[发明专利]一种晶闸管电加热试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种晶闸管电加热试验装置及其试验方法，所述试验装置包括小直流源、大直流源、取能电源、待测晶闸管、开关一、开关二，小直流源和取能电源并联连接，取能电源与相互串联的待测晶闸管和开关一并联连接，待测晶闸管与相互串联的大直流源和开关二并联连接；小直流源包括二极管整流桥和二极管硅堆，二极管整流桥和二极管硅堆串联连接，大直流源为六脉动整流桥，取能电源为冲击电源。此种试验装置可开展晶闸管电加热试验，验证晶闸管承受设计要求的最高结温及高低温循环应力的性能，试验装置建设成本低、升级简单。本发明还公开一种基于前述晶闸管电加热试验装置的试验方法。

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及晶闸管电加热试验，更具体涉及一种晶闸管电加热试验装置及其试验方法。

背景技术

基于晶闸管串联技术的高压阀已在电网中广泛应用，例如静止无功补偿器（SVC）、高压直流输电换流阀（HVDC Valve）、晶闸管控制串联补偿器（TCSC）等。晶闸管作为此类大功率电力电子设备的核心器件，其性能关乎设备的运行安全。

晶闸管在工作时PN结会发热造成温度上升，PN结的温度称为结温。额定运行时，晶闸管结温存在一定的安全裕度；当工作在过负荷或短时故障工况下时，晶闸管结温可能达到最高允许运行温度，温度升高会引起晶闸管内PN结损伤、内部低熔点材料的融化，导致电气性能退化或永久损坏。晶闸管经历额定运行工况与过负荷、短时故障工况之间的循环运行，在此过程中晶闸管承受高低温循环，晶闸管结构上为多种材料压接而成，不同材料的热膨胀系数不同，高低温循环时由于热胀冷缩作用会形成界面剪切力，该力会沿着空洞和微裂纹进行裂纹扩散，裂纹扩大到一定程度将导致晶闸管芯片失效。因此有必要在出厂阶段开展晶闸管电加热试验，验证晶闸管承受设计要求的最高结温及高低温循环应力的性能。

电加热试验时需要将晶闸管加热到需求的结温，晶闸管的加热方法主要有两种，分别为水加热和电加热。水加热通过水系统的水温对晶闸管进行传导加热；电加热通过在晶闸管开通状态时施加电流，由晶闸管的损耗产生的热量对自身进行加热。水加热相比于电加热，将晶闸管加热到相同的结温时间更长；并且水加热时晶闸管各层材料温度分布为外高内低，与晶闸管工作状态时温度分布内高外低不同，高低温循环应力考核存在一定差异。

晶闸管正常运行时处于电加热工况。电加热可采用交流电流或直流电流对晶闸管进行加热，由于晶闸管的单向导通特性，交流电流只有半个周期通过晶闸管，而直流电流可以全周期通过晶闸管。专利CN100386640C采用交流电流加热时，由于交流电流一个周期内存在正电流和负电流，故试品中必须有两个晶闸管方向相反的并联连接的高压阀，无法对单个高压阀开展试验，存在一定的试验局限性。而直流电流加热可以仅对一个高压阀开展试验，当需要加热多个高压阀时，只需将各个高压阀串联开展试验，试验方式灵活。

专利CN201548414U、CN203909232U、CN100392416C、CN202421373U、CN101726697B均采用直流电流对高压阀进行加热，并且高压阀的开通电压和电加热电流均由同一个直流电流源提供。晶闸管在开通时刻仅需大的开通电压，晶闸管开通后开展电加热试验需小的维持电压、大的试验电流；单级晶闸管开通电压在1kV左右，高压阀通常包含至少十多级晶闸管串联，高压阀开通所需电压幅值较大；高压阀开通后在开展电加热时，单级晶闸管上的维持电压仅几伏，电加热试验电流达上千安。直流电流源既提供开通电压又提供电加热试验电流时，为直流电流源供能的变压器容量需按照开通电压和电加热试验电流确定，将造成变压器容量的较大浪费，变压器费用在建设成本中占较大比例，造成试验装置建设成本急剧升高；试验装置为满足更多的晶闸管串联级数的高压阀试验需求而升级改造时，变压器不满足高压阀开通电压要求而需要报废并重新设计采购。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种晶闸管电加热试验装置及其试验方法，将晶闸管开通回路和电流加热回路分开，分别由单独的电源提供，既满足晶闸管电加热试验需求，又降低了试验装置建设成本，并且试验装置升级简单、成本低。

具体的方案如下：