一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器的制作方法

本发明属于电力系统接地技术领域，特别涉及一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器。

背景技术：

接地装置是保证电力系统安全稳定运行不可或缺的重要部分。随着电力系统容量的不断增大，电压等级的不断提高，操作、雷电等暂态故障电流对系统的影响也越来越大，因此对接地装置在冲击下的散流作用提出了更高的要求。电力系统运行经验表明，大多数输电线路跳闸事故都是由于雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。根据电网故障分类统计表明，高压线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数占40％～70％。输电线路杆塔接地体的冲击接地电阻直接决定了雷击时塔顶的电位，从而影响绝缘子串承受的过电压和反击概率。因此在线路杆塔的设计中，其接地装置的冲击接地电阻值对线路的防雷保护有重要意义。然而在我国及国际上的输电线路防雷分析计算中输电线路杆塔接地装置仍然采用特定值的集中参数电阻来模拟。事实上，在冲击电流作用下，接地装置的接地电阻是一个时变电阻，呈现复杂的非线性特性，目前采用特定值的集中参数电阻来模拟接地装置是造成防雷分析结果与实际运行结果相差较大，无法准确计算实际输电线路的防雷性能的主要原因。

目前，对冲击接地电阻的研究主要分为两大类，一是理论仿真研究，二是试验研究。随着计算机技术的发展，仿真研究得到了很大的发展。仿真接地装置的暂态特性主要有以下几种方法：传输线理论，电路理论，电磁场理论、有限元方法等，但这些方法都有一定的局限性，与实际接地装置的冲击特性会存在一定的偏差，因此试验研究仍然是研究冲击接地电阻最直接有效的方法。通过现场试验可以很好地研究冲击接地电阻的电感效应和火花效应。但目前真型试验的冲击电流发生器体积庞大、操作复杂，运输和现场装配困难，一次试验成本非常高，并且高压现场冲击测试危险性较高，所以研制用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器，测量精确，体积小，重量轻，运输和装配方便，试验成本低，操作简单方便，大大降低测试危险性，以解决冲击接地电阻现场试验存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器，包括主电路、控制电路；主电路用于产生冲击电流，并与控制电路连接，控制电路用于控制主电路进行脉冲放电；主电路尾端分别连接到接地体的电流注入极和回流极，注入极连接到脉冲分压器，脉冲分压器的测量端连接到示波器，还包括串接在回流极的罗氏线圈，罗氏线圈连接到示波器，示波器用于测量接地体的脉冲电压和电流的波形。

优选的，上述主电路包括AC交流电源、调压器T₁、整流硅堆D₁、充电电阻R₁、稳压电容C₁、高频逆变桥、升压变压器T₂、整流硅堆D₂、充电电阻R₂、直流分压器、主电容C₂、放电开关S、调波电阻R₃和调波电感L，AC交流电源输出端连接到调压器T₁，调压器T₁输出一端串接整流硅堆D₁和充电电阻R₁，稳压电容C₁一端连接到充电电阻R₁，另一端连接到调压器T₁另一端，稳压电容C₁输出端并联有高频逆变桥，高频逆变桥连接到升压变压器T₂，升压变压器T₂输出一端上串接有整流硅堆D₂和充电电阻R₂，直流分压器与主电容C₂并联后两端分别连接到充电电阻R₂和升压变压器T₂输出另一端，主电容C₂正极串接有放电开关S、调波电阻R₃和调波电感L，调波电感连接到接地体的电流注入极，接地体的电流回流极连接到升压变压器T₂另一端，放电开关S为球隙开关，由电磁铁控制球隙动作，电磁铁连接到控制电路，主电容C₂两端连接有采集电压的采样电路，采样电路包括直流分压器和ADC转换电路，采样电路连接到控制电路。

优选的，上述高频逆变桥由晶体管Q₁、晶体管Q₂、晶体管Q₃、晶体管Q₄桥接而成，晶体管Q₁、晶体管Q₂、晶体管Q₃和晶体管Q₄均采用绝缘栅双极型晶体管。

优选的，上述直流分压器由阻值为50MΩ的高压臂电阻R₄和阻值为低压臂电阻R₅串接而成。

优选的，上述主电容C₂为两个耐压30kV、1uF的脉冲电容器串联，主电容C₂负极接地。

优选的，上述控制电路连接电磁铁、采样电路、驱动电路和显示电路，电磁铁用于控制放电开关，采样电路通过ADC转换电路连接到控制器，用于对主电容C₂的两端电压采集，驱动电路用于对高频逆变桥的四个晶体管进行驱动。

优选的，上述一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器，还包括主回路箱和控制箱，控制箱通过导线和光纤连接到主回路箱，主回路箱内安装主电路，控制箱中安装控制电路和调压器T₁，控制箱表面设置有用于显示主电容C₂充电电压的显示屏、调压器T₁的电压调节旋钮、控制放电开关和高频逆变桥的触发按钮、紧急停止按钮以及电源指示灯。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过冲击电流的主电路连接到接地体，并通过控制电路进行电流冲击，采用罗氏线圈和脉冲分压器连接示波器对接地体电流冲击进行测量，所测得的冲击电压和电流波形确准可靠，设备体积小，重量轻，运输和装配方便，试验成本低，操作简单方便，大大降低测试危险性，并且充电电压最高可以达到50kV，冲击电流幅值最高可以达到3kA，对现场冲击接地电阻测试具有重要的工程意义。

附图说明

图1是便携式冲击电流发生器主电路及测试回路原理图；

图2是控制箱前面板示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器，包括主电路、控制电路；主电路用于产生冲击电流，并与控制电路连接，控制电路用于控制主电路进行脉冲放电，主电路尾端分别连接到接地体的电流注入极和回流极，注入极连接到脉冲分压器，脉冲分压器测量端连接到示波器，还包括串接在回流极的罗氏线圈，罗氏线圈连接到示波器，示波器用于测量接地体的脉冲电压和电流的波形。

优选的，上述主电路包括AC交流电源、调压器T₁、整流硅堆D₁、充电电阻R₁、稳压电容C₁、高频逆变桥、升压变压器T₂、整流硅堆D₂、充电电阻R₂、直流分压器、主电容C₂、放电开关S、调波电阻R₃和调波电感L，AC交流电源输出端连接到调压器T₁，调压器T₁输出一端串接整流硅堆D₁和充电电阻R₁，稳压电容C₁一端连接到充电电阻R₁，另一端连接到调压器T₁另一端，稳压电容C₁输出端并联有高频逆变桥，高频逆变桥连接到升压变压器T₂，升压变压器T₂输出一端上串接有整流硅堆D₂和充电电阻R₂，直流分压器与主电容C₂并联后两端分别连接到充电电阻R₂和升压变压器T₂输出另一端，主电容C₂正极串接有放电开关S、调波电阻R₃和调波电感L，调波电感连接到接地体的电流注入极，接地体的电流回流极连接到升压变压器T₂另一端，放电开关S为球隙开关，由电磁铁控制球隙动作，电磁铁连接到控制电路，主电容C₂两端连接有采集电压的采样电路，采样电路包括直流分压器和ADC转换电路，采样电路连接到控制电路。

优选的，上述高频逆变桥由晶体管Q₁、晶体管Q₂、晶体管Q₃、晶体管Q₄桥接而成，晶体管Q₁、晶体管Q₂、晶体管Q₃和晶体管Q₄均采用绝缘栅双极型晶体管。

优选的，上述直流分压器由阻值为50MΩ的高压臂电阻R₄和阻值为低压臂电阻R₅串接而成。

优选的，上述主电容C₂为两个耐压30kV、1uF的脉冲电容器串联，主电容C₂负极接地。

优选的，上述控制电路连接电磁铁、采样电路、驱动电路和显示电路，电磁铁用于控制放电开关，采样电路连接到控制电路，用于对主电容C₂的两端电压采集，驱动电路用于对高频逆变桥的四个晶体管进行驱动。

优选的，上述一种用于冲击接地电阻测量的便携式冲击电流发生器，还包括主回路箱和控制箱，控制箱通过导线和光纤连接到主回路箱，主回路箱内安装主电路，控制箱中安装控制电路和调压器T₁，控制箱表面设置有用于显示主电容C₂充电电压的显示屏、调压器T₁的电压调节旋钮、控制放电开关和高频逆变桥的触发按钮、紧急停止按钮以及电源指示灯。

为了减小自身的体积和重量，本冲击电流发生器不自带电源，需要外部提供220V交流电，现场测试时需提供蓄电池和逆变器。

硅堆D₁、D₂都用于将交流电整流为直流电。

充电电阻R₁的阻值为40Ω，用于限制稳压电容的充电电流，但又不使充电速度过慢。

稳压电容C₁用于提供一个稳定的直流电压，电容值为1000uF，耐压500V。

充电电阻R₂的阻值为1MΩ，用于限制主电容的最大充电电流为50mA，但又不使充电速度过慢。

绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄构成高频逆变桥，逆变频率为50kHz，Q₁和Q₃的驱动信号相同，Q₂和Q₄的驱动信号相同，且这两个驱动信号相位相差180°，为了防止桥臂直通，设置1us的死区时间，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄选用耐压500V，通流10A以上的晶体管，保证其安全稳定工作。

升压变压器T₂为高频变压器，变比1:140，额定电压50kV，额定容量3kVA，比相同容量的工频变压器体积小很多。

直流分压器用于测量主电容C₂两端电压，并实时显示在控制箱前面板上，高压臂电阻R₄阻值为50MΩ，低压臂电阻为5kΩ，分压比为10000。

放电开关S为球隙开关，由电磁铁控制其动作，当控制箱按下触发按键，电磁铁通电，球隙距离迅速缩短，球隙击穿，主电容对接地体放电产生冲击电流。

主电容C₂为两个耐压30kV，1uF的脉冲电容器串联，电压从0到充电至50kV的充电时间小于2.5s。

可调的调波电阻R₃，阻值为10Ω，用于调节冲击电流波形，可使波形为标准的2.6us/50us雷电流波形。

可调的调波电感L，电感值为60uH，用于调节冲击电流波形，可使波形为标准的2.6us/50us雷电流波形。

为保证试验人员安全，主电容C₂应就近接地。

(2)控制箱的实施方法如下

控制箱内有调压器T₁和控制电路，控制箱通过导线和光纤与主回路箱相连。控制箱面板设计如图2所示，前面板上布置有电源指示灯，充电电压显示屏，触发按钮，电压调节旋钮，紧急停止按钮。

电源指示灯用于显示本发明是否已连接到电源，若指示灯亮，说明供电正常。

充电电压显示屏显示主电容上C₂的充电电压，采样于直流分压器，经过数模转换后显示在数码管上。

触发按钮连接电磁铁控制按钮与绝缘栅双极型晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的驱动电路，当触发按钮被按下时，电磁铁动作使球隙距离缩短，同时闭锁驱动电路，使Q₁、Q₂、Q₃、Q₄全部关断，停止主电容C₂的充电。电压调节旋钮与调压器连接，通过调节改变调压器输出电压。紧急停止按钮用于紧急切断电源，并对稳压电容和主电容进行放电，停止试验。

(3)现场测量实施方法：

根据接地体的尺寸大小和实际场地尺寸大小确定回流极和电压参考极位置，按图1所示连接布置电路，所有连接线都采用足够长的绝缘支杆至于地上，电流测试采用罗氏线圈，电压测试采用脉冲分压器，罗氏线圈和脉冲分压器连接至示波器，所有接线检查无误后便可打开便携式冲击电流发生器电源总开关。之后就可以调节充电电压，触发放电测量波形。改变不同的充电电压幅值，可以测得不同冲击电流下的电压和电流波形，通过分析计算，就可以得到被测接地体的冲击接地电阻特性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。