一种LTD大规模多支路气体开关自放电位置定位方法

本发明属于脉冲功率，提出了一种多路气体开关异常自放电检测定位方法。

背景技术：

1、气体开关是大型脉冲功率装置，如直线变压器驱动源(ltd)中的核心器件，降低拥有大量气体开关的ltd中气体开关的自放电对保障设备稳定运行意义重大。

2、随着技术进步单个气体开关的稳定性大幅提升，其自放电概率可低至10-5数量级。但大型ltd装置包含数万至十数万只快放电支路，在实验运行过程不可避免地会有部分气体开关发生自放电，从而影响大型ltd装置的运行。另外，在ltd单级、组件和支路的组装、调试、维护过程中，需要监视自放电的发生以排除故障或者改善ltd装置的工作特性。因此，快速定位拥有大量气体开关的ltd装置中自放电的发生位置，利于快速识别性能异常的主支路气体开关，及时替换、调整或者维修气体开关。此前监视ltd中支路开关自放电的方法，主要包括利用开关放电产生的光信号和电信号两大类。通过光纤监测开关自放电时产生的光信号可以判别发生自放电的气体开关，但由于气体开关发生自放电时，光信号脉冲的宽度可达数十微秒，时间分辨差，难以定位发生自放电的气体开关位置。同时，由于气体开关发生自放电时，气体开关的绝缘外壳存在一定的透光性，也干扰了基于开关放电产生的光信号的自放电开关定位方法，造成定位不精确或者不能有效工作。和基于光信号的方法相比，利用集成于开关外绝缘壳体上的b-dot探头输出的电信号的方法可直接监测每一个支路开关的放电时刻，从而准确识别发生自放电的开关，在西交大与西核所研制的气体绝缘、分立柱回流、插拔式支路的单级1ma fltd模块上已成功应用。但在当前基于开关放电产生的电信号的监测方法中，每个ltd支路上集成的b-dot探头输出的电信号需要采用一个测量记录设备的通道进行记录，需要较多的测量通道，导致监测系统造价高，难以工程实施。此外，在ltd次级水传输线内导体上布置电压探头检测支路放电在水线圆周向上的传输时延来定位放电支路位置，此方法仅在次级水线内筒内部为大气环境才能应用，在ltd次级水线内筒注满去离子水时，无法采用。另外，由于ltd次级内筒直径小于ltd模块外径，支路对应的次级内筒弧长较短，不容易准确定位自放电支路位置。

3、在背景技术部分公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明在每个支路开关外壳集成b-dot探头的基础上，提出将大量b-dot探头输出信号通过单向导通二极管分别并联馈入分段串联的同一根同轴电缆芯线连接节点，在电缆两端监测信号延时时间，来准确定位自放电支路位置。

2、本发明通过以下技术方案实现，多支路气体开关自放电位置定位方法包括以下步骤，

3、在气体开关上集成b-dot探头；

4、若干段相同长度的电缆依次串联连接，在连接处采用三通电缆接头依次连接若干个气体开关上的电流探头，将串联后电缆的首末端通过延长电缆分别接入波形记录设备的两个测量通道；

5、在电缆芯线与b-dot探头输出间接入二极管作为隔离器件，b-dot线圈与二极管布置在印刷电路板pcb上；

6、当其中某一个气体开关发生放电时，b-dot感应的电压信号沿着电缆向两端传播，最终被末端的两个测量通道所采集，两个通道采集的信号的波形基本相同且存在一定的时延；

7、所述两个波形经过信号处理，并补偿两末端延长电缆的时延差后，根据到达时间自动识别出脉冲起始位置，得出两个信号的传输时延，若探头总数为奇数则时延等于相邻两个电流探头间电缆传播时延的偶数倍，反之为奇数倍。

8、所述的方法中，由于二极管的单向导通特性，b-dot探头的线圈中产生的感应电压被整流为单极性脉冲无损传输到电缆中；若当前位置的气体开关未动作，其他位置产生信号传播到当前的b-dot探头处时，当前位置的二极管反向截止，等同为开路，不影响发生自放电开关b-dot探头输出信号向两个方向的传输。

9、多支路开关自放电位置的定位方法：

10、ltd共有n个并联放电支路，开关外壳集成的b-dot信号按位置分别依次通过二极管并联接入等长的分段电缆之间的三通接头，分段电缆单倍电气长度为τ，假定随机自放电开关距离电缆ch1的支路位置为某x个支路(位置未知)，则距离电缆ch2的支路位置为(n-x)个支路，则自放电支路位置b-dot信号传输到同轴电缆ch1、ch2端的时间分别为：

11、t1＝x.τ   (1)

12、t2＝(n-x+1)·τ   (2)

13、采用相同长度的电缆分别将ch1、ch2的脉冲信号接入示波器的2个通道(若延长电缆长度不一致需补偿时延差)，通过示波器可以得到电缆两端ch1、ch2所测的2个脉冲信号的延时为t2-t1；即通过式(2)-(1)，可求得x：

14、x＝(n-(t2-t1)/τ)/2   (3)

15、式(3)四舍五入取整就是自放电支路位置。

16、和现有技术相比，本发明具有以下优点：结构简单易实施，大幅减少定位支路自放电电流所需的示波器通道数量，降低检测成本。

技术特征：

1.一种用于ltd单级或组件中多支路气体开关异常自放电位置的检测方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，b-dot探头及串联二极管布置在印刷电路板pcb上。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由于二极管的单向导通特性，b-dot探头的线圈中产生的感应电压被整流为单极性脉冲无损传输到电缆中；若当前位置的气体开关未动作，其他位置产生信号传播到当前的b-dot探头处时，当前位置的二极管反向截止，等同为开路，不影响发生自放电开关b-dot探头输出信号向两个方向的传输。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为避免信号在电缆末端发生反射，影响信号识别，串联电缆末端并联匹配电阻。

技术总结
一种LTD大规模多支路气体开关自放电位置定位方法，其中，每个支路开关外壳集成B‑dot探头，B‑dot探头的输出通过单向导通二极管馈入等长分段串联同轴电缆之间的节点，监测等长分段串联的同轴电缆两端脉冲信号，准确定位发生自放电的支路位置。当其中某一个气体开关发生放电时，等长分段串联的同轴电缆两个末端采集到的信号波形相似且存在一定的时延，通过信号处理识别电缆两端的脉冲起始位置，得出两个信号的传输时延，时延差等于相邻两个B‑dot探头间分段电缆电气长度的奇数或偶数倍，由此计算出自放电开关信号源与串联电缆两末端之间间隔的电流探头数目之差，从而定位放电的气体开关位置。

技术研发人员：丁卫东,万臻博,孙凤举,姜晓峰,邱爱慈
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15