CN101598757A - 一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路和方法。该试验回路包括：冲击电流发生装置，产生的操作冲击电流和/或雷电冲击电流，并提供高压输出端和低压输出端；调波电容，与可控避雷器试品并联地连接在该高压输出端和低压输出端之间；分压器，一端连接到冲击电流发生装置的高压输出端，另一端接地；罗哥夫斯基线圈，直接套在可控避雷器试品支路的导体上；波形记录仪，与分压器和罗哥夫斯基线圈的输出端相连，用于记录可控避雷器试品的电压、电流波形。本发明的可控避雷器残压试验回路和方法在不改变试验回路参数和操作或雷电冲击电流波形的情况下，利用调波电容延长了可控避雷器试品上残压的波头时间，使试验具有了更好的系统等效性。

Description

一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路和方法

技术领域

本发明涉及可控金属氧化物避雷器试验技术，尤其涉及一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路和方法。

背景技术

避雷器残压试验是避雷器型式试验中的一项重要内容，试验目的是为了获得各种规定的电流和波形下某种给定设计的最大残压。对于常规避雷器的操作冲击和雷电冲击残压试验，GB 11032-2000和IEC 60099-4：1991均有具体的试验标准。

对于操作冲击残压试验，在常规避雷器操作冲击残压试验的典型试验回路中，其操作冲击电流发生装置所产生的操作冲击电流波形的视在波前时间大于30μs但小于100μs，视在波尾半峰值时间约为视在波前时间2倍的放电电流峰值。此外，GB 11032-2000中规定的操作冲击残压试验方法：对3只试品的每1只试品施加1次操作电流冲击，残压可从被试的比例单元的残压乘以比例系数算出。将计算所得的残压最大值定为相应电流下避雷器的操作冲击残压。

对于雷电冲击残压试验，在常规避雷器雷电冲击残压试验的典型试验回路中，其雷电冲击电流发生装置所产生的雷电冲击电流波形为8/20μs。因设备调整的限制，视在波前时间的实测值为7～9μs，视在半峰值时间为18～22μs。此外，GB 11032-2000中规定的雷电冲击残压试验方法：对3只试品的每1只试品施加3次雷电电流冲击，残压可从被试的比例单元的残压乘以比例系数算出。已确定的残压最大值应画成残压与电流的曲线。在曲线上相应于标称放电电流读取的残压，定义为避雷器雷电冲击保护水平。

但上述针对常规避雷器的操作冲击残压和雷电冲击残压的试验标准并不完全适用于可控金属氧化物避雷器。如果直接给可控避雷器施加操作冲击电流或雷电冲击电流，产生的残压波形将为波前时间为ns级的陡波电压，而这种电压在实际系统中并不存在。实际上，即便是在最严重的雷电直接绕击到导线上的情况下，由于输电线路对地电容、变电站设备入口电容等的综合作用，在可控避雷器上产生的雷电侵入波过电压的波前时间也会为几个μs。所以，要使可控避雷器残压试验更具有系统等效性，必须对其试验回路和试验方法加以改进。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路，可以使试验具有了更好的系统等效性。

本发明提供一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路，包括：冲击电流发生装置，用于产生的操作冲击电流和/或雷电冲击电流，并提供高压输出端和低压输出端；可控金属氧化物避雷器试品连接在冲击电流发生装置的高压输出端和低压输出端之间；调波电容，与可控金属氧化物避雷器试品并联地连接在电流发生装置的高压输出端和低压输出端之间，用于延长所述可控避雷器试品上残压的波头时间；分压器，一端连接到所述冲击电流发生装置的高压输出端，另一端接地，用来测量可控避雷器试品上的电压；罗哥夫斯基线圈，直接套在可控避雷器试品支路的导体上，用来测量通过可控避雷器试品的电流；波形记录仪，与分压器和罗哥夫斯基线圈的输出端相连，用于记录所述可控避雷器试品的电压、电流波形。

根据本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验回路的一个实施例，冲击电流发生装置包括：在所述高压输出端和低压输出端之间依次串联的回路电感L、回路电阻R、点火球隙G、保护电阻r、二极管D、和充电变压器T，以及并联电容器总电容C。其中，L及R为包括电容器、回路连线、球隙及试品上火花在内的电感及电阻值，有时也包括为了调波而外加的电感和电阻值。C为冲击电流发生装置并联电容器。所述充电变压器T的初级线圈与电源S相连，所述二极管的阳极与所述充电变压器T的高压端相连，二极管阴极与所述保护电阻r一端连接，保护电阻r的另一端与所述点火球隙G的一端连接，点火球隙G的另一端与所述电阻R一端连接，电阻R的另一端与所述电感L一端相连，电感L另一端作为高压输出端，并联电容器总电容C的高压端与点火球隙G和保护电阻r的接点相连，低压端与充电变压器T的低压端和电源S的低压端相连并接地，作为低压输出端。冲击电流发生器是靠许多电容器并联放电来产生大电流的。工作时先由整流装置向电容器组充电到所电压，送一触发脉冲到球隙G，G击穿，于是电容器组经L、R及试品放电。

根据本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验回路的一个实施例，冲击电流发生装置对所述可控金属氧化物避雷器试品施加雷电电流冲击时，其幅值分别为标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍，波形为8/20μs；或者，所述冲击电流发生装置对所述可控金属氧化物避雷器试品施加操作电流冲击时，其幅值为GB 11032-200规定的操作冲击残压试验用电流值(偏差为±5％)，波形为30/60μs。冲击电流发生器靠改变回路参数来调节波形，靠升降充电电压来调节电流幅值。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种可控金属氧化物避雷器残压试验方法，可以使试验具有了更好的系统等效性。

本发明提供一种可控金属氧化物避雷器残压试验方法，包括：通过并联在可控金属氧化物避雷器试品两端的调波电容Cx来加长所述可控金属氧化物避雷器试品两端残压的波头时间。对所述可控金属氧化物避雷器试品施加多次电流幅值为预定值的电流冲击，对应获得所述可控金属氧化物避雷器试品的残压；根据所述可控金属氧化物避雷器试品的残压乘以比例系数获得整只可控金属氧化物避雷器的残压；所述比例系数等于整只可控金属氧化物避雷器的额定电压与所述可控金属氧化物避雷器试品的额定电压之比。

根据本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验方法的一个实施例，当进行操作冲击残压试验时，对所述可控金属氧化物避雷器试品施加多次电流幅值为GB 11032-200规定的操作冲击残压试验用电流值(偏差为±5％)的操作冲击电流，电流波形为30/60μs。当进行雷电冲击残压试验时，对所述可控金属氧化物避雷器试品施加3次电流幅值为标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍的雷电冲击电流，电流波形为8/20μs。

本发明提供的可控金属氧化物避雷器残压试验回路和方法，通过调波电容延长可控避雷器试品上残压的波头时间，使试验具有了更好的系统等效性。

附图说明：

图1示出本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验回路的一个实施例的电路图；

图2示出本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验回路的另一个实施例的电路图；

图3示出本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验方法的一个实施例的流程图；

图4示出可控避雷器试品两端残压U在调波电容Cx接入残压试验回路前后的波形曲线图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

在下文的描述中，可控金属氧化物避雷器可以简称为可控避雷器。

图1示出本发明的可控避雷器残压试验回路的一个实施例的电路图。如图1所示，该残压试验回路包括冲击电流发生装置11、调波电容12、可控避雷器试品13、分压器14、罗哥夫斯基线圈15和波形记录仪16。其中，冲击电流发生装置11用于产生的操作冲击电流和/或雷电冲击电流，并提供高压输出端1和低压输出端2。例如，冲击电流发生装置11用于产生30/60μs(其中，波头时间为30μs，波尾时间为60μs)操作冲击电流和/或8/20μs(其中波头时间为8μs，波尾时间为20μs)雷电冲击电流。调波电容12连接在高压输出端1和低压输出端2之间，主要用于延长可控避雷器试品上残压的波头时间，使试验具有了更好的系统等效性。例如，调波电容的电容值为7～700nF，额定电压为300kV。可控避雷器试品13与调波电容12并联地连接在冲击电流发生装置11的高压输出端1和低压输出端2之间。分压器14的一端连接到冲击电流发生装置11的高压输出端1，另一端接地，用来测量可控避雷器试品13上的电压。罗哥夫斯基线圈15直接套在可控避雷器试品13支路的导体上，与可控避雷器试品13的低压侧直接相连，用来测量通过可控避雷器试品13的电流。波形记录仪16与分压器14和罗哥夫斯基线圈15的输出端相连，用于记录可控避雷器试品13的电压、电流波形。

图2示出本发明的可控避雷器残压试验回路的另一个实施例的电路图。如图2所示，该残压试验回路依次包括冲击电流发生装置21、调波电容22、可控避雷器试品23、分压器24、罗哥夫斯基线圈25和波形记录装置26。其中，调波电容22、分压器24、罗哥夫斯基线圈25和波形记录装置26可以参见图1中调波电容12、分压器14、罗哥夫斯基线圈15和波形记录装置16的对应描述，为简洁起见，在此不再详细描述。冲击电流发生装置21包括在高压输出端1和低压输出端2之间依次串联的回路电感211、回路电阻212、点火球隙213、保护电阻214、二极管215、和充电变压器216，冲击电流发生装置21还包括并联电容器总电容217。其中充电变压器216的初级线圈与电源S相连，二极管215的阳极与充电变压器216的高压端相连，二极管215的阴极与保护电阻214的一端连接，保护电阻214的另一端与点火球隙213的一端连接，点火球隙213的另一端与回路电阻212一端连接，电阻212的另一端与回路电感211一端相连，电感211另一端作为高压输出端，并联电容器总电容217的高压端与点火球隙213和保护电阻214的接点相连，低压端与充电变压器216的低压端和电源S的低压端相连并接地，作为低压输出端。

根据本发明的可控金属氧化物避雷器残压试验的一个实施例，当进行操作冲击残压试验时，对可控金属氧化物避雷器试品电压的测量采用电容分压器。电容分压器高压臂电容为C1，低压臂电容为C2，则分压比为(C1+C2)/C1。电容分压器中的串联电感和电阻都很小，测量结果仅存在幅值误差而无波形误差，而幅值误差只要用一个标准分压器校订以后是完全可以消除的。且电容分压器不消耗能量，没有发热的麻烦，还可供调节波形。对可控金属氧化物避雷器试品电流的测量采用罗哥夫斯基线圈，它是利用被测电流产生的磁场在线圈内感应的电压来测量电流的。设被测电流为I(t)，则该电流所产生的感应电压U(t)＝M＊I(t)/RC，其中M为测量线圈与主放电回路间的互感系数，RC为积分回路参数。示波器上所测得的电压U(t)和被测电流I(t)成正比。采用罗哥夫斯基线圈测量电流时，被测电流本身不流经线圈，整个测量线路和放电回路是绝缘的，此点有利于减小干扰。

图1和图2示出的可控避雷器残压试验回路，可应用于操作或雷电冲击残压试验。通过将调波电容Cx并联在可控金属氧化物避雷器试品两端，调整可控金属氧化物避雷器试品两端的残压波形，但对操作或雷电冲击电流的波形基本没有影响。

图3示出本发明可控避雷器残压试验方法的一个实施例的流程图。

如图3所示，在步骤302，通过并联在可控避雷器试品两端的调波电容来加长可控避雷器试品两端残压的波头时间。

在步骤304，对可控避雷器试品施加多次电流幅值为预定值的电流冲击，对应获得可控避雷器试品的残压。通过多次试验，可以获得相应的残压均值和峰值。

在步骤306，根据可控避雷器试品的残压乘以比例系数获得整只可控避雷器的残压，该比例系数等于整只可控避雷器的额定电压与可控避雷器试品的额定电压之比。

当调波电容Cx的电容值为7～700nF时，可将可控金属氧化物避雷器残压的波头时间从ns级调整到几或几十μs。

根据本发明的可控避雷器残压试验方法的一个实施例，当进行操作冲击残压试验时，对可控避雷器试品施加大于等于3次操作电流冲击，其幅值等于下表1中GB 11032-200规定的操作冲击残压试验用电流值的幅值(偏差±5％)，操作冲击电流波形为30/60μs(可以允许一定范围的浮动，例如，±5％～10％)。整只可控避雷器残压可从试品的残压乘以比例系数算出，比例系数等于整只避雷器的额定电压与试品的额定电压之比。将上述计算所得的残压最大值定为相应电流下可控避雷器的操作冲击残压。表1示出避雷器操作冲击残压试验用电流值：

表1

根据本发明的可控避雷器残压试验方法的一个实施例，当进行雷电冲击残压试验时，对可控避雷器试品施加至少3次雷电电流冲击，其幅值分别约为避雷器标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍，电流波形为8/20μs，残压可从被试的比例单元的残压乘以比例系数算出。比例系数等于整只避雷器的额定电压与试品的额定电压之比。已确定的残压最大值应画成残压与电流的曲线。在曲线上相应于标称放电电流读取的残压，定义为可控避雷器雷电冲击保护水平。

图4示出可控避雷器试品两端残压U的波形曲线图，其中图4(a)示出在调波电容Cx接入残压试验回路前时试品两端残压，图4(b)示出在调波电容Cx接入残压试验回路后时试品两端残压。由图4(a)可以看出，在调波电容Cx接入残压试验回路前，可控避雷器残压的波头时间很短，为ns级，此时可控避雷器的晶闸管开关来不及在波头时间内开通，可控避雷器的残压高。由图4(b)可以看出，在调波电容Cx接入残压试验回路后，在同样操作或雷电冲击电流下，调波电容Cx可以将可控避雷器试品两端残压的波头时间延长至几或几十μs，使可控避雷器晶闸管开关在波头时间内开通，从而降低可控避雷器的残压。而且，对于同一冲击电流发生回路，调波电容Cx越大，试品残压的波头时间越长，可控避雷器晶闸管开关的动作电压越接近于设定阈值，可控避雷器的限压效果越好，残压越低。以中国电力科学研究院特高压试验基地避雷器实验室中的冲击电流发生装置为例，试品残压的波头时间随调波电容Cx的对应关系如下表2所示：

调波电容C/nF	7	50	250	700
					操作冲击残压U波头时间/μs	2.6	7.0	18.0	30.0
雷电冲击残压U波头时间/μs	1.2	3.4	8.0	17.0

表2

本发明的可控避雷器残压试验回路可以在不改变冲击电流发生装置参数和操作或雷电冲击电流波形的情况下，利用调波电容延长了可控避雷器试品上残压的波头时间，使试验具有了更好的系统等效性。本发明的可控避雷器残压试验方法弥补了原常规避雷器试验方法不完全适合可控避雷器的不足，为可控避雷器残压试验提供了依据，对可控避雷器试验标准的建立进行了有益探索。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种可控金属氧化物避雷器残压试验回路，其特征在于，包括：冲击电流发生装置，用于产生的操作冲击电流和/或雷电冲击电流，并提供高压输出端和低压输出端；可控金属氧化物避雷器试品连接在所述高压输出端和低压输出端之间；

调波电容，与所述可控金属氧化物避雷器试品并联地连接在所述冲击电流发生装置的高压输出端和低压输出端之间，用于延长所述可控避雷器试品上残压的波头时间；

分压器，所述分压器的一端连接到所述冲击电流发生装置的高压输出端，另一端接地，用来测量所述可控避雷器试品上的电压；

罗哥夫斯基线圈，直接套在可控避雷器试品13支路的导体上，用来测量通过所述可控避雷器试品的电流；

波形记录仪，与所述分压器和所述罗哥夫斯基线圈的输出端相连，用于记录所述可控避雷器试品的电压、电流波形。

2.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器残压试验回路，其特征在于，

所述冲击电流发生装置包括：在所述高压输出端和低压输出端之间依次串联的回路电感L、回路电阻R、点火球隙G、保护电阻r、二极管D、和充电变压器T，以及并联电容器总电容C；

其中，所述并联电容器总电容C的高压端与所述点火间隙G和所述保护电阻r的接点相连，所述并联电容器总电容C的低压端与所述充电变压器T的低压端和所述电源S的低压端相连并接地，作为低压输出端。

3.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器残压试验回路，其特征在于，所述调波电容的电容值为7～700nF，额定电压为300kV。

4.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器残压试验回路，其特征在于，所述冲击电流发生装置对所述可控金属氧化物避雷器试品施加雷电电流冲击时，其幅值分别为标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍，波形为8/20μs；

或者，

所述冲击电流发生装置对所述可控金属氧化物避雷器试品施加操作电流冲击时，其幅值为操作冲击残压试验用电流值，波形为30/60μs。

5.根据权利要求1所述的可控金属氧化物避雷器残压试验回路，其特征在于，对所述可控金属氧化物避雷器试品的电压测量采用电容分压器；对所述可控金属氧化物避雷器试品的电流测量采用罗哥夫斯基线圈。

6.一种可控金属氧化物避雷器残压试验方法，其特征在于，包括：

通过并联在可控金属氧化物避雷器试品两端的调波电容来加长所述可控金属氧化物避雷器试品两端残压的波头时间；

对所述可控金属氧化物避雷器试品施加多次电流幅值为预定值的电流冲击，对应获得所述可控金属氧化物避雷器试品的残压；

根据所述可控金属氧化物避雷器试品的残压乘以比例系数获得整只可控金属氧化物避雷器的残压；所述比例系数等于整只可控金属氧化物避雷器的额定电压与所述可控金属氧化物避雷器试品的额定电压之比。

7.根据权利要求6所述的可控金属氧化物避雷器残压试验方法，其特征在于，所述调波电容的电容值为7～700nF，额定电压为300kV。

8.根据权利要求6所述的可控金属氧化物避雷器残压试验方法，其特征在于，当进行操作冲击残压试验时，对所述可控金属氧化物避雷器试品施加多次电流幅值为操作冲击残压试验用电流值的操作冲击电流，电流波形为30/60μs。

9.根据权利要求6所述的可控金属氧化物避雷器残压试验方法，其特征在于，当进行雷电冲击残压试验时，对所述可控金属氧化物避雷器试品施加3次电流幅值为标称放电电流的0.5倍、1倍和2倍的电流冲击，电流波形为8/20μs。

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