本发明属于电力系统或气体绝缘封闭组合电器(gis)局部放电传感器技术领域，特别涉及一种用于特高频(uhf)标定的快脉冲发生装置。
背景技术
现代电力系统正向着大电网、大机组、超/特高压、大容量的方向发展，为了保障电力系统的安全、可靠运行，对电力设备的安全运行提出了更高的要求。sf6气体绝缘封闭组合电器(gis)因具有占地面积小、安装快、受外界干扰小、运行安全稳定、维护工作量小、检修周期长等优点，自20世纪60年代开始，逐渐在世界范围内大规模地使用，目前已经成为城市现代化变电站以及电能输送枢纽的首选，广泛应用于超高压及特高压领域。
经过验收投运的gis在现场安装后虽然总体运行情况稳定，但运行经验表明，尽管gis设备可靠性非常高，但其内部缺陷及安装过程中带入的金属微粒等发展而成的缺陷仍会产生局部放电，严重危害其正常运行。局部放电对绝缘的破坏作用是一个缓慢的过程，且受多种因素影响，同时gis的金属全封闭特点导致故障定位、观察困难，难以对局部放电及其所表征的绝缘劣化进行判断与防控。因此，对gis局部放电的检测与诊断具有重大意义，局部放电测量是gis设备运行状态检测的重要组成部分。局部放电过程通常伴随着电流脉冲、电磁辐射、超声波和分解气体的产生，而对瞬态放电过程中产生的物理现象的识别和计算是局部放电测量的常用方法。
目前，应用最广泛的脉冲电流法参照iec-60270标准，通过带宽为khz的检测信号获得脉冲发生时间和脉冲幅度。但是，这种方法难以应用于局部放电的现场检测或在线监测，主要原因是大部分噪声信号带宽集中在几十khz，对现场检测造成很大的干扰。相反，通过检测特高频(uhf)带宽(300mhz至3ghz)的信号，可以避免来自逆变器控制系统、供电和配电系统等的噪声信号的影响，因此，特高频传感器作为一种在线监测装置，在gis中被广泛使用。现有的用于特高频标定的脉冲发生装置普遍存在以下问题：单个气体开关所产生的信号波形难以满足特高频检测的波形要求，往往需要其他设备如陡化开关进行辅助，只能满足实验室研究要求，而无法应用于现场特高频标定。综上，亟需一种用于特高频标定的快脉冲发生装置，以帮助该领域研究人员对特高频传感器进行标定，此处快脉冲指的是波形上升沿小于1ns，电压上升率高于1kv/ns的信号波形。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于特高频(uhf)标定的快脉冲发生装置及其使用方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的快脉冲发生装置能够产生一致性较好的标定用快脉冲信号，用于模拟局部放电信号，使用方便，能够满足局部放电测量用特高频传感器的标定需求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于特高频标定的快脉冲发生装置，包括：高压直流电压源、充电电阻r1、主电容c1、水银开关、开关电源和负载z；高压直流电源、充电电阻r1、水银开关与负载z串联构成主回路；主电容c1的一端与高压直流电源的负极连接，另一端与充电电阻r1连接有水银开关的一端连接；负载z的一端与高压直流电源的负极连接，高压直流电源的负极端接地；主电容c1，取值范围100pf～1nf。
进一步的，还包括滤波模块，滤波模块串接在主回路中。
进一步的，滤波模块为切尾电容c2；切尾电容c2串接在水银开和负载z之间；切尾电容c2，采用pf容量，取10pf～100pf。
进一步的，还包括开关电源；开关电源与水银开关的w1,w2端口连接，开关电源能够产生直流信号并触发水银开关。
进一步的，开关电源能够产生5v的直流信号。
进一步的，高压直流电源为可调直流高压。
进一步的，电压幅值调节范围为0～5kv。
进一步的，负载z为gis或同轴电缆类的电容负载。
进一步的，水银开关为hmr2-1a-05型。
进一步的，充电电阻r1，取值10mω。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的快脉冲发生装置中，充电电阻r1用于限流，减小冲击电压对直流电压源的影响，对高压直流电源起到保护作用；主电容c1，取值100pf～1nf，耐压能力强，能够耐受kv级电压，从而产生高幅值脉冲信号；损耗小，减小能量损失；体积小，减小主电容杂散电感对产生脉冲波形上升沿的影响，是产生高幅值快上升沿脉冲波形的主回路电容；水银开关，用于控制放电主回路的通断。本发明所提供的基于水银开关的uhf标定用快脉冲发生装置，可以实现对gis特高频传感器的有效标定，具有操作简单、便于推广等特点。
进一步的，切尾电容c2，采用pf容量，取10pf～100pf，具有一定耐压能力，用于对信号低频分量进行滤波，减小信号波形脉宽，减小信号波形上升沿时间，得到由高频分量组成的高幅值快脉冲信号波形。在对电容材料与型号的严格要求的基础上，通过对主电容c1与切尾电容c2不同容值的选取与配合，可以产生不同频率范围的高幅值快脉冲波形，波形上升沿最小可达到240ps，最大达到1.2ns，同时其占用体积小，使一套装置内可集成多个系统，产生特定频率范围的信号波形，从而满足特高频标定的现场应用。
进一步的，高压直流电源幅值可调，可用于在标定过程中通过调节信号脉冲幅值确定特高频传感器的灵敏度与动态范围参量。
进一步的，采用hmr2-1a-05型号，以保证其在具有耐受kv级电压能力的同时，能够产生ps级上升沿的快脉冲信号。
进一步的，充电电阻r1，取值10mω用于限流，减小冲击电压对直流电压源的影响，对高压直流电源起到保护作用。
附图说明
图1是本发明的一种用于特高频标定的快脉冲发生装置的电路示意图；
图2是本发明的一种用于特高频标定的快脉冲发生装置所产生的典型波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，本发明的一种用于特高频标定的快脉冲发生装置是一种基于水银开关的uhf标定用快脉冲发生装置，包括高压直流电压源、充电电阻r1、主电容c1、水银开关、开关电源、滤波模块以及负载z。
高压直流电源、充电电阻r1、水银开关与负载z串联构成主回路；主电容c1的一端与高压直流电源的负极连接，另一端与充电电阻r1连接有水银开关的一端连接；负载z的一端与高压直流电源的负极连接，高压直流电源的负极端接地；主电容c1，取值范围100pf～1nf；主电容c1耐压能力强，能够耐受kv级电压，从而产生高幅值脉冲信号；损耗小，减小能量损失；体积小，减小主电容杂散电感对产生脉冲波形上升沿的影响，为产生高幅值快上升沿脉冲波形的主回路电容，主电容可优选为贴片陶瓷电容，容值为100pf。滤波模块串接在主回路中；滤波模块为切尾电容c2；切尾电容与水银开关在内的主回路采用串联方式进行连接；切尾电容c2，采用pf容量，取10pf～100pf；切尾电容采用pf容量，具有一定耐压能力，用于对信号低频分量进行滤波，减小信号波形脉宽，减小信号波形上升沿时间，得到由高频分量组成的高幅值快脉冲信号波形，可优选为贴片陶瓷电容，容值可优选为33pf。开关电源与水银开关的w1,w2端口连接，开关电源能够产生直流信号并触发水银开关。开关电源用于产生5v直流信号触发水银开关。高压直流电源为可调直流高压，高压直流电源的电压幅值调节范围为0～5kv。高压直流电源可产生0～5kv可调直流高压，电压幅值可优选为2kv。充电电阻r1，用于限流，减小冲击电压对直流电压源的影响，对高压直流电源起到保护作用，电阻阻值可优选为10mω。负载z为gis或同轴电缆类的电容负载，可优选为波阻抗50ω的3m同轴电缆。水银开关，用于控制放电主回路的通断，采用hmr2-1a-05型号，以保证其在具有耐受kv级电压能力的同时，能够产生ps级上升沿的快脉冲信号，参考图2所示，由图2可得通道2一典型脉冲源输出信号，该输出信号幅值930v，上升沿600ps，可见pcb传输线模块的设计以及总体回路布置保持了高频信号完整性，能够支撑高频高幅值信号的产生与传输。
可见，根据本发明所提供的基于水银开关的uhf标定用快脉冲发生装置，可以实现对gis特高频传感器的有效标定，具有操作简单、便于推广等特点。在对电容材料与型号的严格要求的基础上，通过对主电容c1与切尾电容c2不同容值的选取与配合，可以产生不同频率范围的高幅值快脉冲波形，波形上升沿最小可达到240ps，最大达到1.2ns，同时其占用体积小，使一套装置内可集成多个系统，产生特定频率范围的信号波形，从而满足特高频标定的现场应用。
本发明的一种基于水银开关的uhf标定用快脉冲发生装置，可以有效解决特高频传感器在gis检测中的标定问题，可以应用于实验室标定，同时也可应用于现场试验中，具有操作简单和便于推广等特点。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非是将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术任一来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。