[實用新型]一種直流輸電換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗設備

有效

• 申請號: 201420361403.4
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN203909232U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 張鵬立;行鵬;江戈;衡勇
• 申請（專利權）人: 中國西電電氣股份有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01K7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本實用新型涉及電力設備試驗裝置，尤其涉及一種直流輸電換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗設備。

背景技術

隨著超特高壓直流輸電的迅速發展和廣泛應用，大功率晶閘管作為直流輸電關鍵核心器件也得到了廣泛的應用。晶閘管也叫可控硅，是一種雙極型半導體器件。現在的晶閘管一般是由硅材料制造的。晶閘管具有三個PN結。PN結是半導體的一個重要概念，它是P型半導體和N型半導體結合的地方形成的一個勢壘區，具有單向導電性，它是半導體器件工作的主要憑據。半導體器件工作時，由于載流子(電子和空穴)的運動，PN結會發熱造成溫度上升。這時候PN結的溫度就叫結溫。當PN的結溫高到一定的溫度時，因為P型和N型半導體的變化會使PN結的勢壘區消失，也就是使得半導體器件失去其正常的功能。這時候的結溫就叫半導體器件的最高結溫。對于超特高壓直流輸電換流閥組件中大功率晶閘管來說，浪涌電流是大功率晶閘管的一個重要性指標，表明晶閘管能夠承受故障沖擊電流或者脈沖電流的能力。承受浪涌電流后，晶閘管會產生遠大于額定工況時的熱量，短時間連續過載運行時允許結溫在89℃～94℃度左右。溫度升高會引起晶閘管內PN結的損傷，導致其整體電氣性能的退化，從而給整個裝置或者系統穩定帶來隱患，若晶閘管結溫進一步升高，晶閘管會因為內部低熔點材料的熔化而造成永久性損壞。

對大功率的半導體器件，為了工作的更可靠，一般都會想辦法提高它的散熱性能(比如加裝散熱片等)，盡量降低其結溫，避免超過最高結溫而不能正常工作。

半導體器件的結溫和半導體器件的外表溫度是不同的，前者要比后者高。大功率晶閘管為了散熱經常采用一種雙面冷卻的扁平型結構，在這種結構中，硅片被夾在兩個鉬片中間。由于硅和鉬膨脹系數相近，這種結構可以抵消硅片發熱時產生的熱應力以防止硅片破碎，鉬片被固定在上下兩個銅基座之間，銅基座除了起到對外電連接的作用外，還充當著硅片散熱器的作用。

因此，為了提高了換流閥組件在現場運行的可靠性和安全性。超特高壓直流輸電晶閘管換流閥組件在組件例行試驗時必須進行晶閘管結溫試驗。目前還沒有一套完整的超、特高壓直流輸電晶閘管換流閥TCU結構組件直流輸電換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗設備。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種簡單、成本低的直流輸電換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗設備，以解決超、特高壓直流輸電晶閘管換流閥TCU結構組件大功率晶閘管穩態結溫的試驗問題。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種直流輸電換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗設備，包括與換流閥組件相連的大功率直流加熱電源和循環冷卻水系統；所述直流加熱電源采用三相橋式可控硅整流電路，直流加熱電源輸出正極端和輸出負極端分別接換流閥組件的陽極端和陰極端，所述循環冷卻水系統通過水管與安裝在換流閥組件大功率晶閘管兩側的散熱器連通，并與循環冷卻水系統形成循環水路；給換流閥組件中的大功率晶閘管提供足夠功率的觸發脈沖，通過直流加熱電源提供的直流電給換流閥組件加熱，達到結溫后啟動循環冷卻水系統對換流閥組件進行冷卻，用熱電偶及配套測溫儀表進行晶閘管穩態結溫溫度、加熱時間、冷卻時間測試。

所述大功率晶閘管上設有鉆孔，鉆孔深度為晶閘管面半徑的1/2，鉆孔直徑為2mm，熱電偶埋置在鉆孔中。

所述直流加熱電源由整流變壓器T，大功率晶閘管KP1、KP2、KP3、KP4、KP5、KP6，平波電抗器H，續流二極管D，直流電壓表U和直流電流A回路組成。

所述循環冷卻水系統包括儲水箱，儲水箱通過水管與換流閥組件中的第二散熱器連通形成循環水路，儲水罐與第二散熱器的連接水管上還安裝有第一散熱器和水泵。

所述循環冷卻水系統還包括分別與儲水罐和第一散熱器連通的離子罐，離子罐里有大量用于去除水中的陰陽離子及金屬離子的樹脂。

所述循環冷卻水系統出水口與進水口之間設置有將出水口和進水口連通的支路，該支路上、及循環冷卻水系統的出水口和進水口上均安裝有閥門。

本實用新型的換流閥組件大功率晶閘管穩態結溫試驗中加熱、冷卻試驗設備包括一套大功率直流加熱電源和一套循環冷卻水設備，運用大功率三相橋式可控硅整流電路為直流加熱電源，給換流閥組件中大功率晶閘管提供足夠功率的觸發脈沖，通過啟動直流加熱電源通過直流電給換流閥組件加熱，待加熱到換流閥組件大功率晶閘管結溫溫度，停止加熱電源，啟動冷卻循環水設備對換流閥組件進行冷卻，用熱電偶及配套測溫儀表進行晶閘管穩態結溫溫度、加熱時間、冷卻時間測試。