基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置的制作方法

1.本发明涉及高电压电工电器技术和gis/gil内缺陷检测技术领域，具体涉及一种基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置。


背景技术：

2.气体绝缘封闭组合电器(gis)利用内部充有的具有一定压强的sf6气体作为绝缘气体。具有良好的绝缘性能，被广泛地运用于高电压等级的电力系统中。
3.gis中不可避免地会存在稳态叠加暂态电压的叠加电压工况，比如gis隔离开关操作产生的特快速瞬态过电压或线路侵入雷电过电压，会与工频电压叠加，降低设备绝缘强度。实际应用表明，通过冲击耐压试验和工频耐压试验的设备在叠加电压作用下会降低绝缘特性，产生绝缘事故。因此，研究交流叠加冲击电压下gis绝缘特性对绝缘试验效果和绝缘优化设计具有重要工程意义。
4.此外，鉴于工频叠加冲击试验对gis绝缘缺陷具有高效激励的特点，采用工频叠加冲击亦是一种潜在的检测方法。一方面，通过工频试验电压首先激励绝缘缺陷发生一定的预放电，然后通过叠加冲击电压实现缺陷放电和检测，另一方面，避免了对gis设备施加直流电压，大幅减弱了电荷积聚的问题。
5.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种交流叠加冲击电压发生装置，能够对试品施加工频叠加冲击高压，且冲击电压的极性、波形与叠加相位高精度可调；工频电压与冲击电压不会侵入其他电压源造成损坏。
7.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
8.本发明提供了基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置，包括：工频高压发生回路、冲击电压发生回路和相位控制系统；所述工频高压发生回路，用于产生符合试验要求的工频高压，输出至试品的工频高压端；所述冲击电压发生回路，用于产生符合试验波波形、幅值与极性的冲击电压，输出至试品的工频高压端；所述工频高压发生回路与所述冲击电压发生回路之间通过保护球隙连接；所述相位控制系统的输入端连接至工频高压发生回路，用于获得交流侧工频分压信号，输出端连接保护球隙和冲击电压发生回路的点火球隙；所述相位控制系统，用于将工频分压信号转换为相位可调的倍频方波信号，输出冲击脉冲信号以使得保护球隙和点火球隙同步导通。
9.进一步地，所述工频高压发生回路，包括交流侧工频源、工频试验变压器、工频信
号采集分压器；所述交流侧工频源连接工频试验变压器的低压侧，所述工频试验变压器的高压侧输出工频高压至试品的工频高压端，所述工频信号采集分压器连接工频试验变压器的高压侧；所述工频信号采集分压器输出交流侧工频分压信号至相位控制系统的输入端。
10.进一步地，工频试验变压器与试品的工频高压端之间连接保护电阻。
11.进一步地，工频试验变压器的高压侧还连接电压信号采集分压器，所述电压信号采集分压器输出电压连接至衰减器，所述衰减器的输出端连接至示波器，用于测量电压参数。
12.所述试品的接地端引线穿过高频电流互感器，所述高频电流互感器的输出端连接至示波器。
13.进一步地，所述相位控制系统包括信号控制电路和能量触发电路，所述信号控制电路包括单相可控硅触发器；单相可控硅触发器的交流电压输入端口连接工频信号采集分压器输出交流侧工频分压信号；单相可控硅触发器用于将交流的正弦电压信号转换为与其同步的倍频方波信号，进一步地，所述能量触发电路包括交流源、调压器、整流硅堆、整流保护电阻、晶闸管、充电电容和变压器；交流源连接调压器的原边，调压器的副边连接整流硅堆的阳极；整流硅堆的阴极连接整流保护电阻的一端，整流保护电阻的另一端连接晶闸管的阳极和充电电容的一端，充电电容与变压器低压侧串联，晶闸管的阴极与变压器低压侧绕组接地端相连，将交流电压转变为直流电压；晶闸管的门极连接单相可控硅触发器输出的倍频方波信号；变压器高压侧输出冲击脉冲信号。
14.再进一步地，所述能量触发电路还包括续流二极管，所述续流二极管与晶闸管和充电电容并联。
15.再进一步地，所述冲击电压发生回路包括波头电阻、点火球隙、充电电阻、高压硅堆、波尾电阻、充电电容、倍压电容、冲击侧保护电阻、冲击侧变压器和冲击侧工频源；冲击侧工频源通过冲击侧变压器获得冲击侧交流电压，所述高压硅堆和串联的倍压电容、冲击侧保护电阻用于对冲击侧交流电压进行整流，整流后连接充电电容和充电电阻进行充电；充电电阻的一端连接点火球隙的一端；点火球隙的另一端通过波头电阻连接保护球隙的一端和波尾电阻的一端，波尾电阻的另一端接地；点火球隙的控制端与相位控制系统连接。
16.本发明所取得的有益技术效果：在上述技术方案中，本发明所提供的一种基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置，具有以下技术优势：1）工频高压发生回路与冲击电压发生回路隔离，防止电压源受到其余电压源产生的过电压的干扰。
17.2）生成的交流叠加冲击电压相位、极性均可调整，可有效控制变量，模拟gis中交流叠加冲击电压的多种情况。
18.3）局放测量处独立接地，可有效避免电压源产生的电晕的干扰。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是实施例提供的基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置结构示意图；图2是实施例提供的叠加冲击电压发生装置中相位控制系统结构示意图；图3是实施例提供的叠加冲击电压发生装置中相位控制系统中信息号处理流程示意图；图中附图标记：1-工频高压发生回路；2-冲击电压发生回路；3-相位控制系统；4-试品；5-交流侧工频源； 6-工频试验变压器；7-工频信号采集分压器；8-电压信号采集分压器；9-保护电阻； 10-保护球隙；11-波头电阻；12-点火球隙；13-充电电阻；14-高压硅堆；15-波尾电阻；16-冲击侧充电电容；17-倍压电容；18-冲击侧保护电阻；19-冲击侧变压器；20-冲击侧工频源；21-高频电流互感器；22-测试端示波器；23-衰减器；301-信号控制电路；302-能量触发电路；303-冲击电压源；304-调节电位器；305-单相可控硅触发器；306-方波信号测试端示波器；307-交流源；308-调压器；309-整流硅堆；310-整流保护电阻；311-晶闸管；312-续流二极管；313-充电电容；314-变压器；315-限流电阻。
具体实施方式
21.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
25.实施例1：如图1所示，基于相位同步的交流叠加冲击电压发生装置，包括：工频高压发生回路1、冲击电压发生回路2和相位控制系统3；工频高压发生回路1，用于产生符合试验要求的工频高压，输出至试品4的工频高压端；冲击电压发生回路2，用于产生符合试验波波形、幅值与极性的冲击电压，输出至试品4的工频高压端；工频高压发生回路1与冲击电压发生回路2之间通过保护球隙10连接；相位控制系统3的输入端连接至工频高压发生回路1，用于获得交流侧工频分压信号，输出端连接保护球隙10和冲击电压发生回路2的点火球隙12；
相位控制系统3，用于将工频分压信号转换为相位可调的倍频方波信号，输出冲击脉冲信号以使得保护球隙10和点火球隙12同步导通，在试件4上产生叠加电压。
26.工频高压发生回路1，包括交流侧工频源5、工频试验变压器6、工频信号采集分压器7；交流侧工频源5连接工频试验变压器的低压侧，工频试验变压器6的高压侧输出工频高压至试品4的高压端，工频信号采集分压器7连接工频试验变压器6的工频高压侧；工频信号采集分压器7输出交流侧工频分压信号至相位控制系统3的输入端。
27.交流侧工频源5，其固定于操作台侧用于调整输出工频电压幅值。
28.工频试验变压器6，其高压侧连接工频信号采集分压器7，低压侧连接交流侧工频源5，产生工频高压。
29.工频信号采集分压器7，其连接工频试验变压器6与相位控制系统3，将电压信号衰减后传递给弱电侧设备。
30.保护电阻9，其连接于工频试验变压器6与试品4的工频高压端之间，用于隔离冲击电压，防止冲击电压入侵工频源造成损坏。
31.具体实施例中工频高压发生回路1可产生的最大交流电压有效值为200kv。
32.冲击电压发生回路2，其用于产生特定波形、幅值与极性的冲击电压，包括波头电阻11、点火球隙12、充电电阻13、高压硅堆14、波尾电阻15、冲击侧充电电容16、倍压电容17、冲击侧保护电阻18、冲击侧变压器19和冲击侧工频源20。
33.冲击侧工频源20通过冲击侧变压器19获得冲击侧交流电压，所述高压硅堆14和串联的倍压电容17、冲击侧保护电阻18，用于对冲击侧交流电压进行整流，整流后连接冲击侧充电电容16和充电电阻13进行充电；充电电阻13的一端连接点火球隙12的一端；点火球隙12的另一端通过波头电阻11连接保护球隙10的一端和波尾电阻15的一端，波尾电阻15的另一端、冲击侧充电电容16的另一端、高压硅堆14的一端以及冲击侧变压器19的输出冲击侧交流电压的绕组接地端相连；点火球隙12的另一端与相位控制系统3连接；控制端与相位控制系统3在设定好的相位处施加高压，导通点火球隙12。
34.波头电阻11与波尾电阻15位于电压输出位置，通过调整波头电阻11与波尾电阻15的阻值，可控制输出冲击电压的波前时间、半峰值时间等参数，进而控制波形。
35.其中冲击侧充电电容16为多个通过充电电容并联的电容等效而成，在充电时各电容并联充电，放电时通过点火球隙12串联放电，实现冲击高压。
36.冲击侧变压器19与高压硅堆14、倍压电容17联合实现倍压整流电源，可以在类似结构中产生更高的冲击电压。
37.保护球隙10，其用于隔离工频高压发生回路1与冲击电压发生回路2，其接受相位控制系统3输出的点火脉冲。当无点火脉冲输出时，保护球隙10将工频高压发生回路1与冲击电压发生回路2隔离，防止彼此之间的侵入；当有点火脉冲输出时，保护球隙与点火球隙同步导通，实现交流电压与冲击电压的叠加。
38.在其他实施例中，工频试验变压器6的高压侧还连接电压信号采集分压器8，电压信号采集分压器8输出电压连接至衰减器23，衰减器23连接到测试端示波器22，防止工频高压损坏示波器。测试端示波器22用于测量电压参数。高频电流互感器，其用于采集独立接地的试品的局放信号，并将其输入至测试端示波器22中。
39.测试端示波器22所采集的信息包括电压波形、幅值，局放幅值及放电重复率等。
40.相位控制系统3，用于控制冲击电压叠加相位。相位控制系统3包括信号控制电路301和能量触发电路302。信号控制电路301将衰减后工频信号转换为倍频方波信号，其相位分布可通过电位器调节，调节范围为0-360
°
。能量触发电路包括开关、晶闸管、充电电容、变压器、保护硅堆及保护电阻。晶闸管根据信号控制部分输出的倍频方波信号导通，电容释放能量经变压器传导至10-保护球隙与12-点火球隙使其同步导通。
41.如图2、图3所示，相位控制系统3包括信号控制电路301和能量触发电路302，信号控制电路301包括单相可控硅触发器305；单相可控硅触发器305的交流电压输入端口连接工频信号采集分压器7输出交流侧工频分压信号；单相可控硅触发器305用于将交流的正弦电压信号转换为与其同步的倍频方波信号。
42.调节电位器304与单相可控硅触发器305连接，用于平滑调节倍频方波在每一交流电压周期内的起始相位。方波信号测试端示波器306用于测试单相可控硅触发器输出的倍频方波信号，与调节电位器304相结合，实现相位可视化调节。
43.能量触发电路302包括交流源307、调压器308、整流硅堆309、整流保护电阻310、晶闸管311、充电电容313和变压器314；交流源307连接调压器308的原边，调压器308的副边连接整流硅堆309的阳极；整流硅堆309的阴极连接整流保护电阻310的一端，整流保护电阻310的另一端连接晶闸管311的阳极和充电电容313的一端，充电电容313与变压器314低压侧串联，晶闸管311的阴极与变压器314低压侧绕组接地端相连，将交流电压转变为直流电压；晶闸管311的门极连接单相可控硅触发器305输出的倍频方波信号；变压器314高压侧输出冲击脉冲信号至冲击电压源303。可选地，如图2中变压器314高压侧连接限流电阻315。
44.可选地还包括，续流二极管312与晶闸管311和充电电容313并联。
45.在一个实施例中，欲输出200kv正极性标准雷电冲击电压(1.2/50μs)叠加至有效值100kv的交流电压负峰值(相位270
°
)处，实现方法如下：在此实施例中，首先，更换波头电阻11与波尾电阻15，调节冲击电压波前时间与半峰值时间，使其符合iec中对于标准雷电冲击电压的规定。其次，调节保护球隙10的间距，使其稍大于100kv交流电压单独作用下的击穿距离。
46.调节交流侧工频源5，通过测试端示波器22记录交流电压有效值，当经过分压比换算后达到有效值100kv时，停止调节，保持电压不变。对试品预加一定时间交流电压。
47.调节相位控制系统3中的信号控制部分，该部分将工频分压分压器7衰减后的交流电压进行滤波，产生倍频方波，通过调节方波持续时长与相位，可调节输出控制信号的相位信息。在此实例中，将相位信息调整为270
°
，并对能量触发部分的充电电容进行充电。若需要输出相位控制信号时，在开关作用下，相位控制信号将作用于能量触发部分的晶闸管门极与阴极，控制其导通。
48.调节冲击电压发生回路2中的冲击侧工频源20，对冲击侧充电电容16充电，使其可输出200kv正极性雷电冲击电压。当充电完成后，按下相位控制系统3中的开关，相位控制信号将作用于能量触发部分的晶闸管门极与阴极，控制其导通，并使能量触发部分的充电电容放电，其能量经过变压器与电缆作用于保护球隙10与点火球隙12使其同步导通。作为结果，200kv的雷电冲击电压将叠加至100kv交流电压的负峰值处。
49.最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的
所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
50.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。