耗特性曲线：
按照直流换流阀饱和电抗器用超薄硅钢铁心的实际情况，在铁心切口位置处放置气隙垫片，铁心外表面由1mm厚非导磁钢带拉紧，所述非导磁钢带的宽度为超薄硅钢铁心片宽的70％，拉紧力控制为5N·m，铁心上套有绕组骨架，骨架上分别饶有匝数相等的测量绕组与励磁绕组，测量绕组为单层绕组紧贴绕组骨架绕制，励磁绕组也为单层绕组绕制在测量线圈外侧，测量绕组与励磁绕组间放有0.2mm的绝缘纸板；
铁心的磁通密度幅值Bm按下式计算：
式中，U2为测量绕组电压有效值，N2测量绕组匝数，S为铁心柱横截面积，f为频率，kf为叠装系数；
磁场强度幅值Hm按下式计算：
式中，N1为励磁绕组匝数，I1m为励磁绕组电流峰值，lc为超薄硅钢铁心的平均磁路长度；
铁心损耗P按下式计算：
式中，n为周期数量，T为时间周期，U2(t)与I1(t)分别为t时刻测量绕组的电压瞬时值与励磁绕组的电流瞬时值；
由小到大逐点测量超薄硅钢铁心在不同Bm下的磁场强度Hm及损耗值P，直至铁心达到深度饱和，完成Hm-Bm磁化曲线及Bm-P损耗曲线；
(2)根据Bm-P损耗曲线，通过插值获得磁通密度Bm＝1.50T时超薄硅钢铁心损耗，根据建立Hm-Bm曲线，结合设定的阈值，检验铁心的磁感是否达到阈值；若损耗值大于规定阈值或磁通密度小于规定阈值，则判定超薄硅钢铁心为不合格；
S5、耐受环境温度变化评价；
S6、长期运行性能评价。
2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S1中所述外观评价的方法为：
采用目测方法获取超薄硅钢铁心外观特征，检查铁心表面生锈、开口、涂层脱落和折痕情况；若铁心表面出现生锈、开口、涂层脱落和折痕中至少一种情况，则铁心外观判定不合格；
获取超薄硅钢铁心中的空气间隙，采用白炽灯照射铁心表面，观察铁心中是否有光线穿过；若有光线穿过，则铁心判定不合格。
3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S2中所述叠装系数评价的方法为：
获取铁心叠装系数，测量铁心外形尺寸，根据外形尺寸检测结果，计算铁心体积；
获取铁心实测重量，根据铁心体积与实测重量，计算铁心叠装系数，
叠装系数按下式计算：
式中，kf为铁心叠装系数，mp为铁心实测重量，ρ为超薄硅钢的密度，V为铁心计算体积；
若铁心叠装系数小于预先设定的阈值，则判定铁心不合格。
4.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述气隙垫片的厚度为0.1mm。
5.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S4中所述噪声评价的方法为：
获取在400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时，铁心的计权噪声；将套装好线圈的铁心平放于弹性支撑架上，铁心切口装有气隙垫片，拉紧力控制为5N·m；
测量时，噪声探头垂直铁心表面放置，探头距离铁心表面测量点距离为30cm，测量点分别位于切口位置、圆弧位置和介于切口位置与圆弧位置的中间位置；
铁心平均噪声，按上述3个位置的平均噪声计算：
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若铁心平均噪声超过设定的阈值，判定铁心不合格。
6.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S4中所述噪声评价的方法为：
获取在400Hz频率下，磁通密度Bm＝1.50T时，铁心的计权噪声；
铁心磁特性试验模型平放于绝缘支撑架上，为铁心励磁绕组施加磁通密度Bm＝1.50T时的电压；当电压稳定后，采用噪声探头分别测量切口位置处、圆弧位置处及二者中间位置处的计权噪声A1、A2及A3；
测量噪声时，保持噪声探头位于铁心表面测点的正上方，噪声探头距离铁心表面测量点距离为30cm；
按照式(5)计算铁心平均噪声值；
式中，A为铁心平均噪声，单位dB；A1、A2、A3分别为切口位置噪声、圆弧位置噪声、介于二者中间位置噪声；
若铁心平均噪声超过设定的阈值，则判定铁心不合格。
7.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S5中所述耐受环境温度变化评价的方法为：
将铁心磁特性试验模型放置于温湿交变箱中；此时铁心与温控箱温度均为室温，调整温控箱的温度从室温开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度达到-40℃后保温3小时；保温3小时后从-40℃开始升温，升温速率1.2℃/min，当温度达到120℃后保温3小时；保温3小时后从120℃开始降温，降温速率1.2℃/min，当温度降低至室温时完成第一次温度循环；
重复上述升降温度过程，完成第二次温度循环后，取出铁心磁特性试验模型，按照步骤S1中所述外观评价、步骤S3中所述磁性能评价和步骤S4中所述噪声评价，获取铁心的检测结果，并将检测结果分别与试验前结果进行比对，若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定铁心不合格。
8.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，步骤S6中所述长期运行性能评价的方法为：
将铁心磁特性试验模型放置于温湿交变控制箱中，在铁心切口表面位置处设有热电偶，热电偶与绕组励磁引出线通过温湿交变控制箱的侧壁的出现孔引出；
试验时通过绕组励磁引出线为铁心施加等效方波电压，等效方波电压的峰值与实际合成工况下电压峰值相同，方波持续时间与脉冲合成工况下脉冲电压作用时间相同，方波周期由实际的50Hz提高至100Hz，保持该方波电压连续输出，同时调节温控箱的温度直至铁心表面热电偶温度稳定在设定的温度范围后开始计时，当连续运行时间达到2000小时后，停止励磁，关闭温控箱子，待铁心温度恢复至室温后，将铁心取出，按照步骤S1中所述外观评价、步骤S3中所述磁性能评价和步骤S4中所述噪声评价，获取铁心检测结果，并将检测结果分别与2000小时试验前的结果进行比对；若对比结果中任一项超过预先设定的偏差范围，则判定铁心不合格。
9.根据权利要求1-8任一项所述的评估方法，其特征在于，所述超薄硅钢铁心的厚度≤0.1mm。
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