电力设备的雷电冲击试验系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种电力设备雷电冲击试验系统，包括冲击电压发生器，其中，所述冲击电压发生器与待试电力设备之间设有用于二次放电的陡化回路。通过设置陡化回路，使得冲击电压发生器放电时先对陡化回路充电，再通过陡化回路放电对待试电力设备进行雷电冲击试验，使用了二次放电技术，由于陡化回路引线电感相对较小，解决了由于冲击电压发生器中的回路电感较大对波前时间以及振荡幅值的影响从而导致超过标准规定的问题。
【专利说明】电力设备的雷电冲击试验系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力设备的雷电冲击试验测试领域，特别涉及一种电力设备的雷电冲击试验系统及方法。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，一般都是要通过高压来进行传输或者进行电力交换，这就导致在电力系统的电力设备具有较高的耐电压功能，并且在实际的电力系统中，大多数的设备都处于相对较恶劣的环境，并且由于天气等影响，如雷电时，也会对电力设备发生较大的冲击。因此对于电力设备都有较高的雷电冲击能力要求。同时，如何检验电力设备的雷电冲击能力也十分重要。
[0003]现有电力设备的雷电冲击试验系统等效电路如图1，所述冲击电压发生器包括等效主电容Cl、放电球隙Gl、回路电感L1、波头电阻Rl及波尾电阻R2。所述等效主电容Cl一端与所述放电球隙Gl —端连接，所述等效主电容Cl的另一端与波尾电阻R2电连接后作为冲击电压发生器的一个输出端口，所述放电球隙Gl的另一端分别与波头电阻Rl和波尾电阻R2连接，所述波头电阻Rl的另一端连接回路电感LI的一段，所述回路电感LI的另一端作为冲击电压的另一个输出端。待电力设备跨接于冲击电压发生器的输出端，电容C2为待电力设备入口电容，其中等效主电容采用Marx多级回路的等效电容。
[0004]其工作原理:先对等效主电容Cl充电，当等效主电容Cl的电压达到一定幅值时则放电球隙Gl击穿，放电球隙Gl击穿后等效主电容Cl经波头电阻R1、回路电感LI向电容C2充电，其中电容C2为待试变压器入口电容。形成雷电冲击波前，同时等效主电容Cl、电容C2经波尾电阻R2放电形成雷电冲击波尾，所述波前与波尾即对待试变压器实施了雷电冲击，如果此时变压器无故障发生，则认为变压器满足了测试要求。
[0005]但是对任一冲击试验回路来说，都不可避免的存在有回路电感LI，尤其采用了Marx多级回路的冲击电压发生器，它包括了冲击电压发生器本体的电感、波前电阻Rl的电感和冲击电压发生器本体到被试变压器之间引线的电感，这就导致了整个回路电感较大。当冲击电压发生器发生串联放电时，回路电感LI将会对冲击波的波前产生一定影响，它一方面会影响冲击波的波前时间Tl，另一方面会使冲击波形发生振荡。这样即导致波前时间Tl大于1.56 μ s和/或振荡大于10%，为得到较小的波前时间(最好满足标准规定范围)不可避免的要在雷电冲击峰值处产生振荡或过冲。
[0006]现有技术中为了保证波前时间Tl符合标准要求，则可能减小波前电阻R1，但是有回路电感LI的存在会在冲击波形峰值处产生振荡过冲，增大波前电阻Rl对振荡过冲有一定抑制作用，在这种矛盾的情况下，经常出现为保证波前时间而使振荡过冲大于10%的现象，甚至对于某些产品还会出现雷电冲击的波前时间和振荡过冲均不满足要求的现象。虽然在波前电阻Rl上并联电容器的方法对这种情况有所改善，但不能从根本上改变回路电感LI存在的问题。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种可兼顾波前时间以及振荡过冲的电力设备的雷电冲击试验系统以及方法。
[0008]为了解决以上技术问题，本发明提供一种电力设备的雷电冲击试验系统，包括冲击电压发生器，其中，所述冲击电压发生器与待试电力设备之间设有用于二次放电的陡化回路。
[0009]进一步地，所述陡化回路包括用于代替待试电力设备的负荷电容C4以及放电回路，所述负荷电容C4通过所述放电回路对待试电力设备放电。
[0010]进一步地，所述放电回路包括陡化回路放电间隙G2，所述负荷电容C4与所述冲击电压发生器并联，所述陡化回路放电间隙G2串联于所述负荷电容C4与待试电力设备之间。
[0011]进一步地，所述放电回路还包括陡化回路引线电感L2、调波电容C3及调波电阻R3 ;所述调波电容C3与调波电阻R3并联后再与所述陡化回路引线电感L2串联于所述负荷电容C4和所述陡化回路放电间隙G2之间。
[0012]进一步地，所述冲击电压发生器包括等效主电容Cl、放电球隙G1、回路电感L1、波头电阻R1、波尾电阻R2;所述等效主电容Cl 一端与所述放电球隙Gl —端连接，所述等效主电容Cl的另一端与波尾电阻R2电连接后作为冲击电压发生器的一个输出端口，所述放电球隙Gl的另一端分别与波头电阻Rl和波尾电阻R2连接，所述波头电阻Rl的另一端连接回路电感LI的一段，所述回路电感LI的另一端作为冲击电压的另一个输出端。
[0013]进一步地，所述回路电感LI包括冲击电压发生器本体的电感、波前电阻的电感以及冲击电压发生器本体到待试电力设备之间的引线电感。
[0014]进一步地，所述波头电阻Rl两端并联有调波电容。
[0015]相应的，为了解决上述技术问题，本发明还提供一种电力设备的雷电冲击试验方法，其中，包括:
[0016]通过冲击电压发生器产生冲击电压；
[0017]通过所述冲击电压对陡化回路充电，再通过所述陡化回路对待试电力设备进行放电。
[0018]进一步地，所述通过所述冲击电压对陡化回路充电，再通过所述陡化回路对待试电力设备进行放电包括:
[0019]通过所述冲击电压对所述陡化回路中的负荷电容进行充电；
[0020]当所述负荷电容的电压达到一定幅值时，通过所述陡化回路中的放电回路对待试电力设备放电。
[0021]进一步地，所述当负荷电容C4的电压达到一定幅值时，通过所述陡化回路中的放电回路对待试电力设备放电包括:
[0022]当所述负荷电容的电压达到一定幅值时，击穿所述放电回路的所述陡化回路放电间隙，所述负荷电容对所述待试电力设备放电。
[0023]本发明提供的电力设备的雷电冲击试验系统及方法，通过设置陡化回路，使得冲击电压发生器通过陡化回路对待试电力设备进行雷电冲击试验，而通过在陡化回路中设置负荷电容以及放电回路，使冲击电压发生器的主要作用变为提供一个较高的冲击电压，利用该冲击电压对负荷电容充电，然后再通过放电回路对待试电力设备放电。使用二次放电技术，这样即可弱化了冲击电压发生器的回路电感对整个试验系统的影响，而陡化回路引线电感相对较小，解决了由于冲击电压发生器中的回路电感较大对波前时间以及振荡幅值的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明:
[0025]图1是现有的电力设备的雷电冲击试验系统的等效电路图；
[0026]图2是本发明的电力设备的雷电冲击试验系统的一个实施例的等效电路图；
[0027]图3是基于图2所示实施例的本发明的电力设备的雷电冲击试验方法的一个实施例的流程图；
[0028]图4是图2所示实施例中C2和C4上的冲击波形图；
[0029]图5是图1现有的电力设备的雷电冲击试验系统的冲击波形图；
[0030]图6是图1现有的电力设备的雷电冲击试验系统中波头电阻Rl并联调波电容另一种冲击波形图；
[0031]图7是图2所示实施例中陡化回路的冲击波形图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0033]本发明中的电力设备是指入口电容C2较大的高电压大容量的应用于电力系统中的变压器和电抗器等设备。
[0034]本发明的电力设备的雷电冲击试验系统及试验方法中设有陡化回路，其具体实施例如下:
[0035]如图2所示，一种电力设备的雷电冲击试验系统，包括冲击电压发生器，其中，冲击电压发生器与待试电力设备之间设有用于二次放电的陡化回路I。陡化回路I包括用一个代替待试变压器的负荷电容C4，以及一个放电回路，由于这个回路结构简单，可使其回路电感可以变得很小，从而产生的冲击波形的波前时间Tl会更小。
[0036]如图2所示，在本实施例中，冲击电压发生器包括等效主电容Cl、放电球隙G1、回路电感L1、波头电阻Rl及波尾电阻R2。等效主电容Cl 一端与放电球隙Gl —端连接，等效主电容Cl的另一端与波尾电阻R2电连接后作为冲击电压发生器的一个输出端口，放电球隙Gl的另一端分别与波头电阻Rl和波尾电阻R2连接，波头电阻Rl的另一端连接回路电感LI的一段，回路电感LI的另一端作为冲击电压的另一个输出端。陡化回路I包括负荷电容C4、陡化回路弓I线电感L2、调波电容C3、调波电阻R3、陡化回路放电间隙G2。负荷电容C4跨接于冲击电压发生器的两个输出端。陡化回路引线电感L2的一端电连接负荷电容C4一端，陡化回路引线电感L2的另一端电连接调波电阻R3的一端，调波电阻R3的另一端连接陡化回路放电间隙G2 —端，陡化回路放电间隙G2另一端与负荷电容C4另一端之间串联有电容C2，其中电容C2等效为待试变压器入口电容，即待试变压器跨接与陡化回路放电间隙G2与负荷电容C4之间。调波电阻R3的两端并联有调波电容C3。
[0037]本发明实施例还提供一种基于图2所示电力设备的雷电冲击试验系统的试验方法，如图3所示，该试验方法包括以下步骤:
[0038]步骤S100，等效主电容Cl充电。具体实现方式为:等效主电容Cl经由整流装置输出的直流电源缓慢充电。
[0039]步骤S101，击穿放电球隙G1。
[0040]具体实现方式为:当等效主电容Cl的电压达到一定幅值时，放电球隙Gl被击穿。步骤SlOO与步骤SlOl即利用冲击电压发生器形成冲击电压。
[0041]步骤S102，负荷电容C4充电。
[0042]具体实现方式为:放电球隙Gl击穿后等效主电容Cl经波头电阻R1、回路电感LI向负荷电容C4充电。此时利用负荷电容C4充当待试电力设备，将冲击电压发生器形成的冲击电压施加于负荷电容C4，对负荷电容C4进行充电。
[0043]步骤S103，击穿陡化回路放电间隙G2。
[0044]具体实现方式为:当负荷电容C4的电压达到一定幅值时，陡化回路放电间隙G2被击穿。
[0045]步骤S104，对待试电力设备放电。
[0046]具体实现方式为:陡化回路放电间隙G2击穿后，负荷电容C4经陡化回路引线电感L2、调波电容C3、调波电阻R3向电容C2充电，其中电容C2等效为待试变压器入口电容。形成雷电冲击波前，同时电容C2、负荷电容C4经波尾电阻R2放电形成雷电冲击波尾，波前与波尾即对待试变压器实施了雷电冲击，如果此时变压器无故障发生，则认为变压器满足了测试要求，适当减小调波电阻R3不仅会有效地减小波前时间Tl，还可保证了振荡过冲不会过大。
[0047]由于使用陡化回路后，使得冲击电压发生器先对陡化回路进行放电，当陡化回路中的负荷电容C4饱和后放电击穿陡化回路放电间隙G2，由此使得波前时间不再取决于冲击电压发生器，而主要取决于陡化回路，又因为陡化回路具有较小的回路引线电感，从而可以将冲击波形的波前时间降低，又能满足振荡峰值的要求。
[0048]使用陡化回路后的负荷电容C4和电容C2上的冲击波形如图4所示，(I)是负荷电容C4的电压波形，(2)是电容C2的电压波形。图中横坐标轴表不雷电冲击时间，纵坐标轴表示雷电冲击的幅度，从图中可以清楚的看出，当陡化回路放电间隙G2放电后，电容C2上才有电压。
[0049]为了说明陡化回路的明显效果，下面举例说明:
[0050]1.使用图1中常规雷电冲击试验系统，选择Cl=0.0625μ F，C2=0.00894 μ F，Rl=IOOQ，R2=770Q，Ll=127y H，冲击波形如图5，图中横坐标轴表示雷电冲击时间，纵坐标轴表示雷电冲击的幅度，波前时间Tl=2.425 μ s，过冲23.2%
[0051]2.使用图1中常规雷电冲击试验系统，并在波头电阻Rl上并联电容5000pF，Cl=0.0625μ F,C2=0.00894 μ F，Rl=180 Ω，R2=770 Ω，Ll=127 μ H，冲击波形如图 6，图中横坐标轴表示雷电冲击时间，纵坐标轴表示雷电冲击的幅度，波前时间Tl=L 777μ S，过冲小于10%
[0052]3.使用图2中带有陡化回路的雷电冲击试验系统，选择Cl=0.0625 μ F，C2=0.00894 μ F, C3=3300pF, C4=0.03064 μ F, Rl=60Ω，R2=770Ω，R3=135Ω，Ll=127μ H,L2=55 μ H,冲击波形如图7,图中横坐标轴表不雷电冲击时间，纵坐标轴表不雷电冲击的幅度，波前时间Tl=L 470 μ S，过冲小于5%
[0053]由此可以看出:陡化回路对波前时间的减小作用明显，陡化回路引线电感L2在数值上远远小于冲击电压发生器回路电感LI，所以适当减小调波电阻R3不仅会有效地减小波前时间Tl，也保证了振荡过冲不会过大。
[0054]使用陡化回路后，由于使用了二次放电技术，冲击设备的效率有所下降，从83%下降到58%，负荷电容C4的选择对使用效率有着明显的影响，负荷电容C4越小效率越高，负荷电容C4越大波前时间越短，负荷电容C4的适当选择可以得到最好的效果。
[0055]应当注意的是，陡化回路中当陡化回路放电间隙G2击穿后负荷电容C4经陡化回路引线电感L2、调波电容C3、调波电阻R3向电容C2充电时，等效主电容Cl也会经波头电阻R1、回路电感L1、陡化回路引线电感L2、调波电容C3、调波电阻R3向电容C2充电，后者对波头的形状还是有一定影响的，所以适当调整波头电阻R1、调波电阻R3的数值对波头的形状有一定改善。
[0056]当然，电力设备也可为电抗器。
[0057]通过设置陡化回路，使得冲击电压发生器通过陡化回路对待试电力设备进行雷电冲击试验，而通过在陡化回路中设置负荷电容以及放电回路，使冲击电压发生器的主要作用变为提供一个较高的冲击电压，利用该冲击电压对负荷电容充电，然后再通过放电回路对待试电力设备放电。使用二次放电技术，这样即可弱化了冲击电压发生器的回路电感对整个试验系统的影响，而陡化回路引线电感相对较小，解决了由于冲击电压发生器中的回路电感较大对波前时间以及振荡幅值的影响。
[0058]虽然采用了二次放电技术，但是冲击电压发生器仍然会对待试电力设备产生影响，此时，本发明的放电回路中增加了调波电阻R3以及调波电容C3，通过调整波头电阻Rl以及调波电阻R3，即可调整波头形状，再次减小了冲击电压发生器对整个测试系统的影响，最大程度的满足测试的要求。
[0059]并且本发明可通过增加负荷电容以及放电间隙等少量电气元件，解决了目前国内外电力设备的雷电冲击试验存在波前时间和振荡过冲不满足标准要求的普遍问题，具有投资少、见效快的特点，可普遍用于电力设备制造企业和各检验机构，极大地提高了电力设备雷电冲击的试验能力。
[0060]在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种电力设备的雷电冲击试验系统,包括冲击电压发生器,其特征在于,所述冲击电压发生器与待试电力设备之间设有用于二次放电的陡化回路。
2.根据权利要求1所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述陡化回路包括用于代替待试电力设备的负荷电容C4以及放电回路，所述负荷电容C4通过所述放电回路对待试电力设备放电。
3.根据权利要求2所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述放电回路包括陡化回路放电间隙G2，所述负荷电容C4与所述冲击电压发生器并联，所述陡化回路放电间隙G2串联于所述负荷电容C4与待试电力设备之间。
4.根据权利要求3所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述放电回路还包括陡化回路引线电感L2、调波电容C3及调波电阻R3 ;所述调波电容C3与调波电阻R3并联后再与所述陡化回路引线电感L2串联于所述负荷电容C4和所述陡化回路放电间隙G2之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述冲击电压发生器包括等效主电容Cl、放电球隙G1、回路电感L1、波头电阻R1、波尾电阻R2 ；所述等效主电容Cl 一端与所述放电球隙Gl —端连接，所述等效主电容Cl的另一端与波尾电阻R2电连接后作为冲击电压发生器的一个输出端口，所述放电球隙Gl的另一端分别与波头电阻Rl和波尾电阻R2连接，所述波头电阻Rl的另一端连接回路电感LI的一段，所述回路电感LI的另一端作为冲击电压的另一个输出端。
6.根据权利要求5所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述回路电感LI包括冲击电压发生器本体的电感、波前电阻的电感以及冲击电压发生器本体到待试电力设备之间的引线电感。
7.根据权利要求5所述的电力设备的雷电冲击试验系统，其特征在于，所述波头电阻Rl两端并联有调波电容。
8.—种电力设备的雷电冲击试验方法,其特征在于,包括: 通过冲击电压发生器产生冲击电压； 通过所述冲击电压对陡化回路充电，再通过所述陡化回路对待试电力设备进行放电。
9.根据权利要求8所述的电力设备的雷电冲击试验方法，其特征在于，所述通过所述冲击电压对陡化回路充电，再通过所述陡化回路对待试电力设备进行放电包括: 通过所述冲击电压对所述陡化回路中的负荷电容进行充电； 当所述负荷电容的电压达到一定幅值时，通过所述陡化回路中的放电回路对待试电力设备放电。
10.根据权利要求9所述的电力设备的雷电冲击试验方法，其特征在于，所述当负荷电容的电压达到一定幅值时，通过所述陡化回路中的放电回路对待试电力设备放电包括: 当所述负荷电容的电压达到一定幅值时，击穿所述放电回路的所述陡化回路放电间隙，所述负荷电容对所述待试电力设备放电。
【文档编号】G01R31/14GK103543395SQ201310529814
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】陈道辉, 陈奎, 杜建嵩, 孙捷, 周敬伟 申请人:沈阳变压器研究院股份有限公司