[实用新型]一种直流输电换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力设备试验装置，尤其涉及一种直流输电换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验设备。

背景技术

随着超特高压直流输电的迅速发展和广泛应用，大功率晶闸管作为直流输电关键核心器件也得到了广泛的应用。晶闸管也叫可控硅，是一种双极型半导体器件。现在的晶闸管一般是由硅材料制造的。晶闸管具有三个PN结。PN结是半导体的一个重要概念，它是P型半导体和N型半导体结合的地方形成的一个势垒区，具有单向导电性，它是半导体器件工作的主要凭据。半导体器件工作时，由于载流子(电子和空穴)的运动，PN结会发热造成温度上升。这时候PN结的温度就叫结温。当PN的结温高到一定的温度时，因为P型和N型半导体的变化会使PN结的势垒区消失，也就是使得半导体器件失去其正常的功能。这时候的结温就叫半导体器件的最高结温。对于超特高压直流输电换流阀组件中大功率晶闸管来说，浪涌电流是大功率晶闸管的一个重要性指标，表明晶闸管能够承受故障冲击电流或者脉冲电流的能力。承受浪涌电流后，晶闸管会产生远大于额定工况时的热量，短时间连续过载运行时允许结温在89℃～94℃度左右。温度升高会引起晶闸管内PN结的损伤，导致其整体电气性能的退化，从而给整个装置或者系统稳定带来隐患，若晶闸管结温进一步升高，晶闸管会因为内部低熔点材料的熔化而造成永久性损坏。

对大功率的半导体器件，为了工作的更可靠，一般都会想办法提高它的散热性能(比如加装散热片等)，尽量降低其结温，避免超过最高结温而不能正常工作。

半导体器件的结温和半导体器件的外表温度是不同的，前者要比后者高。大功率晶闸管为了散热经常采用一种双面冷却的扁平型结构，在这种结构中，硅片被夹在两个钼片中间。由于硅和钼膨胀系数相近，这种结构可以抵消硅片发热时产生的热应力以防止硅片破碎，钼片被固定在上下两个铜基座之间，铜基座除了起到对外电连接的作用外，还充当着硅片散热器的作用。

因此，为了提高了换流阀组件在现场运行的可靠性和安全性。超特高压直流输电晶闸管换流阀组件在组件例行试验时必须进行晶闸管结温试验。目前还没有一套完整的超、特高压直流输电晶闸管换流阀TCU结构组件直流输电换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种简单、成本低的直流输电换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验设备，以解决超、特高压直流输电晶闸管换流阀TCU结构组件大功率晶闸管稳态结温的试验问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种直流输电换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验设备，包括与换流阀组件相连的大功率直流加热电源和循环冷却水系统；所述直流加热电源采用三相桥式可控硅整流电路，直流加热电源输出正极端和输出负极端分别接换流阀组件的阳极端和阴极端，所述循环冷却水系统通过水管与安装在换流阀组件大功率晶闸管两侧的散热器连通，并与循环冷却水系统形成循环水路；给换流阀组件中的大功率晶闸管提供足够功率的触发脉冲，通过直流加热电源提供的直流电给换流阀组件加热，达到结温后启动循环冷却水系统对换流阀组件进行冷却，用热电偶及配套测温仪表进行晶闸管稳态结温温度、加热时间、冷却时间测试。

所述大功率晶闸管上设有钻孔，钻孔深度为晶闸管面半径的1/2，钻孔直径为2mm，热电偶埋置在钻孔中。

所述直流加热电源由整流变压器T，大功率晶闸管KP1、KP2、KP3、KP4、KP5、KP6，平波电抗器H，续流二极管D，直流电压表U和直流电流A回路组成。

所述循环冷却水系统包括储水箱，储水箱通过水管与换流阀组件中的第二散热器连通形成循环水路，储水罐与第二散热器的连接水管上还安装有第一散热器和水泵。

所述循环冷却水系统还包括分别与储水罐和第一散热器连通的离子罐，离子罐里有大量用于去除水中的阴阳离子及金属离子的树脂。

所述循环冷却水系统出水口与进水口之间设置有将出水口和进水口连通的支路，该支路上、及循环冷却水系统的出水口和进水口上均安装有阀门。

本实用新型的换流阀组件大功率晶闸管稳态结温试验中加热、冷却试验设备包括一套大功率直流加热电源和一套循环冷却水设备，运用大功率三相桥式可控硅整流电路为直流加热电源，给换流阀组件中大功率晶闸管提供足够功率的触发脉冲，通过启动直流加热电源通过直流电给换流阀组件加热，待加热到换流阀组件大功率晶闸管结温温度，停止加热电源，启动冷却循环水设备对换流阀组件进行冷却，用热电偶及配套测温仪表进行晶闸管稳态结温温度、加热时间、冷却时间测试。