一种雷击冲击电压试验系统的制作方法

本发明属于冲击大电压发生器试验技术领域，具体涉及一种雷击冲击电压试验系统。

背景技术：

冲击电压试验系统是模拟脉冲高电压的试验设备。在现实生活中，脉冲高电压是经常可以遇到的。例如自然界的闪电打雷，落雷处将会出现非常高的脉冲电流和电压，周围也会感应出很高的脉冲电压；又如在电力系统中的开关设备的合切操作也会导致瞬态的脉冲电压。这些瞬态的脉冲电压幅值往往在几十千伏或几百千伏以上，将会导致设备损坏并危及人身安全，因此进行冲击电压的试验研究是非常必要的。另一方面，模拟自然的雷电现象进行放电机理的研究也是很有意义的。

冲击电压试验是电力设备高压试验的基本项目之一，电力设备在设计、制造及修缮之后都要求进行冲击试验以验证或检验。常见的电力设备包括电力变压器、电力互感器、高压开关、组合电器、避雷器、电力电缆及附件、套管及绝缘子等都要进行冲击试验，冲击电压试验也是高压试验研究的基本项目之一，在进行绝缘配合研究、电磁兼容研究及放电机理研究等许多方面都需要进行冲击电压试验，因此，冲击电压试验设备有着广泛的应用，在工厂、研究机构及大专院校的高压试验室中都可以看到不同规格的冲击试验设备。

技术实现要素：

针对现实环境的需求，本发明提供了一种雷击冲击电压试验系统，本系统实用性广、安全性高，抗干扰性能强、安装方便，在工厂、研究机构及大专院校的高压试验室中均可应用。

为实现上述目的，本发明提供的一种雷击冲击电压试验系统，包括试验室和控制室，所述试验室设有冲击电压发生器、直流充电电源、电容分压器、多级截断装置、冲击分压器和冲击信号测量系统，所述控制室设有控制台，所述直流充电电源与冲击电压发生器连接，所述多级截断装置与冲击电压发生器通过电缆连接，所述控制台与冲击电压发生器通过光纤连接，所述控制台与电容分压器通过电缆连接。

冲击电压试验系统可发出各种形状的脉冲波形，但是根据试验研究的需要，按照有关国际标准和国家标准的规定，主要产生以下几种冲击电压波形：1、标准雷电冲击波形，2、标准操作冲击波形，3、其他特殊的冲击电压波形如特种操作冲击波等。虽然冲击电压发生器本体及直流充电电源有多种结构形式，但基本原理都是采用marx多级回路，即各级电容器并联充电，然后串联放电以获得脉冲高电压。标志冲击电压发生器本体的主要技术参数包括：

额定电压：发生器各级最大充电电压的总和。

额定储能：发生器各级电容最大储能的总和。

对于不同的冲击电压发生器的结构形式，目前采用的级电压主要有100kv、150kv、200kv、300kv几种，而发生器的每级电容量则根据试验需要来合理选择。本系统的冲击电压发生器采用100kv的级电压。

进一步、冲击电压发生器结构说明如下：

冲击电压发生器设计为户内使用，采用三根绝缘立柱支撑结构。在发生器的每级将3根立柱联结可靠，并互相间组成稳定的结构。发生器的每级都有一台低电感，大容量的冲击电容，它们被放置在冲击电压发生器结构中央。该电容采用高密度固体电容器，具有重量轻、体积小的特点，即使在额定工况下连续操作，它们也有足够的使用寿命。发生器上使用的所有的电阻都是拔插式的线绕电阻。雷电波的调波电阻采用无感绕制，具有很小的电感。波头电阻和波尾电阻安装在发生器的两柱之间。充电电阻则安装在点火球隙的一侧。直流充电电源（由高压变压器、倍压电容、高压硅堆构成）采用倍压整流方式。高压硅堆安装在一个绝缘支撑板上，通过一个简单的弹簧压接机构可手动变换其方向。通过一只保护电阻将直流高电压输出到冲击电压发生器的第一级电容。用于测量充电电压的高压高阻也安装在这个绝缘支撑板上。

冲击电压发生器的点火触发是通过触发最下一级的球隙使之放电而完成的。因此最下一级的球隙被设计成三间隙结构。触发脉冲是由一个高电平，快速变化的脉冲电压。它是由点火脉冲放大器产生的。一个用于检测发生器点火的脉冲的耦合电容安装在发生器的底座上。为了确保发生器的安全操作，系统提供了一个接地机构。一旦发生器发生异常，接地放电开关会在第一个充电电阻后自动接地，结果所有的冲击电容都将通过最下一级的电阻放电。

进一步、冲压分压器为阻容式电容分压器，由高压臂电容和低压臂电容组成，作为冲击电压发生器的基本负载，是产生冲击电压波形的必配设备。同时它将冲击高电压按比例减小为低压信号，可以用峰值电压表和波形测量仪器进行测量。

进一步、所述冲击电压发生器的底座上还设有控制柜、第一脉冲放大器、点火反馈分压器、直流电压分压器。

进一步、所述截断装置的底座上设有第二脉冲放大器。

进一步、所述控制柜上设有第二操作单元。

进一步、所述控制台上设有第一操作单元。

进一步、所述控制台上的第一操作单元与控制柜上的第二操作单元通过光纤连接。

进一步、所述控制台上的第一操作单元设有计算机、示波器和峰值显示表。

本发明的有益效果是：本系统采用光纤传输控制信息，这在高电压的试验中极大地增强了系统的安全性，和防干扰性，避免设备可能遭受高压放电瞬态过程的危害，本系统实用性广、安全性高，抗干扰性能强、安装方便，在工厂、研究机构及大专院校的高压试验室中均可应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体的实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的系统布置示意图；

图2为本发明的冲击电压发生器及直流电源充电电源原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种雷击冲击电压试验系统，如图1所示，包括试验室1、控制室7、多级截断装置2、冲击电压发生器3、直流充电电源4、冲击分压器5、控制台6，如图2所示：cs：主电容rf：波头电阻rt：波尾电阻rc:充电保护电阻cb：倍压电容d:整流硅堆rz：直流高阻rb：保护电阻t：充电

本发明的一种雷击冲击电压试验系统包括试验室和控制室，所述试验室设有冲击电压发生器、直流充电电源、电容分压器、多级截断装置、冲击分压器和冲击信号测量系统，所述控制室设有控制台，所述直流充电电源与冲击电压发生器连接，所述多级截断装置与冲击电压发生器通过电缆连接，所述控制台与冲击电压发生器通过光纤连接，所述控制台与电容分压器通过电缆连接。

冲击电压试验系统可发出各种形状的脉冲波形，但是根据试验研究的需要，按照有关国际标准和国家标准的规定，主要产生以下几种冲击电压波形：1、标准雷电冲击波形，2、标准操作冲击波形，3、其他特殊的冲击电压波形如特种操作冲击波等。虽然冲击电压发生器本体及直流充电电源有多种结构形式，但基本原理都是采用marx多级回路，即各级电容器并联充电，然后串联放电以获得脉冲高电压。标志冲击电压发生器本体的主要技术参数包括：

额定电压：发生器各级最大充电电压的总和。

额定储能：发生器各级电容最大储能的总和。

对于不同的冲击电压发生器的结构形式，目前采用的级电压主要有100kv、150kv、200kv、300kv几种，而发生器的每级电容量则根据试验需要来合理选择。本系统的冲击电压发生器采用100kv的级电压。

本实施例中、冲击电压发生器结构说明如下：

冲击电压发生器设计为户内使用，采用三根绝缘立柱支撑结构。在发生器的每级将3根立柱联结可靠，并互相间组成稳定的结构。发生器的每级都有一台低电感，大容量的冲击电容，它们被放置在冲击电压发生器结构中央。该电容采用高密度固体电容器，具有重量轻、体积小的特点，即使在额定工况下连续操作，它们也有足够的使用寿命。发生器上使用的所有的电阻都是拔插式的线绕电阻。雷电波的调波电阻采用无感绕制，具有很小的电感。波头电阻和波尾电阻安装在发生器的两柱之间。充电电阻则安装在点火球隙的一侧。直流充电电源（由高压变压器、倍压电容、高压硅堆构成）采用倍压整流方式。高压硅堆安装在一个绝缘支撑板上，通过一个简单的弹簧压接机构可手动变换其方向。通过一只保护电阻将直流高电压输出到冲击电压发生器的第一级电容。用于测量充电电压的高压高阻也安装在这个绝缘支撑板上。

冲击电压发生器的点火触发是通过触发最下一级的球隙使之放电而完成的。因此最下一级的球隙被设计成三间隙结构。触发脉冲是由一个高电平，快速变化的脉冲电压。它是由点火脉冲放大器产生的。一个用于检测发生器点火的脉冲的耦合电容安装在发生器的底座上。为了确保发生器的安全操作，系统提供了一个接地机构。一旦发生器发生异常，接地放电开关会在第一个充电电阻后自动接地，结果所有的冲击电容都将通过最下一级的电阻放电。

本实施例中、冲压分压器为阻容式电容分压器，由高压臂电容和低压臂电容组成，作为冲击电压发生器的基本负载，是产生冲击电压波形的必配设备。同时它将冲击高电压按比例减小为低压信号，可以用峰值电压表和波形测量仪器进行测量。

本实施例中、所述冲击电压发生器的底座上还设有控制柜、第一脉冲放大器、点火反馈分压器、直流电压分压器。

本实施例中、所述截断装置的底座上设有第二脉冲放大器。

本实施例中、所述控制柜上设有第二操作单元。

本实施例中、所述控制台上设有第一操作单元。

本实施例中、所述控制台上的第一操作单元与控制柜上的第二操作单元通过光纤连接。

本实施例中、所述控制台上的第一操作单元设有计算机、示波器和峰值显示表。

本实施例中、本发明的一种雷击冲击电压试验系统操作包括以下步骤：

冲击电压是单次瞬态过程，因此冲击电压试验对电压幅值、电压波形及电压次数三个试验量有不同的要求。

1、电压幅值：

对于不同的试品和不同的试验要求，应该施加相应的冲击电压幅值。通过控制冲击电压发生器的充电电压可以调节冲击电压的幅值，这是容易理解的。需要注意的是，冲击电压幅值与充电电压之间的对应关系为：

up=uc*n*η

up：冲击电压幅值

uc：冲击电压发生器充电电压（每级）

n：冲击电压发生器使用的级数

η：冲击电压发生器的效率

2、电压波形：

冲击电压试验常用到的波形有标准雷电冲击波形、波尾截断的标准雷电冲击波形、标准操作冲击波形、陡波波形及其他特殊要求的波形。对于波形参数的定义可参考gb/t16927《高电压试验技术》的规定。

这里需要特别提出的是，冲击电压试验回路的输出波形与试品、试验设备的部件接入及周围接地体的距离都有密切关系，因此冲击试验的难点及大部分工作也就是调波工作，能否获得满足标准要求的冲击波形是冲击试验的关键。

通常指的波形调节就是调节冲击波形的波头时间和波尾时间，对于截波试验还要求调节截断时间，对于陡波试验则要求调节波形的陡度。

以电容负载为例说明调波的步骤：

初选调波电阻值：

要得到所需的冲击波形，需调节波头、波尾电阻，因影响因素很多，其阻值难于事前确定，可用下式初定选取：

式中：r1—波头电阻阻值ω

r2—波尾电阻值ω

c1—本体冲击电容μf

c2—负荷电容μf，包括试品入口电容，冲击分压器电容、各寄生电容

t1—冲击波头时间μs

t2—冲击波尾时间μs

调节冲击波形、确定效率：

接入初选的调波电阻、被试品、冲击分压器，用发生器产生约0.6倍试验电压值的冲击电压，调节电阻使冲击波形达到要求。用示波器拍摄波形，求得效率，确定正式试验时的充电电压值。

实际上，对于不同的被试品，特别是小电感负载，发生器的调波非常复杂，可能需要改变发生器本体的连接方式，采用多级并联再串联等连线方式。因此需要在实际使用中积累经验。

3、电压次数：

在确定了电压幅值和电压波形后，剩下的工作就是要根据需要确定施加电压的次数。应该注意的是，冲击电压波形有正负极性，应该明确各极性下的加压次数。还应该考虑每次施加电压的间隔时间。

三、冲击电压试验系统操作简介

冲击电压试验系统的操作通过控制系统和测量系统两部分实现。控制系统完成冲击电压发生器的充电、触发、接地等控制操作，测量系统完成冲击电压信号的测量。控制系统和测量系统的操作界面安排在操作台上。

在完成了冲击电压试验系统的接线和明确了冲击试验的程序要求后，就可以进行冲击电压试验系统的操作控制了。

1、控制操作

控制操作是在控制系统的操作界面上实现的。控制操作界面为计算机操作界面。

1.2操作步骤说明

以下是步骤提示：

1.2.1分别接通控制台电源和发生器本体控制柜（在冲击电压发生器充电电源旁）电源。

此时应该保证：紧急按钮（在控制台操作界面旁）已锁定

安全按钮（在本体控制柜电源开关旁）已锁定发生器接地开关已接地

由于发生器已经接地，且已经进行了安全锁定，冲击电压发生器的充电操作被禁止，这时可对冲击电压发生器系统进行连线检查、设备检查及更换发生器的波头波尾电阻等，不会发生高压危险。

1.2.2确认设备接线正确和试区无其他人员后，可开始充电操作：

解除安全按钮锁定、拿开接地棒；

复位紧急按钮

由初始界面进入到主控制界面，解除充电锁定

选择自动充电功能、球隙自动跟踪模式、自动触发方式

设定每级充电电压、充电时间、计数次数并复位计数器

设定极限保护电压（应大于充电电压设定）、极限保护充电电流

按充电按钮，则系统自动开始充电

若限制充电的条件没解除，系统将不会充电，并会弹出相应的提示画面。

系统达到充电电压设定值后，自动触发放电并继续进行下一次充电。

按接地按钮，则系统自动接地并停止充电

系统在充电状态，按下暂停按钮，系统停止充电，但没有接地。

系统在充电状态，按下紧急按钮，系统将停止充电并接地。

系统自动进行计数，达到计数设定后系统自动停止充电并接地。

1.2.3完成充电操作并接地后，应确认以下操作：

在控制界面上锁定充电按钮

按下控制台上的紧急按钮

锁定控制柜上的安全按钮（按钮灯熄灭）

将接地棒挂在发生器第一级直流高压出线上

2、测量操作

冲击电压发生器每次触发后，都会产生冲击高电压脉冲，经过分压器分压后由测量电缆送到控制台的峰值电压表和示波器，可以显示脉冲幅值及波形，并自动测量波形参数。

示波器的测量操作是由专门的测量软件完成的，通过测量软件，可以完成对示波器的设定，并将示波器测得的波形数据送到计算机，进行显示、参数计算、波形分析及数据存储。

操作步骤如下：

2.1点击计算机桌面测量软件包图标进入测量软件操作界面

2.2点击参数设定按钮，可进入参数设定界面进行必要的设定：

选择示波器的测量通道

选择测量的冲击波形种类

选择测量的冲击波形极性

选择被测电压的最大值

设定分压器的分压比（输入分压器的实际分压比）

设定衰减器的衰减比例

选择记录波形的时间

选择是否需要数字滤波

2.3正确设定示波器参数后，点击获取波形按钮，则计算机将设定示波器并准备好记录脉冲波形。当发生器触发后，示波器将自动记录波形并传送到计算机屏幕显示，可以获得脉冲幅值、波头时间、波尾时间等波形参数。

2.4点击保存波形按钮，可以将显示的波形存在计算机的硬盘上。

2.5点击波形处理按钮，可以将存盘的波形调出，生成图片文件或打印输出。

2.6点击退出按钮则退出程序。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。