[发明专利]一种饱和电抗器老化用绝缘材料的寿命评估方法及系统

说明书

一种饱和电抗器老化用绝缘材料的寿命评估方法及系统，包括：基于饱和电抗器老化用绝缘材料的老化加速试验获取绝缘材料在外电场匀速增加时的击穿时间；基于绝缘材料在外电场匀速增加时的击穿时间与预先通过实验确定的绝缘材料在恒定电压时的击穿时间的关系得到所述绝缘材料在恒定电压时的击穿时间；根据绝缘材料在恒定电压时的击穿时间和老化加速试验的场强评估绝缘材料的寿命。本发明的技术方法从试验的结果对绝缘材料以及饱和电抗器整体的寿命进行评估，有助于提高饱和电抗器的可靠性，对换流阀寿命进行优化设计，满足日益增大的输电容量的需求，具有很强的工程应用价值。

技术领域

本发明属于电力电子中特高压直流输电换流阀领域，具体涉及一种饱和电抗器老化用绝缘材料的寿命评估方法及系统。

背景技术

饱和电抗器的作用是保护晶闸管。在晶闸管开通瞬间，饱和电抗器表现出很大的阻抗，从而抑制了开通浪涌电流的过快增长；此时，饱和电抗器还可以发挥阻尼作用，从而避免了第一波谷电流的过零。此外，在雷电过电压情况下，饱和电抗器还将承担大部分峰值电压，从而降低晶闸管的电压应力。随着负载电流的增加，饱和电抗器将会逐渐饱和，因此不会增加换流阀的有功和无功功率损耗。

饱和电抗器失效后：在换流阀开通初期，由于开通电流的过快增长(即di/dt过大)，在晶闸管门极区域迅速聚集了大量的热量，从而造成晶闸管因局部过热而损坏(热斑位置在中心门极附近)；在过电压情况下，由于爬电距离不足和沿面漏电流增大，晶闸管会发生端面放电损坏现象；在快速闪变电压情况下(即dv/dt过大)，由于PN结电容的存在，晶闸管内部出现了“位移电流”，从而造成晶闸管的局部过热损坏(热斑位置是随机的)。由此可见，饱和电抗器可靠性直接决定了换流阀的安全运行。

为了提高饱和电抗器的可靠性，就必须获得其主要失效模式和故障率参数。一般地，电力设备的失效模式和故障率可以通过统计方法获得。对于已投运多年的直流输电设备而言，这种方法无疑是最直接、有效和廉价的；但是，对于新研发的设备而言，这种方法显然是行不通的。

从电气设计角度来看，饱和电抗器研究工作多集中在建模、电气和机械设计等方面，尚未有人开展过加速寿命试验方面的研究工作，也没有人对饱和电抗器的使用寿命与应力强度之间的函数关系做过深入研究；从直流输电系统可靠性分析角度来看，其研究工作均集中在系统层面，还没有对饱和电抗器的使用寿命开展过系统研究。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的对于新研发的设备的失效模式和故障率参数无法从统计方法获取的上述不足问题，本发明提供一种饱和电抗器老化用绝缘材料的寿命评估方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种饱和电抗器老化用绝缘材料的寿命评估方法，包括：

基于饱和电抗器老化用绝缘材料的老化加速试验获取所述绝缘材料在外电场匀速增加时的击穿时间；

基于所述绝缘材料在外电场匀速增加时的击穿时间与预先通过实验确定的所述绝缘材料在恒定电压时的击穿时间的关系得到所述绝缘材料在恒定电压时的击穿时间；

根据所述绝缘材料在恒定电压时的击穿时间和所述老化加速试验的场强评估所述绝缘材料的寿命。

优选的，所述通过实验确定的所述绝缘材料在恒定电压时的击穿时间的关系包括：

由实验获取绝缘材料的老化寿命与电场强度之间的函数关系；

由所述绝缘材料的老化寿命与电场强度之间的函数关系确定绝缘材料的性能随时间变化的函数关系；

基于所述绝缘材料的性能随时间变化的函数关系，确定匀速升压击穿的时间和恒定电压的击穿时间的关系。

优选的，所述由实验获取绝缘材料的老化寿命与电场强度之间的函数关系如下式计算：

L＝K/Eⁿ