换流站设备的瞬态冲击性能检测系统的制作方法

本发明涉及高压电力技术领域，特别是涉及一种换流站设备的瞬态冲击性能检测系统。

背景技术：

换流站是输电网的重要组成部分，其中的输电线路、输电线路上的相关电气设备以及用于连接或者支撑上述输电线路的支撑杆塔等换流站设备需要工作在户外，极有可能遭受雷击等瞬态冲击放电现象，导致输电线路的工作具有较大的安全隐患。因而针对换流站设备开展对其施加雷电等瞬态冲击电流时所产生的瞬态冲击性能(输电设备通过瞬态冲击电流时的电压信息等)检测具有重要意义。

目前，换流站设备的瞬态冲击性能检测主要基于传输线理论对电力系统电磁暂态过电压进行计算，具体是将各个输电线路等效为RLC等元器件，进行仿真计算，这样容易忽略输电线路所处工作环境以及相关电气设备形状、尺寸对电磁暂态过程的影响，使换流站设备的瞬态冲击性能检测方案具有局限性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统换流站设备的瞬态冲击性能方案具有局限性的技术问题，提供一种换流站设备的瞬态冲击性能检测系统。

一种换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，包括：基于换流站的输电网模型、激励电流源和电压测量装置；所述输电网模型包括多个杆塔模型、模拟直流母线、门型架构模型和多个绝缘支柱模型，所述杆塔模型的顶端通过模拟直流母线相互连接；所述绝缘支柱模型的位置与输电线路中绝缘支柱、避雷器和电容器的位置对应，各个绝缘支柱模型通过模拟直流母线进行连接，所述绝缘支柱模型和杆塔模型分别分布在所述门型架构模型的两侧；其中，绝缘支柱模型与所述绝缘支柱、避雷器或者电容器一一对应；

所述激励电流源分别向各个杆塔模型的顶端施加冲击电流，在所述冲击电流流过模拟直流母线时，所述电压测量装置测量位于边缘的绝缘支柱模型处模拟直流母线的电压参数；所述电压参数用于对换流站设备的瞬态冲击性能进行检测。

上述换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，根据输电线(母线)、杆塔、绝缘支柱、避雷器和电容器等输电网相关设备以及相应的连接关系设置输电网模型，对上述输电网模型中的各个杆塔模型施加冲击电流，以对其工作时遭受的雷电冲击电流进行模拟，并在上述冲击电流流过杆塔模型时，利用电压测量装置测量位于边缘的绝缘支柱模型处模拟直流母线的电压参数，以根据上述电压参数检测上述输电设备所对应的瞬态冲击参数，使换流站设备的瞬态冲击性能检测方案可以结合输电线(母线)、杆塔、绝缘支柱、避雷器和电容器的实际位置关系、连接关系、形状和尺寸等对电磁暂态冲击流量电流的冲击响应进行检测，可以提高相应瞬态冲击参数检测的全面性，对换流站设备的瞬态冲击性能检测具有较高的参考价值，还可以指导上述输电线路的防雷设计。

附图说明

图1为一个实施例的输电网模型俯视图；

图2为一个实施例的模拟直流母线的长度示意图；

图3为一个实施例的测量导线结构示意图；

图4为一个实施例的杆塔模型分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的换流站设备的瞬态冲击性能检测系统的具体实施方式进行详细阐述。

参考图1，图1所示为一个实施例的输电网模型俯视图，图1所示的基于换流站的输电网模型包括：多个杆塔模型(如第一杆塔模型111和第二杆塔模型112)、模拟直流母线、门型架构模型117和多个绝缘支柱模型(比如图1中的113、114、115和116等)，所述杆塔模型的顶端通过模拟直流母线相互连接；所述绝缘支柱模型的位置与输电线路中绝缘支柱、避雷器和电容器的位置对应，各个绝缘支柱模型通过模拟直流母线进行连接，所述绝缘支柱模型和杆塔模型分别分布在所述门型架构模型117的两侧；其中，绝缘支柱模型与所述绝缘支柱、避雷器或者电容器一一对应；如图1所示，与输电网中绝缘支柱、避雷器和电容器一一对应的绝缘支柱模型设置在门型架构模型的另一侧，多个绝缘支柱模型形成一个绝缘支柱网络，其中，绝缘支柱模型113、114、115和116均位于位于上述多个绝缘支柱模型的边缘；

本实施例中，换流站设备的瞬态冲击性能检测系统结构示意图，包括：图1所示的输电网模型、激励电流源和电压测量装置；所述输电网模型包括多个杆塔模型(如第一杆塔模型111和第二杆塔模型112)、模拟直流母线(如111)、门型架构模型117和多个绝缘支柱模型，所述杆塔模型的顶端通过模拟直流母线相互连接；所述绝缘支柱模型的位置与输电线路中绝缘支柱、避雷器和电容器的位置对应，各个绝缘支柱模型通过模拟直流母线进行连接，所述绝缘支柱模型和杆塔模型分别分布在所述门型架构模型的两侧；其中，绝缘支柱模型与所述绝缘支柱、避雷器或者电容器一一对应；

所述激励电流源分别向各个杆塔模型的顶端施加冲击电流，如图1所示，上述激励电流源可以分别向第一杆塔模型111和第二杆塔模型112的顶端施加冲击电流，在所述冲击电流流过模拟直流母线时，所述电压测量装置测量位于边缘的绝缘支柱模型处(图1中位于边缘的绝缘支柱模型113、114、115和116处)模拟直流母线(图1所示位置M1、M2、M3和M4)的电压参数；所述电压参数用于对换流站设备的瞬态冲击性能进行检测。

上述多个杆塔模型可以分别连接同一个激励电流源，也可以分别连接不同的激励电流源。其中，上述激励电流源可以连接在各个杆塔模型的顶端与地端之间。上述各个电压测量点(位于边缘的绝缘支柱模型处模拟直流母线)可以分别连接同一个电压测量装置，也可以分别连接不同的电压测量装置。其中，上述电压测量装置可以连接在各个电压测量点与地端之间。

上述瞬态冲击性能可以通过相应的瞬态冲击参数表征，上述瞬态冲击参数可以包括雷电冲击电流等冲击电流流过杆塔模型(对应于相应的输电网中相关设备遭受到瞬态雷电放电现象)时，位于边缘的绝缘支柱模型处模拟直流母线的电压大小、大于某一值(比如设定的安全值等)的电压持续时间，电压信号的上升沿时间和下降沿时间等，根据电压测量设备获取的电压参数，可以得到模拟直流母线对应的瞬态冲击参数，从而得到相应输电线路在遭受瞬态雷电放电电流等瞬态冲击电流时的瞬态冲击性能。

上述各个杆塔模型的尺寸可以以实际工程的直线塔或者耐张塔等多基杆塔的尺寸为准，将输电网中的直线塔或者耐张塔等多基杆塔按照1:25缩放比例进行缩放，以建立相应的杆塔模型。杆塔模型可以采用镀锌钢材料焊接而成，还可以选取直径为11mm(毫米)的镀锌钢；为保证杆塔模型设置在相应平台(地面等)上的稳定性，可以在各个杆塔模型的塔脚分别焊接尺寸为150mm×150mm×10mm的钢板；杆塔模型可以包括塔头(顶端)、塔身(中间部分)和塔腿(底端)等；上述杆塔模型的顶端可以设置横担模型，上述杆塔模型的底端设置有模拟接地线，上述模拟接地线可以保证相应杆塔模型与地端之间的导通，上述模拟接地线为半径相同，直径为0.8mm的裸铜线。

上述门型架构模型的材料选取可以参照上述杆塔模型，采用镀锌钢材料焊接而成。模拟直流母线可以采用外径为20mm铝管；按照直流场各设备所在位置布置绝缘支柱模型，上述绝缘支柱模型需要与地面绝缘。

由于换流站设备的瞬态冲击性能检测系统不易考虑电晕放电，在上述瞬态冲击参数检测系统中可以尽量避免模拟接地线或者其他测量引线所产生的电晕放电，以保证相应瞬态冲击参数检测系统的准确性。上述模拟接地线可以连接铺设在地面且宽度为2m的铝板，以保证相应的换流站设备的瞬态冲击性能检测系统可以达到理想接地状态。放置杆塔模型和绝缘支柱模型的平台在布置完上述各个杆塔模型和绝缘支柱模型后还应留有一定的空间，以防止检测过程中的相关干扰。

激励电流源发出的一次冲击电流通常持续50～100μs(微秒)，波头陡度高，可达50kA/s(千安每秒)，属于高频冲击波。上述激励电流源可以包括上升时间为5ns(纳秒)，脉宽300ns，阻抗50Ω(欧姆)，电压幅值100V-4000V(伏特)，最大电流5A(安培)的试验电流源或者试验电压源等电源设备，可以将上述激励电流源与地面保持绝缘，激励电流源的输出信号(雷电冲击电流)通过电缆或裸铜线等测量引线发送至杆塔模型的顶端。

上述电压测量装置可以包括能测量或者获取相应杆塔模型顶端电压值大小、电压波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电压参数的电压测量表或者示波器等装置。向杆塔模型顶端加入激励电流源发出的冲击电流时，模拟直流母线相应位置的电压参数(如大小，上升沿时间或者下降沿时间等)可以表征相应换流站设备的瞬态冲击性能。

上述模拟直流母线可以包括多根导电性能良好的导线，通常情况下，各跟模拟直流母线连接在各个杆塔模型或者绝缘支柱模型顶端的相同侧，各根模拟直流母线相互平行。

本实施例提供的换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，根据输电线(母线)、杆塔、绝缘支柱、避雷器和电容器等输电网相关设备以及相应的连接关系设置输电网模型，对上述输电网模型中的各个杆塔模型施加冲击电流，以对其工作时遭受的雷电冲击电流进行模拟，并在上述冲击电流流过杆塔模型时，利用电压测量装置测量位于边缘的绝缘支柱模型处模拟直流母线的电压参数，以根据上述电压参数检测上述输电设备所对应的瞬态冲击参数，使换流站设备的瞬态冲击性能检测方案可以结合输电线(母线)、杆塔、绝缘支柱、避雷器和电容器的实际位置关系、连接关系、形状和尺寸等对电磁暂态冲击流量电流的冲击响应进行检测，可以提高相应瞬态冲击参数检测的全面性，对换流站设备的瞬态冲击性能检测具有较高的参考价值，还可以指导上述输电线路的防雷设计。

在一个实施例中，上述输电网模型中各个绝缘支柱模型之间通过模拟直流母线连接，任意相邻两个绝缘支柱模型之间的模拟直流母线的长度设置可以如图2所示，如图2所示，上述相邻两个绝缘支柱模型之间模拟直流母线的长度可以分别包括600mm(毫米)、700mm、800mm、900mm和1000mm。

在一个实施例中，上述换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，还可以包括电流测量装置；本实施例中，上述激励电流源连接各个杆塔模型的顶端；

所述电流测量装置连接在所述杆塔模型的顶端和激励电流源之间；

所述电流测量装置用于测量所述激励电流源发出的冲击电流的电流参数。

上述电流测量装置可以对相应激励电流源发生的冲击电流进行测量，以获取上述冲击电流的电流值大小、电流波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电流参数信息，以用于相应换流站设备的瞬态冲击性能检测，保证上述瞬态冲击参数检测的完整性。上述电流测量装置可以包括能测量或者获取通过杆塔模型顶端的电流大小、电流波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电流参数的电流测量表或者示波器等装置。

在一个实施例中，上述换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，还可以包括服务器；

所述服务器分别连接电流测量装置和电压测量装置；用于获取电流测量装置测量的电流参数以及电压测量装置测量的电压参数，并根据所述电流参数和电压参数检测所述输电网模型所对应的换流站设备的瞬态冲击性能。

上述服务器可以分别通过数据线连接相应的电压测量装置和电流测量装置，还可以通过无线通信方式与相应的电压测量装置和电流测量装置进行通信，比如将电压测量装置和电流测量装置等连接无线通信模块，使电压测量装置和电流测量装置分别通过无线通信模块连接相应的服务器等等。

本实施例利用服务器获取相应杆塔模型顶端的电压参数进行相应瞬态冲击参数的检测，可以提高相应的检测效率。

作为一个实施例，上述服务器还可以连接激励电流源；

所述服务器获取电压测量装置测量的电压参数，在所述电压参数达到预设的参数范围时，控制所述激励电流源发出冲击电流。

上述预设的参数范围可以设置为小于0.5伏特等较小的电压范围，比如，服务器检测到电压测量装置检测到的电压参数所对应的电压值小于某一电压值(电压参数达到预设的参数范围)时，服务器可以控制所述激励电流源发出冲击电流。

在一个实施例中，上述绝缘支柱模型包括设置电压测量端口的环氧树脂板。

本实施例中，采用环氧树脂板模拟绝缘支柱、避雷器和电容等电气设备，环氧树脂板上可以电压测量端口，便于测量绝缘子串接相应的模拟直流母线或者测量引线等输电线路。

在一个实施例中，所述输电网模型还包括模拟接地线，所述模拟接地线连接在所述杆塔模型和地端之间，所述模拟接地线为半径相同，直径为0.8mm的裸铜线。

在一个实施例中，上述杆塔模型为采用镀锌钢焊接而成的模型，所述镀锌钢的直径为11mm。

上述杆塔模型的材料采用镀锌钢材料焊接而成，镀锌钢的直径为11mm；为保证杆塔站立时的稳定性，可以在杆塔塔脚分别焊接尺寸为150mm×150mm×10mm的钢板；搭建而成的直流输电线路杆塔模型的结构可以包括塔头、塔身和塔腿等。

在一个实施例中，上述换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，还可以包括用于导电的测量引线；

所述测量引线用于连接所述各个杆塔模型和激励电流源，激励电流源和地端，所各个电压测量点和电压测量装置，以及电压测量装置和地端。

上述测量引线可以与其连接的杆塔模型或者绝缘支柱模型的中轴线垂直，以减少相互之间的磁耦合对测量结果的影响。

上述测量引线用于将换流站设备的瞬态冲击性能检测系统中的各个部分连接起来。其中，连接在激励电流源一侧的测量引线可以称为电流引线，连接在电压测量装置一侧的测量引线可以称为电压引线。测量引线可以包括裸铜线或者其他金属导线等导电性能良好的导线。将上述测量引线自然放置时，上述测量引线为笔直的。

作为一个实施例，上述测量引线为裸铜线。

裸铜线具有较为优良的导电性能，利用裸铜线连接换流站设备的瞬态冲击性能检测系统的各个部分，可以进一步提高相应换流站设备的瞬态冲击性能检测系统的检测性能。如图3所示，上述测量引线180可以包括芯线181和屏蔽层182，以保证其工作过程中的安全性。

作为一个实施例，上述测量引线的直径范围为0.3至1.2毫米。

将测量引线自然放置时，上述测量引线为笔直的，测量引线的直径可以为0.3毫米、1.1毫米或者1.2毫米等值，也可以设置为0.3至1.2毫米之间的其他值。

在一个实施例中，上述激励电流源可以包括雷电冲击电流发生器；所述激励电流源发出上升沿为纳秒级，脉冲宽度为纳秒级的雷电冲击电流，所述电压测量装置的带宽为200兆赫兹。

上述雷电冲击电流发生器的设置标准可以包括：选择电压源波形上升时间5ns，脉宽300ns，阻抗50Ω，电压幅值100V-4000V，最大电流5A的试验电压源；将冲击试验电源(雷电冲击电流发生器)连接于电压测量引线下方，且与地面保持绝缘，电源(雷电冲击电流发生器)的输出信号(雷电冲击电流)通过电缆或裸铜线发送至相应杆塔模型的顶端。

在一个实施例中，上述电流测量装置和电压测量装置的相关标准可以包括：选择输入电容小于2pF(皮法)，带宽200MHz(兆赫兹)的高压差分探头；选择输入阻抗为50Ω(欧姆)，测量带宽为200MHz的电流探头；电压测量装置和电流测量装置的探头置于电线塔模型上方，用于测量电线塔模型顶端电压和/或电流；电压测量引线(电压引线)和电流测量引线(电流引线)均拉直，且电压引线、电流引线和电线塔模型的中轴线两两垂直，以减少相互之间的磁耦合对测量结果的影响；为匹配冲击源(雷电冲击电流发生器)的上升沿时间(ns级别)，可以选择带宽500MHz，采样率5GS/s的两台示波器对测量波形进行存贮和展示；为避免示波器通道间的相互干扰，电压和电流可以分两次单独进行测量。

参考图4所示，图4所示为一个实施例的杆塔模型分布示意图，如图4所示，上述杆塔模型可以呈直线排列，各个相邻两个杆塔模型之间(如图中第1杆塔和第2杆塔)的距离为8000mm，最靠近门型架构模型的杆塔模型(如图中第1杆塔)与所述门型架构模型(图中门型架构)之间的距离为3000mm。如图4所示，经过门型架构模型的模拟直流母线中，较低的模拟直流母线距上述门型架构模型的底端600mm。

在一个实施例中，上述换流站设备的瞬态冲击性能检测系统，还可以包括接地板，所述接地板平铺在地面上，所述杆塔模型、门型架构模型和绝缘支柱模型均直立在所述接地板上，所述杆塔模型、门型架构模型和绝缘支柱模型的中轴线均垂直于所述模拟直流母线。

上述接地板的形状可以为矩形，其可以包括导电性能优良的铝板等金属板。上述杆塔模型、门型架构模型和绝缘支柱模型均直立在所述接地板上，在接地板上安装包括杆塔模型、门型架构模型和绝缘支柱模型等的输电网模型时，还应留有一定的空间，以防止干扰。杆塔模型、门型架构模型和绝缘支柱模型的中轴线均垂直于所述模拟直流母线，可以减少输电网模型中各组成部分相互之间的磁耦合对检测结果的影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。