用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路及方法与流程

技术特征：

1.一种用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路，其特征在于，包括冲击电压源(1)、冲击电压测量装置(2)、低通滤波装置(3)和被试电容式复合绝缘母线系统(4)；冲击电压源(1)一端连接低通滤波装置(3)，低通滤波装置(3)另一端连接冲击电压测量装置(2)的高压端和被试电容式复合绝缘母线系统(4)的高压端，冲击电压源(1)的另一端与冲击电压测量装置(2)的低压端、被试电容式复合绝缘母线系统(4)的低压端连接并接地；低通滤波装置(3)由滤波装置电容C_p和滤波装置电阻R_p并联组成。

2.根据权利要求1所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路，其特征在于，所述的冲击电压源(1)包括冲击电压发生器IG的主电容C、波前电阻R_f、波尾电阻R_t和冲击点火球隙S，主电容C一端接地，另一端串联冲击点火球隙S，冲击点火球隙S的另一端连接波前电阻R_f、波尾电阻R_t的高压端；波尾电阻R_t的另一端接地，波前电阻R_f的另一端连接低通滤波装置(3)。

3.根据权利要求1所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路，其特征在于，所述的冲击电压测量装置(2)包括弱阻尼电容分压器和数字冲击电压测量系统DIVMS，弱阻尼电容分压器由阻尼电容R、高压臂电容C₁、低压臂电容C₂依次串联形成，阻尼电容R连接被试电容式复合绝缘母线系统(4)的高压端与低通滤波装置(3)的一端；低压臂电容C₂另一端接地，数字冲击电压测量系统DIVMS一端连接在高压臂电容C₁和低压臂电容C₂之间，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路，其特征在于，所述的滤波装置电容C_p和波头电阻R_f之间的关系为：

$\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}}\≤-\frac{\ln 9}{\mathrm{\π}},$

$\mathrm{\α}=-\frac{\frac{R_f}{L}+\frac{1}{{\mathrm{RC}}_x}-\frac{1}{R^2{C}_1{C}_x}}{2},\mathrm{\ω}=\frac{\sqrt{4(\frac{1}{{\mathrm{LC}}_x}+\frac{1}{{\mathrm{LC}}_p}+\frac{R_f}{{\mathrm{RLC}}_x}+\frac{1}{LC})-{(\frac{R_f}{L}+\frac{1}{{\mathrm{RC}}_x}-\frac{1}{R^2{C}_1{C}_x})}^2}}{2};$

其中，C_x为被试电容式复合绝缘母线系统(4)中试品TO的等效电容，L为发生器和回路中的总电感，R_f-波头电阻，R-阻尼电容，C₁-高压臂电容，C_p-滤波装置电容。

5.一种基于权利要求1所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路的参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用根据实际情况建立起来的物理模型进行分析，通过数学计算，得到了冲击电压源的主电容C充电电压U，试品TO两端的电压U₁在雷电冲击电压从零上升到峰值期间与时间t的近似关系，得出了峰值的表达式，并根据标准中相对过冲幅值β’≤10％的要求，最终得到了波头电阻R_f与滤波电容C_p之间的关系式；根据被试电容式复合绝缘母线系统中试品TO的等效电容C_x先确定一个大于C_x的滤波电容C_p值，然后再根据得到的关系式确定波头电阻R_f，波尾电阻R_t和滤波电阻R_p取值为定值，进而确定雷电冲击试验回路的各个参数；按照雷电冲击试验回路连接电路，调整冲击电压测量装置中数字冲击电压测量系统DIVMS的设置，完成调波过程。

6.根据权利要求5所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路的参数确定方法，其特征在于，滤波装置电容C_p和波头电阻R_f之间的关系式通过以下步骤得到：

1)根据电路关系，列出经拉氏变换后试品TO两端电压U₁(S)与起始电压的关系：

$U_1+\frac{Z_2}{Z_1}{U}_1+\frac{R_f}{Z_1}{U}_1+\frac{sL}{Z_1}{U}_1+\frac{1}{{\mathrm{sCZ}}_1}{U}_1=\frac{U}{s}---\left(1\right)$

式中，Z₁为试品TO和分压器并联的阻抗，为Z₂为低通滤波装置的阻抗，为

$U_1\left(s\right)=\frac{U}{s(1+\frac{Z_2}{Z_1}+\frac{R_f}{Z_1}+\frac{sL}{Z_1}+\frac{1}{Z_{1}Cs})}---\left(2\right)$

根据标准中试验电压函数的规定，简化计算，使RC₁s+1≈1，R_pC_ps+1≈1，可求出：

$U_1\left(s\right)=\frac{U}{{\mathrm{LC}}_{x}s\[s^2+(\frac{R_f}{L}+\frac{1}{{\mathrm{RC}}_x}-\frac{1}{R^2{C}_1{C}_x})s+\frac{1}{{\mathrm{LC}}_x}+\frac{1}{{\mathrm{LC}}_p}+\frac{R_f}{{\mathrm{RLC}}_x}+\frac{1}{LC}\]}---\left(3\right)$

令对(3)进行反变换，可得：

$u_1\left(t\right)=\frac{U}{{\mathrm{LC}}_x\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ω}}^2}}\[\frac{1}{\sqrt{{\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ω}}^2}}-\frac{e^{\mathrm{\α}t}}{\mathrm{\ω}}cos(\mathrm{\ω}t+\arctan \frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}})\]---\left(4\right)$

当时，u₁达到峰值，所以：

k为整数，

将带入(4)，可得u₁(t)的最大值U_1m：

$U_{1m}=\frac{U}{{\mathrm{LC}}_x({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ω}}^2)}(1+e^{\frac{\mathrm{\α}\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}})---\left(5\right)$

由(4)可以得到，没有振荡时的最大值：

$U_{2m}=\frac{U}{{\mathrm{LC}}_x({\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ω}}^2)}---\left(6\right)$

所以相对过冲幅值为：

${\mathrm{\β}}^{,}=\frac{U_{1m}-U_{2m}}{U_{1m}}=\frac{e^{\frac{\mathrm{\α}\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}}}{1+e^{\frac{\mathrm{\α}\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}}}---\left(7\right)$

当满足标准要求时，β’≤10％，将(7)代入，得

$e^{\frac{\mathrm{\α}\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}}\≤\frac{1}{9};$

所以：

$\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}}\≤-\frac{\ln 9}{\mathrm{\π}};---\left(8\right)$

因此，滤波装置电容C_p和波头电阻R_f之间的关系式为：

$\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}}\≤-\frac{\ln 9}{\mathrm{\π}}$

$\mathrm{\α}=-\frac{\frac{R_f}{L}+\frac{1}{{\mathrm{RC}}_x}-\frac{1}{R^2{C}_1{C}_x}}{2},\mathrm{\ω}=\frac{\sqrt{4(\frac{1}{{\mathrm{LC}}_x}+\frac{1}{{\mathrm{LC}}_p}+\frac{R_f}{{\mathrm{RLC}}_x}+\frac{1}{LC})-{(\frac{R_f}{L}+\frac{1}{{\mathrm{RC}}_x}-\frac{1}{R^2{C}_1{C}_x})}^2}}{2},$

其中，C_x为被试电容式复合绝缘母线系统中试品TO的等效电容，L为发生器和回路中的总电感，R_f-波头电阻，R-阻尼电容，C₁-高压臂电容，C_p-滤波装置电容。

7.根据权利要求5所述的用于电容式复合绝缘母线系统雷电冲击试验回路的参数确定方法，其特征在于，所述的标准为GB/T 16927.1-2011和GB/T 22838-2008。