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无功补偿装置功率模块测试仪设计技术报告

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成果主要完成人

杨 筱、黄佳文、徐生伟、赵鹏飞、曹立亮、刘文斌、秦 旭、尉军红

项目概况

中广核民勤启源风电场位于甘肃省武威市民勤县红沙岗镇,配套建设330kV升压变电站一座(简称年华变)。民勤启源风电场330KV升压站内,配套安装山东泰开24Mvar动态无功补偿装置2套,动态无功补偿装置故障率居高不下,2022年动态无功补偿装置故障次数6次,消耗备件费用超过20万元,其中2号SVG停运超过1个月,由于动态无功补偿装置运行极不稳定,造成调度考核及大量备件消耗,严重影响SVG的安全可靠运行。 SVG模块的运行温度范围是非常重要的参数,温度和散热对于SVG功率模块的可靠和有效运行非常重要,如果SVG长期处于过温带病运行,会对SVG模块寿命造成不可逆影响。由于IGBT的机械设计使用几层不同的材料,在产生热损的IGBT芯片和基板之间有相对较高的热量,该热量通过IGBT基板传送到功率模块上的散热器中被吸收。要保证IGBT模块的正确运行,必须要避免过高的芯片瞬时温度造成IGBT瞬时致命损坏,还要避免由于过高的温度波动(温升)△T缩短IGBT寿命。经委托山东泰开技术对损坏模块进行拆解维修分析,90%的损坏模块均存在散热不良,长期过温带病运行的情况。 结合功率模块的工作原理,我们可以得出,给功率模块输入一个低电压脉冲信号,用示波器采集其PWM波形,检测功率模块的波形和幅值是否满足正常输出要求,同时检测输出信号对比其中的谐波含量,可以分析判断功率模块的整流单元和逆变单元的状态是否正常。现场人员随即展开讨论,针对模块散热不良导致过温的问题,为了能够提前发现带病运行的模块,设计制作一种简便、安全、实用的功率模块低电压触发试验装置。 此次设计功率模块测试仪采购物资共计花费480元,其他备件由场站废旧物资替代,功率模块测试仪由场站人员自行设计组装,完成后现场进行实际测试实验,符合设计预期效果。 经济效益分析: (1)节省备品备件成本:功率模块单价约为:3万元/台。 (2)节省厂家技术服务费:(人工费、调试费费)1.5万元/次。 (3)节省调度无功考核费用:装机容量(1分/万)4.95×1天,每1分考核费用1000元,折合约为4950.0元。 未设计出功率模块测试仪前,SVG停运1天造成的损失约为4.995万,目前使用功率模块测试仪后,SVG停运1天造成的损失约为1.7475万,节省费用约3.2475万。