冲击电压发生器多开关同步触发装置及方法与流程

本申请涉及高压电技术领域，尤其涉及一种冲击电压发生器多开关同步触发装置及方法。

背景技术：

冲击电压发生器，是一种能够模拟雷电及操作过电压等冲击电压的电源装置，用于对电力设备试品进行冲击电压试验，检验试品的绝缘性能。典型冲击电压发生器的原理是先通过电容并联充电，再通过电容串联放电来获得冲击高压的。通常并联转变串联是靠一组开关来实现的，实际工作中要求这组开关在第一级开关不放电时均不放电，当第一级开关放电后，其他级别的开关再依照次序放电。

为了模拟电力系统中的电压等级，冲击电压发生器的输出电压也应达到电力系统中的电压等级，因此随着电力系统中的供电电压逐渐升高，冲击电压发生器的输出电压也对应升高到对应的电压等级。但随着电压等级的提升，发生器中往往设置的对应高规格的气体开关，使得气体开关的同步触发变得困难。另外，目前常用的气体开关，如点火球隙，其放电分散性大，抖动也大，易受外界因素影响，不利于各气体开关的同步触发。同步性能较差的冲击电压发生器，不能准确输出预想波形，使得其实用性大幅度下降。

技术实现要素：

本申请提供了一种冲击电压发生器多开关同步触发装置及方法，以解决传统冲击电压发生器多个开关不能同步触发的问题。

一方面，本申请提供一种冲击电压发生器多开关同步触发装置，包括充电电源，输出端，以及设置在所述充电电源与所述输出端之间的冲击电压发生电路，其中：

所述充电电源的一端接地，另一端连接所述冲击电压发生电路；所述充电电源包括正流源和负流源；

所述冲击电压发生电路包括连接所述正流源输出端的正流支路以及连接所述负流源输出端的负流支路；所述正流支路和所述负流支路交汇连接在同轴电缆的一端；所述正流支路和所述负流支路均包括串联在一起充电电阻和充电电容；所述充电电阻和充电电容之间，设有连接所述正流支路和所述负流支路的开关；所述正流支路和所述负流支路之间还设有冲击电阻；所述同轴电缆的另一端连接多个相互并联的触发电阻；每个所述触发电阻上还分别串联负载电容；

所述触发电阻为不等值电阻；所述同轴电缆的长度可调节。

可选的，所述充电电源为直流电源。

可选的，所述开关为时控开关。

可选的，所述负载电容在电路连接位置设有可拆卸连接件。

可选的，所述同轴电缆连接各支路的连接点上设有可拆卸的连接件，用于更换不同规格的所述同轴电缆。

另一方面，本申请还提供一种冲击电压发生器多开关同步触发方法，包括：

根据气体开关级数，选择触发级数；

根据所述触发级数，将对应的气体开关接入冲击电压发生器多开关同步触发装置的输出端；

调整所述同步触发装置中的同步参数，确定在不同所述同步参数下冲击电压发生器输出端产生的测试触发波形；

对比所述测试触发波形与标准触发波形，生成对比结果信息；

判断所述对比结果信息是否超出允许偏差范围内；

如果所述对比结果信息未超出所述允许偏差范围，输出对应的同步参数，并根据对应的同步参数确定同步触发方案；

如果所述对比结果信息超出所述允许偏差范围，再次调整所述同步参数，并再次生成测试触发波形，直至所述对比结果信息不超出所述允许偏差范围。

可选的，所述同步参数包括同轴电缆长度，并按照以下步骤确定测试触发波形：

改变所述同轴电缆长度，生成多个不同所述同轴电缆长度对应的输出波形信息；

对比多个所述波形信息，确定所述同轴电缆长度对输出电压波形的影响趋势信息；

根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选同轴电缆长度；

设置所述同轴电缆长度为所述优选同轴电缆长度，生成测试触发波形。

可选的，所述同步参数包括负载电容值，并按照以下步骤确定测试触发波形：

改变所述电容值，生成多个不同所述电容值对应的输出波形信息；

对比多个所述波形信息，确定所述电容值对输出电压波形的影响趋势信息；

根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选电容值；

设置所述负载电容值为所述优选电容值，生成测试触发波形。

可选的，所述同步参数包括触发电阻值，并按照以下步骤确定测试触发波形：

改变所述触发电阻值，生成多个不同所述触发电阻对应的输出波形信息；

对比多个所述波形信息，确定所述触发电阻值对输出电压波形的影响趋势信息；

根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选触发电阻值；

设置所述触发电阻值为所述优选触发电阻值，生成测试触发波形。

可选的，所述同步参数为所述同轴电缆长度、所述负载电容值以及所述触发电阻值中的一个或多个的组合。

由以上技术方案可知，本申请提供一种冲击电压发生器多开关同步触发装置及方法，一方面，本申请提供的多开关同步触发装置包括用于提供电压的充电电源，用于进行冲击试验的输出端，以及用于产生指定触发波形的冲击电压发生电路。在实际使用中，冲击电压发生电路中的同轴电缆可调整其长度和波阻抗，并且触发电阻为不等值电阻，负载电容可进行更换调整以达到调整输出波形，保证开关的同步触发。

另一方面，本申请提供的多开关同步触发方法在实际使用中，先根据气体开关级数，选择触发级数；再根据所述触发级数，将对应数量的气体开关接入冲击电压发生器多开关同步触发装置的输出端；通过调整所述同步触发装置的同步参数，确定在不同所述同步参数下冲击电压发生器输出端产生的测试触发波形；最后通过对比所述测试触发波形与标准触发波形，以判断输出的波形是否符合波形输出要求。与现有技术相比，本申请提供的所述触发装置和方法可以通过改变同步参数的方式，实现多个开关的同步触发从而输出理想的触发波形，解决传统冲击电压发生器多个开关不能同步触发的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种冲击电压发生器多开关同步触发装置的结构示意图；

图2为一种冲击电压发生器多开关同步触发方法的流程示意图；

图3为本申请实施例中改变电缆长度并生成触发波形的流程示意图；

图4为本申请实施例中改变负载电容并生成触发波形的流程示意图；

图5为本申请实施例中改变触发电阻值并生成触发波形的流程示意图；

图6为本申请实施例中冲击电压发生器电路图。

具体实施方式

这里将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。

参见图1，为一种冲击电压发生器多开关同步触发装置的结构示意图，从图中可以看出，本申请提供的冲击电压发生器多开关同步触发装置包括：充电电源，输出端p，以及设置在所述充电电源与所述输出端p之间的冲击电压发生电路，其中：

所述充电电源的一端接地，另一端连接所述冲击电压发生电路；所述充电电源包括正流源u+和负流源u-；所述冲击电压发生电路包括连接所述正流源u+输出端的正流支路以及连接所述负流源u-输出端的负流支路；所述正流支路和所述负流支路交汇连接在同轴电缆l的一端；所述正流支路和所述负流支路均包括串联在一起充电电阻rc和充电电容c；所述充电电阻rc和充电电容c之间，设有连接所述正流支路和所述负流支路的开关k；所述正流支路和所述负流支路之间还设有冲击电阻rg；所述同轴电缆l的另一端连接多个相互并联的触发电阻rn；每个所述触发电阻上还分别串联负载电容c0；所述触发电阻rn为不等值电阻。

本申请提供的冲击电压发生器多开关同步触发装置中，充电电源用于为整个冲击电压发生器及内部元件提供充电电压，为冲击电压发生电路中的电容充电，以产生足够高的冲击电压。输出端在实际使用时用于与空气开关连接，以将形成的冲击电压施加到对应的空气开关样品上，检验其绝缘性能，为了研究多个空气开关之间的同步触发效果，输出端p的数量应与测试中空气开关的触发级数相同，每个空气开关对应连接一个输出支路，多个输出支路连接同轴电缆上，形成相互之间并联的多个触发支路。在实际使用中，冲击电压发生电路通过内置的开关k控制充电电容c在电路中先并联充电再串联放电，形成冲击电压，将充电电源输出的电压以冲击电压的形式施加到空气开关。

本实施例中，充电电源分别连接正流支路和负流支路，分别为对应的支路提供正电压和负电压，由于两条支路分别设置充电电源，不仅可以避免使用二极管，而且可以方便对各支路的输入电压进行控制，以便于调整输入电压。设置在输出端的触发电阻rn是不等值电阻，在实际使用中可以根据输出端输出的冲击电压，调整触发电阻值，进而调整输出冲击电压的波形，以达到多个支路上的空气开关完成同步触发的目的。对于不同的试品开关，其在检测过程中需要使用的冲击电压不同，因此，使用可以调整电阻值的不等值电阻可以适应不同的测试环境，从而保证冲击电压发生器输出的波形更加准确，更加能够反应实际雷电冲击或操作过电压。

进一步地，为了提高本申请提供的冲击电压发生器多开关同步触发装置对输出触发波形控制的精细程度，在本申请所述装置中还进一步设置有长度可调的同轴电缆l，以及可拆卸更换的负载电容c0结构，具体的：

在一种技术方案中，所述同轴电缆l的长度可调。本申请对于同轴电缆l的长度可调是指，在正流支路和负流支路交汇点，与各输出支路的交汇点之间接入的电缆长度可以调节。例如，可以在同轴电缆l上设置多个接入点，通过两个交汇点分别连接的不同的接入点，调节接入电路的同轴电缆l长度；亦可以直接在更换一个相同规格下，不同长度的同轴电缆线，以改变同轴电缆l的长度。在影响多开关同步触发的因素中，电缆长度可以直接影响到输出冲击电压的波形，因此在本实施例中，设置长度可调节的同轴电缆l能够与不等值电阻共同作用，保证不同实验过程中多开关触发的同步性。

在一种技术方案中，所述同轴电缆l连接各支路的连接点上设有可拆卸的连接件，用于更换不同规格的所述同轴电缆。本实施例中，通过设置可拆卸的连接件，方便在使用时对同轴电缆l进行更换。同轴电缆l的冲击电压输出波形还受电缆波阻抗的影响，不同的波阻抗对应在输出端形成的触发波形也不同，因此，为了进一步调节输出电压的波形，本实施例中通过设置不同规格的同轴电缆l，改变接入电路中的同轴电缆l的波阻抗，从而调节多个开关触发的同步性。

为了进一步保证输入电压的稳定性，本申请的部分实施例中，所述充电电源为直流电源。所述直流电源进一步包括两个输出电压方向相反的正直流电源u+和负直流电源u-，分别为正流支路和负流支路提供电压输入。相比传统的冲击电压发生器，本实施例中使用直流电源可直接对输入的电压进行调节，避免使用变压器产生影响运行的电磁干扰。与此同时，使用直流电源还能够避免在两个支路上设置二极管，减少支路上的接口，从而避免对输出波形产生影响，有利于多个开关的同步触发。

进一步地，在本申请的部分实施例中，所述冲击电压发生电路上，设在所述充电电阻rc和充电电容c之间的开关k为时控开关。即根据预先设定的开关方案，按照固定的时间间隔进行导通和断开，以实现将充电电容c在电路上进行并联充电和串联放电。时控开关可以根据实验过程进行设定开关的断开和导通时间，使输出的触发波形可以得到控制，保证稳定性要求。

由以上技术方案可知，本申请提供的多开关同步触发装置包括用于提供电压的充电电源，用于进行冲击试验的输出端，以及用于产生指定触发波形的冲击电压发生电路。在实际使用中，冲击电压发生电路中的同轴电缆可调整其长度，并且触发电阻为不等值电阻且负载电容可实时更换调节，以达到调整输出波形，保证开关的同步触发。

基于上述冲击电压发生器多开关同步触发装置，本申请还提供一种冲击电压发生器多开关同步触发方法，用于使用上述触发装置，调节冲击电压的波形使多个开关实现同步触发，如图2所示，所述方法包括：

s101：根据气体开关级数，选择触发级数；

s102：根据所述触发级数，将对应的气体开关接入冲击电压发生器多开关同步触发装置的输出端；

s103：调整所述同步触发装置中的同步参数，确定在不同所述同步参数下冲击电压发生器输出端产生的测试触发波形；

s104：对比所述测试触发波形与标准触发波形，生成对比结果信息；

s105：判断所述对比结果信息是否超出允许偏差范围内；

s106：如果所述对比结果信息未超出所述允许偏差范围，输出对应的同步参数，并根据对应的同步参数确定同步触发方案；

s107：如果所述对比结果信息超出所述允许偏差范围，再次调整所述同步参数，并再次生成测试触发波形，直至所述对比结果信息不超出所述允许偏差范围。

由以上步骤可知，本申请提供的多开关同步触发方法在实际使用中，先根据气体开关级数，选择触发级数；再根据所述触发级数，将对应数量的气体开关接入冲击电压发生器多开关同步触发装置的输出端；通过调整所述同步触发装置的同步参数，确定在不同所述同步参数下冲击电压发生器输出端产生的测试触发波形；最后通过对比所述测试触发波形与标准触发波形，以判断输出的波形是否符合波形输出要求。其中，同步参数是指能够用来调整输出触发波形的主要影响因素。例如同轴电缆长度、同轴电缆的波阻抗以及触发电阻值等，根据这些影响因素可以确定一个合适的触发波形以实现多个开关同步触发，具体的：

在一种技术方案中，如图3所示，所述同步参数包括同轴电缆长度，并按照以下步骤确定测试触发波形：

s201：改变所述同轴电缆长度，生成多个不同所述同轴电缆长度对应的输出波形信息；

s202：对比多个所述波形信息，确定所述同轴电缆长度对输出电压波形的影响趋势信息；

s203：根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选同轴电缆长度；

s204：设置所述同轴电缆长度为所述优选同轴电缆长度，生成测试触发波形。

在一种技术方案中，如图4所示，所述同步参数包括负载电容值，并按照以下步骤确定测试触发波形：

s301：改变所述负载电容值，生成多个不同所述负载电容值对应的输出波形信息；

s302：对比多个所述波形信息，确定所述负载电容值对输出电压波形的影响趋势信息；

s303：根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选电容值；

s304：设置所述负载电容值为所述优选电容值，生成测试触发波形。

在一种技术方案中，如图5所示，所述同步参数包括触发电阻值，并按照以下步骤确定测试触发波形：

s401：改变所述触发电阻值，生成多个不同所述触发电阻对应的输出波形信息；

s402：对比多个所述波形信息，确定所述触发电阻值对输出电压波形的影响趋势信息；

s403：根据所述影响趋势信息确定最接近标准触发波形的优选触发电阻值；

s404：设置所述触发电阻值为所述优选触发电阻值，生成测试触发波形。

由以上实施例可知，本申请提供的多开关同步触发方法中，通过分别对同步参数中的同轴电缆长度、同轴电缆波阻抗以及触发电阻值的调节，确定在不同的同步参数下所述冲击电压发生器输出的波形，并与标准波形进行对比，确定最合适的同步参数。为了确定最佳同步参数的组合，在本申请的部分实施例中，所述同步参数为所述同轴电缆长度、所述负载电容值以及所述触发电阻值中的一个或多个的组合。

例如，在一个实施例中，接入输出端的空气开关选择3级触发，故在图6中将前三级开关的触发针通过同轴电缆与冲击电压发生装置的输出端相连，而后七级开关不设置触发针。

如图1所示，设定触发电阻r1、r2、r3分别为10kω、20kω、30kω，负载电容c0为5pf，电缆波阻抗z为50ω，在0.1m与10m之间变化同轴电缆长度，并在输出端检测输出的触发波形。为了更好的研究电缆长度对于同步触发性能的影响情况，分别在其它同步参数相同的情况下，得出5种不同电缆长度下的触发波形，进而分析计算得到脉冲幅值随电缆长度的变化以及波前时间随电缆长度的变化趋势。

进一步的，设定负载电容c0为5pf，电缆波阻抗z为50ω，电缆长度设为0.1m。由于装置要求三级脉冲的波峰到达时间不同，需依次相差一定时间，以与开关的电压建立时间以及击穿时延相配合，达到提高同步性的要求，因此三级触发电阻的阻值满足r1:r2:r3＝1:2:3的关系。示例地，触发电阻r1、r2、r3分别选取以下五组数据：(a)1kω、2kω、3kω；(b)5kω、10kω、15kω；(c)10kω、20kω、30kω；(d)20kω、40kω、80kω；(e)40kω、80kω、120kω。通过检测这5组不同触发电阻下的触发波形波形，分析计算得到触发波形随触发电阻的变化趋势。

由于触发电阻的值过大，会降低触发波形的幅值与陡度，而触发电阻过小会使得三级脉冲达到峰值的时间间隔过小，比如r1、r2、r3分别为1kω、2kω、3kω时，间隔时间只有30ns，这一时间将小于开关的电压建立时间与击穿时延，使得触发波形将过早到达，待到开关即将击穿时，触发波形的幅值已经开始降低，影响同步性能，通常要保证时间间隔在50ns至150ns左右。并且仿真还发现触发电阻过小会减小对高频振荡的阻尼作用，造成振荡幅值衰减过慢，影响触发波形的效果。

进一步的，设定触发电阻r1、r2、r3分别为10kω、20kω、30kω，电缆波阻抗z为50ω，电缆长度为0.1m，改变负载电容值，得到触发波形随负载电容的变化趋势。

在获取了上述三个同步参数与触发波形之间的变化趋势后，根据所述变化趋势确定最优的同步参数，生成最优同步参数下的触发波形，最后通过对比与标准触发波形，获得最适宜的同步参数，实现多开关的同步触发。

由以上技术方案可知，本申请提供一种冲击电压发生器多开关同步触发装置及方法，一方面，本申请提供的多开关同步触发装置包括用于提供电压的充电电源，用于连接开关试品的输出端，以及用于产生指定触发波形的冲击电压发生电路。在实际使用中，冲击电压发生电路中的同轴电缆可调整其长度，触发电阻为不等值电阻，并且负载电容可进行更换调整以达到调整输出波形，保证开关的同步触发的目的。

另一方面，本申请提供的多开关同步触发方法在实际使用中，先根据气体开关级数，选择触发级数；再根据所述触发级数，将对应数量的气体开关接入冲击电压发生器多开关同步触发装置的输出端；通过调整所述同步触发装置的同步参数，确定在不同所述同步参数下冲击电压发生器输出端产生的测试触发波形；最后通过对比所述测试触发波形与标准触发波形，以判断输出的波形是否符合波形输出要求。与现有技术相比，本申请提供的所述触发装置和方法可以通过改变同步参数的方式，实现多个开关的同步触发从而输出理想的触发波形，解决传统冲击电压发生器多个开关不能同步触发的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。