一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法和装置与流程

本发明属于高电压，具体涉及一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法和装置。

背景技术：

1、模块化多电平换流器是柔性直流输电技术的核心设备，其功率子模块内部包含金属化膜电容器，这种电容器具有储能密度高、可靠性好等优点。在长期复杂应力的作用下，电容器可能会发生自愈放电、电化学腐蚀、电极脱落、鼓包发热等劣化与故障，为了判断电容器的劣化程度及故障状态，需要对其进行有效检测。由于金属化膜电容器被封装在子模块内部，数量庞大且难以拆卸，逐个检测将耗费大量人力、物力，因此提出金属化膜电容器的故障状态试验方法可以指导运维。

2、目前针对直流支撑电容器的故障监测方法主要集中在单频电容值的计算上，例如一种直流支撑电容器监测方法，在直流支撑电容器所属子模块各开通时间内，获取直流支撑电容器的电压值和电流值；基于电压值和电流值计算直流支撑电容器在各开通时间内的电容值；对各开通时间内的电容值进行数理统计，得到电容值的至少一种数理统计结果；基于电容值的数理统计结果和预设条件确定直流支撑电容器所属子模块的工作状态；一种电容器高温焊接可靠性试验方法通过视觉反馈机构反馈电容器试验过程中未出现熔融散架现象时，试验结束，说明该款电容器符合现有回流焊工艺曲线。然而现有暂无针对交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的电容器故障状态详尽的试验方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在针对交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的电容器故障状态，提供一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法和装置，以解决上述不足。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，包括如下步骤：

4、搭建试验平台，试验平台用于模拟交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的长期运行工况和故障状态；

5、通过试验平台获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品；

6、通过试验平台获取不同故障状态下的电容器试品；

7、测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数；

8、基于电容器参数绘制各参数的频变曲线，以便进行电容器状态分析。

9、进一步地，试验平台包括：多频谐波合成电源、高压直流源、中频变压器、隔直电容器、可编程温湿调节烘箱，高压电桥以及控制上位机；

10、多频谐波合成电源与中频变压器连接，通过隔直电容器接入可编程温湿调节烘箱内的试品中，高压直流源经保护电阻接入可编程温湿调节烘箱内的试品中，高压电桥与试品连接，控制上位机与多频谐波合成电源和高压直流源连接。

11、进一步地，通过试验平台获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品，包括：

12、将第一组电容器试品放入可编程温湿调节烘箱中，按照第一设定条件进行静置；

13、静置完成后，启动多频谐波合成电源输出0.15倍试品额定直流电压，启动高压直流源，输出1.35倍试品额定直流电压，每运行24小时测量试品电容值；

14、重复上述步骤，直到获得电容量衰减分别为1%、2%、3%、4%、5%的电容器长期运行工况劣化试品。

15、进一步地，第一设定条件为：温度85℃，60%湿度，静置时间为2小时。

16、进一步地，通过试验平台获取不同故障状态下的电容器试品，包括：

17、将电容器试品两端分别并入10kω、1kω、100ω、10ω电阻，分别获得c1、c2、c3、c4四组试品，以模拟等效并联电阻衰减的电容器故障状态；

18、将电容器试品两端分别串入1mω、10mω、50mω、100mω电阻，分别获得c5、c6、c7、c8四组试品，以模拟等效串联电阻增加的电容器故障状态；

19、将8组试品放入可编程温湿调节烘箱中，按照第一设定条件进行静置；

20、启动多频谐波合成电源，输出0.15倍试品额定直流电压，启动高压直流源，输出1.35倍试品额定直流电压，热老化并每24小时测量试品电容量变化，直至获得电容量衰减5%的电容器试品。

21、进一步地，测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数，包括：

22、将电容器长期运行工况劣化试品和16组故障试品静置冷却至室温，16组故障试品为热老化衰减5%的8组试品和未经过热老化衰减的8组试品；

23、将高压电桥连接试验试品与多频谐波合成电源，打开高压电桥电源，启动多频谐波合成电源；

24、通过控制上位机控制电源输出设定频率的单次谐波电压，测量各频率下试品的电容器参数；

25、更换试品，直至测量完所有试品的电容器参数。

26、进一步地，电容器参数包括：电容值、等效串联电阻值以及介质损耗角正切值。

27、进一步地，设定频率包括50hz、100hz、150hz、200hz、250hz、300hz、350hz、400hz、450hz和500hz。

28、进一步地，还包括：通过数学拟合的方法获得不同劣化状态与故障状态下电容器试品的多频阻抗频变曲线。

29、第二方面，本发明提供了一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验装置，基于如第一方面的基于多频阻抗的电容器故障状态试验运行，包括：

30、试验平台模块，用于模拟交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的长期运行工况和故障状态；

31、劣化模拟模块，用于通过试验平台模块获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品；

32、故障模拟模块，用于通过试验平台模块获取不同故障状态下的电容器试品；

33、测量模块，用于测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数；

34、曲线绘制模块，用于基于电容器参数绘制各参数的频变曲线，以便进行电容器状态分析。

35、综上，本发明提供了一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法和装置，包括如下步骤：搭建试验平台，试验平台用于模拟交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的长期运行工况和故障状态；通过试验平台获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品；通过试验平台获取不同故障状态下的电容器试品；测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数；基于电容器参数绘制各参数的频变曲线，以便进行电容器状态分析。本发明通过搭建专门的试验平台，能够精确模拟电容器在交直流叠加电压应力下的长期运行环境和各种故障状态，提高了试验结果的实用性和准确性，为交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的电容器故障状态分析提供了指导。

技术特征：

1.一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，所述试验平台包括：多频谐波合成电源、高压直流源、中频变压器、隔直电容器、可编程温湿调节烘箱，高压电桥以及控制上位机；

3.根据权利要求2所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，通过所述试验平台获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品，包括：

4.根据权利要求3所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，所述第一设定条件为：温度85℃，60%湿度，静置时间为2小时。

5.根据权利要求3所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，通过所述试验平台获取不同故障状态下的电容器试品，包括：

6.根据权利要求5所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数，包括：

7.根据权利要求6所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，所述电容器参数包括：电容值、等效串联电阻值以及介质损耗角正切值。

8.根据权利要求6所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，所述设定频率包括50hz、100hz、150hz、200hz、250hz、300hz、350hz、400hz、450hz和500hz。

9.根据权利要求1所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法，其特征在于，还包括：通过数学拟合的方法获得不同劣化状态与故障状态下电容器试品的多频阻抗频变曲线。

10.一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验装置，其特征在于，基于如权利要求1-9任一项所述的基于多频阻抗的电容器故障状态试验运行，包括：

技术总结本发明提供了一种基于多频阻抗的电容器故障状态试验方法和装置，属于高电压技术领域。该方法包括搭建试验平台，试验平台用于模拟交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的长期运行工况和故障状态；通过试验平台获取长期运行工况下不同劣化阶段的电容器试品；通过试验平台获取不同故障状态下的电容器试品；测量不同劣化阶段以及不同故障状态下的电容器试品的电容器参数；基于电容器参数绘制各参数的频变曲线，以便进行电容器状态分析。本发明通过搭建专门的试验平台，能够精确模拟电容器在交直流叠加电压应力下的长期运行环境和各种故障状态，提高了试验结果的实用性和准确性，为交直流叠加电压应力下直流支撑电容器的电容器故障状态分析提供了指导。技术研发人员：李盈,姚成,刘刚,江链涛,马凯,谭令其,袁智勇,熊岩,周月宾受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2