CN213934168U - 一种直流支撑电容器用复合电压试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流支撑电容器用复合电压试验装置，复合电压试验装置主要由直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路、测试回路和控制回路构成，直流试验回路的输出端与测试回路的一端并联连接，测试回路的另一端与工频试验回路、高频试验回路一端分别并联连接，控制回路包括信号采集、控制输出、控制器，控制回路的信号采集来自测试回路，控制回路的控制输出分别连接直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路和测试回路。本实用新型结构简单，操作方便，可以满足直流支撑电容器电压试验需求。

Description

一种直流支撑电容器用复合电压试验装置

技术领域

本实用新型属于电容器试验技术领域，具体涉及一种直流支撑电容器用复合电压试验装置。

背景技术

直流支撑电容器是变流器的重要器件之一，其主要作用是在变流器中的直流侧作为储能元件。金属化薄膜电容器在高压、高频、高温、大电流、小体积和长寿命方面比电解电容器具备优势。因此，金属化薄膜直流支撑电容器在轨道交通、柔性直流输电、风电光伏等高性能变流器领域中被广泛应用，起到稳定电压、滤波等作用，提供瞬时能量交换，与负载及电源交换无功。

传统意义的直流电容器工作时，电流为零。直流支撑电容器不同于传统的直流电容器，实际工作时除了直流电压外施加在直流支撑电容器上，纹波电压也施加在直流支撑电容器上，因而产生纹波电流。

电容器在直流、交流电压条件下的电压击穿、绝缘特性不同，工作场强也有很大差异。交流电容器的工作场强40~60V/μm。直流电容器的工作场强200V/μm以上。

电容器的重要的电压试验项目：热稳定试验、耐久性试验、极间耐压试验。

目前，电容器的试验装置大多只能单一的直流电压源、工频电压源或变频电源。因而，对直流支撑电容器试验只能反映电容器在单一的直流电压、工频电压源或变频电压下的特性，不能反映直流支撑电容器实际工况时工作特性。

为了更好的设计合理的直流支撑电容器，需要能够准确的掌握直流支撑电容器实际工况的绝缘特性、寿命特性。

因此，需要设计一种新的直流支撑电容器电压试验装置，能够解决不同类电压源叠加的技术，以满足直流支撑电容器的试验要求。

发明内容

为了克服现有试验装置大多只能单一的直流电压源、工频电压源或变频电源的缺点，本实用新型提出一种直流支撑电容器用复合电压试验装置。

本实用新型所采用的技术方案如下。

本实用新型提供一种直流支撑电容器用复合电压试验装置。

复合电压试验装置主要由直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路、测试回路和控制回路构成。

直流试验回路的输出端与测试回路的一端并联连接。

测试回路的另一端与工频试验回路、高频试验回路分别并联连接。

控制回路包括信号采集、控制输出、控制器。控制回路的信号采集来自测试回路。控制回路的控制输出分别连接直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路和测试回路。控制器根据信号采集计算给出控制输出的指令。

直流试验回路包括第一电源、第一开关、第一调压器、第一升压变压器、高压硅堆、限流电阻、直流滤波电容器、直流滤波电阻、隔交电感。

工频试验回路包括第二电源、第二开关、第二调压器、第二升压变压器、工频补偿电抗器、第三开关、工频隔直电容器。

高频试验回路包括第三电源、第四开关、高频电源、滤波器、高频补偿电抗器、第五开关、高频隔直电容器。

测试回路包括第六开关、放电电阻、电压测量、电流测量、待试验的直流支撑电容器。

第一电源的一端与第一开关的一端连接。第一开关的另一端与第一调压器的原边一端连接。第一电源的另一端与第一调压器的原边另一端连接。第一调压器的副边与第一升压变压器的原边并联连接。第一升压变压器的副边的一端依次串联连接高压硅堆、限流电阻。限流电阻的一端并联直流滤波电容器，同时串联直流滤波电阻和隔交电感。隔交电感的一端与测试回路高压端连接。第一升压变压器的副边的另一端与直流滤波电容器另一端、测试回路低压端并联连接，并接地。

第二电源的一端与第二开关的一端连接。第二开关的另一端与第二调压器的原边一端连接。第二电源的另一端与第二调压器的原边另一端连接。第二调压器的副边与第二升压变压器的原边并联连接。第二升压变压器的副边与工频补偿电抗器并联连接。工频补偿电抗器的高压端依次与第三开关、工频隔直电容器串联连接。工频隔直电容器另一端与测试回路高压端连接。工频补偿电抗器的低压端与测试回路低压端并联连接，并接地。

第三电源与第四开关、高频电源依次连接。高频电源输出端与滤波器输入端连接。滤波器输出端与高频补偿电抗器并联连接。高频补偿电抗器的高压端依次与第五开关、高频隔直电容器串联连接。高频隔直电容器另一端与测试回路高压端连接。高频补偿电抗器的低压端与测试回路低压端并联连接，并接地。

第六开关与放电电阻串联后与电压测量并联连接。待试验的直流支撑电容器与电流测量串联后也与电压测量并联连接。

信号采集包括电压信号、电流信号、其他信号，其他信号包括温度、压力等。

控制输出包括第一输出、第二输出、第三输出、第四输出。

直流滤波电容器、直流滤波电阻构成RC滤波器，可以稳定施加在待试验的直流支撑电容器上的直流电压。

当第一开关为合状态，第二开关、第四开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为直流电压，可进行直流耐压试验、直流耐久性试验。

当第二开关为合状态，第一开关、第四开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为工频电压，可进行工频热稳定性试验。

当第四开关位合状态，第一开关、第二开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为高频电压，可进行高频热稳定性试验。

当第一开关、第二开关、第三开关都为合状态，第四开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压为直流电压叠加工频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

当第一开关、第四开关、第五开关都为合状态，第二开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压直流电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

当第二开关、第三开关、第四开关、第五开关都为合状态，第一开关都为分状态时，复合电压试验装置此时输出工频电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验。

当第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关都为合状态，复合电压试验装置此时输出直流电压叠加工频电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

第一输出、第一输出)、第三输出的指令分别对应第一开关、第二开关、第四开关。当测量信号异常时，控制器给出相应的指令。

当试验结束或者试验异常时，控制器给出第四输出指令，第六开关合闸后通过放电电阻释放待试验的直流支撑电容器上的能量。

进一步的，第一电源常规为220V AC ，第二电源常规为380V AC，第三电源常规为380V AC。

进一步的，第一升压变压器的容量30KVA，变比0.4/7kV。

进一步的，第二升压变压器的容量100KVA，变比0.4/3kV。

进一步的，变频电源的频率范围100~2500HZ ，功率为100KVA。

进一步的，电压测量采用电压测量表。

进一步的，其他信号（温度、压力等）在试验的直流支撑电容器(Cx)上放置相关传感器。

进一步的，工频隔直电容器、高频隔直电容器选定目前最大的10mF。

进一步的，工频补偿电抗器的感抗可调，工频隔直电容器和待试验的直流支撑电容器的容抗之和与工频补偿电抗器的感抗相匹配，此时第二升压变压器的输出功率最小。

进一步的，高频补偿电抗器的感抗可调，高频隔直电容器和待试验的直流支撑电容器的容抗之和与高频补偿电抗器的感抗相匹配（试验频率条件下），此时高频电源输出的输出功率最小。

本实用新型的有益效果是：能够实现多种电压形式，能够实现交直流耐压试验、热稳定试验、耐久性试验，符合直流支撑电容器实际工况，试验操作简单、易维护、可靠性高、安全性好。

本实用新型结构简单，操作方便，可以满足直流支撑电容器电压试验需求。

附图说明

图1为本实用新型实施的结构示意图；

图2为本实用新型实施的接线的示意图；

图中，1-直流试验回路；2-工频试验回路；3-高频试验回路；4-测试回路；5-控制回路；

51-信号采集；52-控制输出；52-控制器；

511-电压信号；512-电流信号；513-其他信号；

521-第一输出；522-第二输出；523-第三输出；523-第四输出；

Us₁-第一电源；S₁-第一开关；BT₁-第一调压器；T₁-第一升压变压器；D-高压硅堆；R₁-限流电阻；C₁-直流滤波电容器；R₂-直流滤波电阻；L-隔交电感₁；

Us₂-第二电源；S₂-第二开关；BT₂-第二调压器；T₂-第二升压变压器；L₂-工频补偿电抗器；S₃-第三开关；C₂-工频隔直电容器；

Us₃-第三电源；S₄-第四开关；BP-高频电源；LB-滤波器；L₃-高频补偿电抗器；S₅-第五开关；C₃-高频隔直电容器；GND-接地；

S₆-第六开关；R₃-放电电阻；V-电压测量；TA-电流测量；Cx-待试验的直流支撑电容器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

在图1中可见，本实用新型：复合电压试验装置主要有直流试验回路(1)、工频试验回路(2)、高频试验回路(3)、测试回路(4)和控制回路(5)构成。

从图2可见：

直流试验回路(1)的输出端与测试回路(4)的一端并联连接；

测试回路(4)的另一端与工频试验回路(2)、高频试验回路(3)一端分别并联连接；

控制回路(5)包括信号采集(51)、控制输出(52)、控制器(53)；控制回路(5)的信号采集(51)来自测试回路(4)；控制回路(5)的控制输出分别连接直流试验回路(1)、工频试验回路(2)、高频试验回路(3)和测试回路(4)；控制器(53)根据信号采集(51)计算给出控制输出(52)的指令；

直流试验回路(1)包括第一电源(Us₁)、第一开关(S₁)、第一调压器(BT₁)、第一升压变压器(T₁)、高压硅堆(D)、限流电阻(R₁)、直流滤波电容器(C₁)、直流滤波电阻(R₂)、隔交电感(L₁)；

工频试验回路(2)包括第二电源(Us₂)、第二开关(S₂)、第二调压器(BT₂)、第二升压变压器(T₂)、工频补偿电抗器(L₂)、第三开关(S₃)、工频隔直电容器(C₂)；

高频试验回路(3)包括第三电源(Us₃)、第四开关(S₄)、高频电源(BP)、滤波器(LB)、高频补偿电抗器(L₃)、第五开关(S₅)、高频隔直电容器(C₃)；

测试回路(4)包括第六开关(S₆)、放电电阻(R₃)、电压测量(V)、电流测量(TA)、待试验的直流支撑电容器(Cx)；

第一电源(Us₁)的一端与第一开关(S₁)的一端连接；第一开关(S₁)的另一端与第一调压器(BT₁)的原边一端连接；第一电源(Us₁)的另一端与第一调压器(BT₁)的原边另一端连接；第一调压器(BT₁)的副边与第一升压变压器(T₁)的原边并联连接；第一升压变压器(T₁)的副边的一端依次串联连接高压硅堆(D)、限流电阻(R₁)；限流电阻(R₁)的一端并联直流滤波电容器(C₁)，同时串联直流滤波电阻(R₂)和隔交电感(L₁)；隔交电感(L₁)的一端与测试回路(4)高压端连接；第一升压变压器的(T₁)副边的另一端与直流滤波电容器(C₁)另一端、测试回路(4)低压端并联连接，并接地(GND)；

第二电源(Us₂)的一端与第二开关(S₂)的一端连接；第二开关(S₂)的另一端与第二调压器(BT₂)的原边一端连接；第二电源(Us₂)的另一端与第二调压器(BT₂)的原边另一端连接；第二调压器(BT₂)的副边与第二升压变压器(T₂)的原边并联连接；第二升压变压器(T₂)的副边与工频补偿电抗器(L₂)并联连接；工频补偿电抗器(L₂)的高压端依次与第三开关(S₃)、工频隔直电容器(C₂)串联连接；工频隔直电容器(C₂)另一端与测试回路(4)高压端连接；工频补偿电抗器(L₂)的低压端与测试回路(4)低压端并联连接，并接地(GND) ；

第三电源(Us₃)与第四开关(S₄)、高频电源(BP)依次连接；高频电源(BP)输出端与滤波器(LB)输入端连接；滤波器(LB)输出端与高频补偿电抗器(L₃)并联连接；高频补偿电抗器(L₃)的高压端依次与第五开关(S₅)、高频隔直电容器(C₃)串联连接；高频隔直电容器(C₃)另一端与测试回路(4)高压端连接；高频补偿电抗器(L₃)的低压端与测试回路(4)低压端并联连接，并接地(GND)；

第六开关(S₆)与放电电阻(R₃)串联后与电压测量(V)并联连接；待试验的直流支撑电容器(Cx)与电流测量(TA)串联后也与电压测量(V)并联连接；

信号采集(51)包括电压信号(511)、电流信号(512)、其他信号(513)，其他信号(513)包括温度、压力等；

控制输出(52)包括第一输出(521)、第二输出(522)、第三输出(53)、第四输出(524)。

直流滤波电容器(C₁)、直流滤波电阻(R₁)构成RC滤波器，可以稳定施加在待试验的直流支撑电容器(Cx)上的直流电压。

当第一开关(S₁)为合状态，第二开关(S₂)、第四开关(S₄)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为直流电压，可进行直流耐压试验、直流耐久性试验。

当第二开关(S₂)为合状态，第一开关(S₁)、第四开关(S₄)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为工频电压，可进行工频热稳定性试验。

当第四开关(S₄)位合状态，第一开关(S₁)、第二开关(S₂)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压仅为高频电压，可进行高频热稳定性试验。

当第一开关(S₁)、第二开关(S₂)、第三开关(S₃)都为合状态，第四开关(S₄)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压为直流电压叠加工频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

当第一开关(S₁)、第四开关(S₄)、第五开关(S₅)都为合状态，第二开关(S₂)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出电压直流电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

当第二开关(S₂)、第三开关(S₃)、第四开关(S₄)、第五开关(S₅)都为合状态，第一开关(S₁)都为分状态时，复合电压试验装置此时输出工频电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验。

当第一开关(S₁)、第二开关(S₂)、第三开关(S₃)、第四开关(S₄)、第五开关(S₅)都为合状态，复合电压试验装置此时输出直流电压叠加工频电压叠加高频电压，可进行热稳定性试验、耐久性试验。

第一输出(521)、第一输出(522)、第三输出(523)的指令分别对应第一开关(S₁)、第二开关(S₂)、第四开关(S₃)。当测量信号异常时，控制器(53) 相应给出第一输出(521)、第一输出(522)、第三输出(523)指令。

当试验结束或者试验异常时，控制器(53)给出第四输出(524)的指令，此时第六开关(S₆)合闸，放电电阻(R₃)和待试验的直流支撑电容器(Cx)构成放电回路，释放待试验的直流支撑电容器(Cx)储存的能量。

进一步的，工频补偿电抗器(L₂)的感抗数值可调，工频隔直电容器(C₂)和待试验的直流支撑电容器(Cx)的容抗之和与工频补偿电抗器(L₂)的感抗相匹配，此时第二升压变压器(T₂)的输出功率最小。

进一步的，高频补偿电抗器(L₃)的感抗数值可调，高频隔直电容器(C₃)和待试验的直流支撑电容器(Cx)的容抗之和与高频补偿电抗器(L₃)的感抗相匹配（试验频率条件下），此时高频电源(BP)输出的输出功率最小。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种直流支撑电容器用复合电压试验装置，其特征是：复合电压试验装置主要由直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路、测试回路和控制回路构成，所述直流试验回路的输出端与测试回路的一端并联连接，所述测试回路的另一端分别与工频试验回路、高频试验回路一端并联连接，所述控制回路包括信号采集、控制输出、控制器，所述控制回路的控制器根据信号采集计算结果给出控制输出的指令，所述控制回路的信号采集来自测试回路，所述控制回路的控制输出分别连接直流试验回路、工频试验回路、高频试验回路和测试回路。

2.根据权利要求1所述的复合电压试验装置，其特征在于：所述直流试验回路包括第一电源、第一开关、第一调压器、第一升压变压器、高压硅堆、限流电阻、直流滤波电容器、直流滤波电阻、隔交电感；

所述第一电源的一端与第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与第一调压器的原边一端连接，所述第一电源的另一端与第一调压器的原边另一端连接，所述第一调压器的副边与第一升压变压器的原边并联连接，所述第一升压变压器的副边的一端依次串联连接高压硅堆、限流电阻，所述限流电阻的一端并联直流滤波电容器，同时串联直流滤波电阻和隔交电感，所述第一升压变压器的副边的另一端与直流滤波电容器另一端并联连接并接地。

3.根据权利要求1所述的复合电压试验装置，其特征在于：所述工频试验回路包括第二电源、第二开关、第二调压器、第二升压变压器、工频补偿电抗器、第三开关、工频隔直电容器；

所述第二电源的一端与第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端与第二调压器的原边一端连接，所述第二电源的另一端与第二调压器的原边另一端连接，所述第二调压器的副边与第二升压变压器的原边并联连接，所述第二升压变压器的副边与工频补偿电抗器并联连接，所述工频补偿电抗器的高压端依次与第三开关、工频隔直电容器串联连接。

4.根据权利要求1所述的复合电压试验装置，其特征在于：所述高频试验回路包括第三电源、第四开关、高频电源、滤波器、高频补偿电抗器、第五开关、高频隔直电容器；

所述第三电源与第四开关、高频电源依次连接，所述高频电源输出端与滤波器输入端连接，所述滤波器输出端与高频补偿电抗器并联连接，所述高频补偿电抗器的高压端依次与第五开关、高频隔直电容器串联连接。

5.根据权利要求1所述的复合电压试验装置，其特征在于：所述测试回路包括第六开关、放电电阻、电压测量、电流测量、待试验的直流支撑电容器；

所述第六开关与放电电阻串联后与电压测量并联连接，所述待试验的直流支撑电容器与电流测量串联后与电压测量并联连接。

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