用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器的制作方法

1.本发明涉及一种雷电流发生器，尤其是用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器。


背景技术：

2.换流站接地网是保证电网系统安全、稳定运行的基础措施，不仅为各种在运电力设备提供参考地，而且是雷击时快速释放电流通过的可靠通道和路径，并限制地电位的抬升。这使得换流站接地网接地性能的优劣直接关系到电网运维人员的人身安全、在运电力设备的安全及可靠运行。换流站接地网的敷设材料主要为扁钢或铜覆钢，施工焊接时的接触不良、多年运行后的土壤腐蚀和故障短路电流的电动力作用等因素，导致接地网接地体导体的腐蚀甚至断裂，使得接地网设计时应有的接地阻抗等性能快速下降，造成地电位抬升或分布不均等异常状态，甚至系统中性点发生偏移导致主设备绝缘击穿等恶劣事故发生。多年来，我国由接地系统问题造成的电力系统事故时有发生，造成了巨大的经济损失，严重威胁电网的安全运行。因此，有必要对换流站接地网局部冲击接地阻抗的检测技术进行研究。
3.雷电流发生器是换流站接地网冲击阻抗测量的核心设备，负责产生雷电流标准波形注入接地网。换流站接地网冲击阻抗测量有两大特点，第一是实际雷电流幅值较大，在注入点附近会产生电火花效应，因此雷电流发生器应能产生尽可能大的雷电流，第二是换流站接地网结构较为复杂，有多个可能的雷电点位，因此一般测量换流站接地网冲击阻抗也需要多点位测量，这对雷电流发生器的便携性提出了较高的要求。目前雷电流发生器主要有两类，一类雷电流发生器能产生较大幅值的雷电流，但同时体积庞大、运输困难，不能很好满足接地网冲击阻抗多点位测量的需求。另一类雷电流发生器体积较小，便携性好，但与此同时所能产生的雷电流幅值过小，基本不能反映雷电流注入接地网的电火花效应，增大了接地网冲击阻抗测量的误差，所以在保证便携性的同时尽可能地提高雷电流发生器输出电流的大小，研制用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器，该雷电流发生器具有体积小、便携性好，操作简易，同时能达到较高的瞬时输出电流，以解决接地网冲击阻抗多点测量过程中对雷电流发生器输出电流幅值和便携性都有较高要求的问题。
5.为达到上述目的，本发明所述的用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器，包括主电路、控制电路和机箱。
6.所述主电路，负责产生冲击电流。主电路包括交流电源、自耦调压器、升压变压器、整流硅堆、充电电阻、脉冲电容器、晶闸管、调波电感、调波电阻和接地网。所述交流电源为220v交流市电，交流电源输出端与自耦调压器固连，自耦调压器输出端与升压变压器输入
端固连，升压变压器升压后输出端与整流硅堆和充电电阻串接，充电电阻另一端与晶闸管阳极固连，晶闸管阴极与调波电感固连，调波电感与调波电阻串联后连接接地网的注入端，脉冲电容器并联在晶闸管阳极和变压器输出侧负极。
7.所述控制电路，负责测量脉冲电容器两端电压和控制晶闸管导通。控制电路由电流互感器、并联高阻、测量电阻、运放滤波模块、adc模块、继电器、单片机、晶闸管门极和辅助电源组成。并联高阻一端连接在脉冲电容器输出端，另一端与电流互感器输入端串联后并在脉冲电容器输出端，电流互感器输出端与测量电阻串联后连接到运放滤波模块，运放滤波模块与adc模块输入端相连，adc模块与单片机连接，单片机经继电器与晶闸管门极相连。辅助电源分别与电流互感器和单片机相连，由辅助电源供电。
8.所述机箱，内部底面固定有主电路和控制电路，在上表面面板露出自耦调压器调压旋钮、触发电压显示lcd屏、上调旋钮、下调按钮和启动按钮。
9.优选的，上述交流电源为220v交流市电；上述自耦调压器为250v/200va接触式调压器；上述升压变压器为3000v/150va单相双绕组变压器；上述充电电阻为20kω/100w金属壳电阻；上述脉冲电容器为耐压3kv/4μf的脉冲电容器，2个并联使用，共8μf。
10.优选的，上述电流互感器型号为la25-np，电流变比为1：2.5；上述并联高阻为1mω电阻，上述测量电阻为100ω，上述运放滤波模块的直流增益倍数为4，上限截止频率为18hz；所述辅助电源为lhe05-20a12；上述单片机主控芯片为stm32f103c8t6。
11.本发明与现有技术相比，采用电流互感器串联大电阻测量脉冲电容器两端输出电压，所设置的触发电压精准可靠，并且主电路和控制电路都安装在机箱中，运输和操作方便，冲击电流幅值能达到1ka，满足接地网冲击阻抗多点位测量的需求，具有极大的工程价值。
附图说明
12.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
13.图1是本发明的主电路。
14.图中：1—交流电源、2—自耦调压器、3—升压变压器、4—整流硅堆、5—充电电阻、6—晶闸管、7—调波电感、8—调波电阻、9—接地网和10—脉冲电容器。
15.图2是本发明的控制电路。
16.图中：11—并联高阻、12—电流互感器、13—辅助电源、14—测量电阻、15—运放滤波模块、16—adc模块、17—单片机、18—继电器和19—晶闸管门极。
17.图3是本发明的机箱面板。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步介绍。
19.1、用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器结构说明：针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器，该雷电流发生器具有体积小、便携性好，操作简易，同时能达到较高的瞬时输出电流，以解决接地网冲击阻抗多点测量过程中对雷电流发生器输出电流幅值和便携性都有较高要求的问题。
20.为达到上述目的，本发明所述的用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器，包括
主电路、控制电路和机箱。
21.所述主电路，负责产生冲击电流，如图1所示。主电路包括交流电源、自耦调压器、升压变压器、整流硅堆、充电电阻、脉冲电容器、晶闸管、调波电感、调波电阻和接地网。所述交流电源为220v交流市电，交流电源输出端与自耦调压器固连，自耦调压器输出端与升压变压器输入端固连，升压变压器升压后输出端与整流硅堆和充电电阻串接，充电电阻另一端与晶闸管阳极固连，晶闸管阴极与调波电感固连，调波电感与调波电阻串联后连接接地网的注入端，脉冲电容器并联在晶闸管阳极和变压器输出侧负极。
22.所述控制电路，负责测量脉冲电容器两端电压和控制晶闸管导通，如图2所示。控制电路由电流互感器、并联高阻、测量电阻、运放滤波模块、adc模块、继电器、单片机、晶闸管门极和辅助电源组成。并联高阻一端连接在脉冲电容器输出端，另一端与电流互感器输入端串联后并在脉冲电容器输出端，电流互感器输出端与测量电阻串联后连接到运放滤波模块，运放滤波模块与adc模块输入端相连，adc模块与单片机连接，单片机经继电器与晶闸管门极相连。辅助电源分别与电流互感器和单片机相连，由辅助电源供电。
23.所述机箱，内部底面固定有主电路和控制电路，如图3所示，在上表面面板露出自耦调压器调压旋钮、触发电压显示lcd屏、上调旋钮、下调按钮和启动按钮。
24.优选的，上述交流电源为220v交流市电；上述自耦调压器为250v/200va接触式调压器；上述升压变压器为3000v/150va单相双绕组变压器；上述充电电阻为20kω/100w金属壳电阻；上述脉冲电容器为耐压3kv/4μf的脉冲电容器，2个并联使用，共8μf。
25.优选的，上述电流互感器型号为la25-np，电流变比为1：2.5；上述并联高阻为1mω电阻，上述测量电阻为100ω，上述运放滤波模块的直流增益倍数为4，上限截止频率为18hz；所述辅助电源为lhe05-20a12；上述单片机主控芯片为stm32f103c8t6。
26.2、用于接地网冲击阻抗测量的雷电流发生器使用方式说明：交流电源为220v交流市电作为系统能量输入，经自耦调压器调压后输入升压变压器，升压变压器将电压升至2200v至2400v区间,流经整流硅堆和充电电阻整流，给脉冲电容器注入电能，晶闸管门极在接收到控制电路信号前晶闸管不会导通。当晶闸管门极接收到控制电路信号瞬间，晶闸管导通，电能从脉冲电容器经过调波电感和调波电阻注入换流站接地网。为保证输入电流波形符合雷电流波形，需要对接地网冲击阻抗预估后调节调波电阻和调波电感。
27.仿真验证得调波电阻r＝0.1ω、调波电感0.1μh时可保证2200v电容电压下的电流波形参数满足雷电流8/20μs要求，冲击电流幅值能达1ka。
28.在控制电路，电流互感器lv25p外接1mω并联高阻并联在脉冲电容器两端，将电容电压换为电流信号。其一次绕组和二次绕组间仅有磁耦合，电流变比为1：2.5。放大后的电流在100ω测量电阻上产生压降，经运放滤波放大后送往adc模块。运放直流增益g＝4，上限截止频率fh＝18hz。这样，测量系统总直流增益gtotal＝1
÷
1000000
×
2.5
×
100
×
4＝0.001，可将3000v最大电容电压转换成3v，在ad量程3.3v之内，且有较好的分辨率。adc模块的电压信号输入单片机进行显示和控制，当脉冲电容器两端电压到达设定电压时单片机控制继电器给晶闸管门极信号，晶闸管导通，脉动电容器能量以雷电流形式注入接地网。
29.在机箱面板上有自耦调压器调压旋钮、触发电压显示lcd屏、上调旋钮、下调按钮和启动按钮。转动自耦调压器调压旋钮对脉冲电容器两端电压粗调，摁动上调旋钮和下调旋钮对脉冲电容器两端电压细调，触发电压显示lcd屏显示单片机处接收到的脉冲电容器
两端电压幅值，按下启动按钮瞬间控制单片机使晶闸管导通，产生雷电流注入接地网。