CN104699150B - 封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，它的密封绝缘外壳上开设有充气孔，上部伞裙绝缘子顶端固连密封绝缘外壳的顶端，下部伞裙绝缘子底端固连密封绝缘外壳的底端，上部伞裙绝缘子与下部伞裙绝缘子之间固定连接有电阻间绝缘支撑架，分段无感波前电阻固定在电阻间绝缘支撑架的上部，半峰值电阻固定在电阻间绝缘支撑架下部；分段无感波前电阻的一端与半峰值电阻的一端由连接后引出，分段无感波前电阻上依次设有三个出线端，三个出线端分别通过导线连接档位开关内相对应的不同档位，档位开关的出线档由导线连接后引出，半峰值电阻的另一端连接密封绝缘外壳的接地点。本发明解决目前紧凑型冲击试验装置波形无法调节的问题。
Description
技术领域
本发明涉及及超、特高压输变电设备冲击试验领域，具体涉及一种封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置。
背景技术
雷电冲击电压试验是变电设备重要的绝缘试验项目，能够及时有效的发现设备绝缘问题，是预防电力设备发生重大事故的有效手段。目前，超、特高压气体绝缘开关设备(GasInsulatedSwitchgear—GIS)、工厂化检修的大型变压器等重要电力设备均需在现场开展雷电冲击试验，而传统冲击电压发生器均采用敞开式塔型结构，体积庞大，分体运输成本较高，如CDYH-4800冲击发生器总高度17.2m，占地面积6.07×6.6m，重约30t，且现场安装的工作量大，无法移动，导致大型电力设备的现场绝缘特性试验无法开展。紧凑型封闭式气体绝缘冲击电压发生装置采用高绝缘气体作为主绝缘介质，极大地降低了试验装置的体积和重量，有效解决了试验装置运输和现场安装等问题。
但是，由于封闭式紧凑型冲击电压发生器设计主要考虑超、特高压电压等级的电气设备，内部调波电阻固化，且该装置采用紧凑型封闭式结构，无法像传统冲击一样通过人工更换电阻的方式进行波形调节(封闭式紧凑型冲击电压发生器的空间较小，且为封闭式结构，人无法进入，电阻调整困难)，目前还没有针对上述新封闭式紧凑型冲击电压发生器设计合适的波形调节装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，该装置采用高绝缘性能气体作为主绝缘介质，降低了对内部波形调节电阻及其他元器件本身的沿面爬电距离的要求，缩短了各元器件间的绝缘距离；同时，试验装置采用分段无感式波前电阻和档位开关，实现电阻的有效调节，解决目前紧凑型冲击试验装置波形无法调节的问题。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：它包括密封绝缘外壳、安装在密封绝缘外壳上的档位开关、设置在密封绝缘外壳一端的冲击电压发生器对接口，设置在密封绝缘外壳另一端的被试电气设备对接口、设置在密封绝缘外壳内部的第一伞裙绝缘子、第二伞裙绝缘子、第三伞裙绝缘子、第四伞裙绝缘子、第五伞裙绝缘子、分段无感波前电阻和半峰值电阻，其中，所述密封绝缘外壳上开设有充气孔，所述第一伞裙绝缘子、第二伞裙绝缘子、第三伞裙绝缘子的顶端固定连接密封绝缘外壳的顶端，所述第四伞裙绝缘子和第五伞裙绝缘子的底端固定连接密封绝缘外壳的底端，所述第一伞裙绝缘子和第四伞裙绝缘子之间固定连接有第一电阻间绝缘支撑架，第二伞裙绝缘子和第五伞裙绝缘子之间固定连接有第二电阻间绝缘支撑架，所述分段无感波前电阻固定在第一电阻间绝缘支撑架和第二电阻间绝缘支撑架的上部，半峰值电阻固定在第一电阻间绝缘支撑架和第二电阻间绝缘支撑架的下部；
所述分段无感波前电阻的一端与半峰值电阻的一端由导线连接后通过冲击电压发生器对接口引出，分段无感波前电阻上依次设有第一出线端、第二出线端和第三出线端，所述第三出线端位于分段无感波前电阻的另一端，所述第一出线端、第二出线端和第三出线端分别通过导线连接档位开关内相对应的不同档位，所述档位开关的出线档由导线连接后通过被试电气设备对接口引出，所述半峰值电阻的另一端连接密封绝缘外壳的接地点。
本发明采用高绝缘性能气体(六氟化硫)作为主绝缘介质，降低了对内部波形调节电阻及其他元器件本身的沿面爬电距离的要求，缩短了各元器件间的绝缘距离(实现了小型化)；同时，试验装置采用分段无感式波前电阻和档位开关相配合，实现了电阻的有效调节，满足了新式紧凑型冲击试验装置波形调节的要求，保证了波形调节的效率。
本发明通过分段波前电阻和多档位开关扩大了紧凑型冲击电压发生器的适用范围，简化了冲击试验的波形调节过程，因此，可大幅度降低冲击试验的的工作量，为紧凑型封闭式冲击电压发生器的推广提供了有力保障；同时，本发明用绝缘性能良好的六氟化硫气体作为主绝缘介质，大幅度缩短各器件尺寸和器件间的绝缘距离，从而降低冲击发生装置的体积和重量(紧凑型冲击电压发生器以及它的波形调节装置相比传统的CDYH-4800型冲击发生器，其体积和重量都较小)，有利于试验装置的安装和吊运等，提高了现场试验的工作效率，降低了试验大厅对设备安装空间的要求。
附图说明
图1为紧凑型冲击电压发生器与本发明波形调节装置的对接示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的截面结构示意图；
图4为本发明中档位开关的截面示意图；
图5为本发明的电路连接原理图。
其中，1—紧凑型冲击电压发生器、2—封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置、3—密封绝缘外壳、4—档位开关、4.1—圆形开关绝缘支架、4.2—第一档位、4.3—第二档位、4.4—第三档位、4.5—出线档、4.6—开关转盘、4.7—绝缘旋转轴、4.8—导电拨片、5—冲击电压发生器对接口、6—被试电气设备对接口、7—第一伞裙绝缘子、8—第二伞裙绝缘子、9—第三伞裙绝缘子、10—第四伞裙绝缘子、11—第五伞裙绝缘子、12—分段无感波前电阻、13—半峰值电阻、14—第一电阻间绝缘支撑架、15—第二电阻间绝缘支撑架、16—第一出线端、17—第二出线端、18—第三出线端、19—充气孔、20—接地点、21—第一屏蔽环、22—第二屏蔽环、23—绝缘架、24—档位支撑绝缘子、25—弧形导电连接装置。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置2，如图1～5所示，它包括密封绝缘外壳3、安装在密封绝缘外壳3上的档位开关4、设置在密封绝缘外壳3一端的冲击电压发生器对接口5(用于连接紧凑型冲击电压发生器1)，设置在密封绝缘外壳3另一端的被试电气设备对接口6、设置在密封绝缘外壳3内部的第一伞裙绝缘子7、第二伞裙绝缘子8、第三伞裙绝缘子9、第四伞裙绝缘子10、第五伞裙绝缘子11、分段无感波前电阻12和半峰值电阻13(第一伞裙绝缘子7、第二伞裙绝缘子8和第三伞裙绝缘子9长度相等，第四伞裙绝缘子10、第五伞裙绝缘子11的长度相等，第一伞裙绝缘子7长度大于第四伞裙绝缘子10)，其中，所述密封绝缘外壳3上开设有充气孔19(用于出入六氟化硫气体)，所述第一伞裙绝缘子7、第二伞裙绝缘子8、第三伞裙绝缘子9的顶端固定连接密封绝缘外壳3的顶端，所述第四伞裙绝缘子10和第五伞裙绝缘子11的底端固定连接密封绝缘外壳3的底端，所述第一伞裙绝缘子7和第四伞裙绝缘子10之间固定连接有第一电阻间绝缘支撑架14，第二伞裙绝缘子8和第五伞裙绝缘子11之间固定连接有第二电阻间绝缘支撑架15，所述分段无感波前电阻12固定在第一电阻间绝缘支撑架14和第二电阻间绝缘支撑架15的上部，半峰值电阻13固定在第一电阻间绝缘支撑架14和第二电阻间绝缘支撑架15的下部；
所述分段无感波前电阻12的一端与半峰值电阻13的一端由导线连接后通过冲击电压发生器对接口5引出，分段无感波前电阻12上依次设有第一出线端16、第二出线端17和第三出线端18，所述第三出线端18位于分段无感波前电阻12的另一端，所述第一出线端16、第二出线端17和第三出线端18分别通过导线连接档位开关4内相对应的不同档位，所述档位开关4的出线档4.5由导线连接后通过被试电气设备对接口6引出，所述半峰值电阻13的另一端连接密封绝缘外壳3的接地点20。
上述技术方案中，所述分段无感波前电阻12的一端和半峰值电阻13的一端安装有第一屏蔽环21，所述分段无感波前电阻12的第一出线端16、第二出线端17和第三出线端18均安装有第二屏蔽环22。
上述技术方案中，所述分段无感波前电阻12的一端通过第一个绝缘架23固定连接第一屏蔽环21，半峰值电阻13的一端通过第二个绝缘架23固定连接第一屏蔽环21；所述第一出线端16、第二出线端17和第三出线端18均通过对应的绝缘架23固定连接第二屏蔽环22。所述分段无感波前电阻12和半峰值电阻13均为圆柱形结构，各引线端均采用了屏蔽处理。由于电阻端部的电气连接部分可能会存在尖角和毛刺，因此采用屏蔽环，使电场均匀分布。
上述技术方案中，所述半峰值电阻13由两段电阻(波前电阻12和半峰值电阻13，均与冲击电压发生器对接口5引入的高压线连接，因此在端部的电压相同。然而，半峰值电阻13的尾部直接接地，即尾部电压为0，而波前电阻12的尾部连接被试电气设备，尾部电压较高。因此，随着电阻从端部至尾部，波前电阻12和半峰值电阻13之间的电压差变大，为扩大两电阻间的绝缘距离，半峰值电阻13采用分段式结构)连接构成，两段电阻之间通过弧形导电连接装置25连接，第一段电阻与密封绝缘外壳3的顶面、低面和侧面之间均有间隙，第二段电阻连接密封绝缘外壳3底面的接地点20，且第二段电阻垂直于密封绝缘外壳3底面，上述第四伞裙绝缘子10和第五伞裙绝缘子11的长度小于第一伞裙绝缘子7的长度，半峰值电阻13上设置相对较小的第四伞裙绝缘子10和第五伞裙绝缘子11，主要是考虑应用于超、特高压电力设备的冲击发生器其冲击电压较大，半峰值电阻8的压降较大，采用小伞裙结构以增大爬电距离，当电压下降到一定水平时，分段无感波前电阻12和半峰值电阻13的相对电压增大，此时为确保两电阻间的绝缘距离，半峰值电阻13的后半部分采用竖向布置(便于安装，且该布置方案半峰值电阻13尾部与波前电阻12尾部之间的绝缘距离增加最快)。经计算可知对于不同容量的被试电气设备(变压器、电抗器、GIS、避雷器、套管等)，半峰值的变化很小，因此单一的半峰值电阻值即可满足试验需求；
上述技术方案中，所述档位开关4，如图4所示(图4中虚线为运动中的导电拨片4.8和绝缘旋转轴4.7)，包括圆形开关绝缘支架4.1，分别通过对应档位支撑绝缘子24布置在圆形开关绝缘支架4.1上的第一档位4.2、第二档位4.3、第三档位4.4和出线档4.5，位于密封绝缘外壳3外部的开关转盘4.6，一端与开关转盘4.6固定连接的绝缘旋转轴4.7，与绝缘旋转轴4.7另一端固定连接的导电拨片4.8，所述导电拨片4.8通过导线连接出线档4.5，导电拨片4.8能在绝缘旋转轴4.7的带动下分别与第一档位4.2、第二档位4.3和第三档位4.4接触，所述第一档位4.2通过导线连接第一出线端16，第二档位4.3通过导线连接第二出线端17，第三档位4.4通过导线连接第三出线端18。
上述技术方案中，所述分段无感波前电阻12的电阻值(其本身压降较小，可不考虑本身的沿面闪络)由如下公式确定：
Tf≈2.33(Rd+Rf)C1C2/(C1+C2)
其中Tf为波前时间，Rd为冲击发生器内部的总阻尼电阻，Rf为分段无感波前电阻阻值，C1为冲击电压发生器的电容器，C2为被试电气设备总电容。
上述技术方案中，所述半峰值电阻13的电阻值由如下公式确定：
Tt≈0.693(Rd+Rt)(C1+C2)
其中Tt为半峰值时间，Rt为半峰值电阻阻值，Rd为冲击发生器内部的总阻尼电阻，C1为冲击电压发生器的电容器，C2为被试电气设备总电容。
上述技术方案中，所述档位支撑绝缘子24相对圆形开关绝缘支架4.1为倾斜布置。上述档位开关4用于实现电阻调节，并起到电气连接作用，因此其连接头可能会承受冲击电压发生器的最高输出电压，为确保各档位支撑绝缘子24的沿面爬电距离满足绝缘要求，该档位支撑绝缘子24子采用倾斜布置，在电压等级较高的紧凑型冲击发生器中该处绝缘子可采用带伞裙结构。档位开关4的各档位与分段无感波前电阻12的出线端通过连接线进行电气连接，由于在不同档位时各连接线之间必然存在一定的电压差，该连接线的绝缘结构设计和连接线之间的绝缘距离可依据雷电冲击设计电压的经验公式Edt＝75(10p)0.75kV/cm确定，其中p为气压(Mpa)。从而得出气压为0.4MPa的六氟化硫气体在1cm的雷电冲击电压为212.1kV。
上述技术方案中，所述密封绝缘外壳3通过充气孔19充入的气体为六氟化硫气体，所述密封绝缘外壳3内六氟化硫气体的气压范围为0.3～0.5MPa(该气压为六氟化硫气体电气设备常用气压，设计经验非常成熟，且在此范围内六氟化硫气体的绝缘特性约为线性关系，随气压升高非线性特性增强。若气压降低，则六氟化硫气体绝缘强度较小，意义不大，若气压较高，对设备外壳强度的要求提高较多，但六氟化硫气体绝缘强度上升较小)。六氟化硫气体具有绝缘性能好、无毒、重量轻等优点。
上述技术方案中，所述分段无感波前电阻12和半峰值电阻13均为无感电阻。避免冲击电压发生器回路电感的增大。
上述技术方案是针对3000kV/300kJ紧凑型封闭式冲击电压发生器而设计的，可使冲击电压发生器的适用于容量为300pF～15000pF的电力设备，满足目前国内大多数高压电力设备的试验需求，当被试电气设备容量变化更大时可通过增加档位开关4档位和分段无感波前电阻12的出线端实现；
本发明的工作过程为：
步骤1：被试电气设备(如：GIS等)位于安装区，紧凑型封闭式冲击电压发生器和封闭式波形调节装置2布置在气垫车上，此时冲击发生器1和波形调节装置内部均充有要求压力的SF6气体。
步骤2：调整气垫车的位置，使波形调节装置2的对接接口6与被试电气设备的对接接口对应，拆除各接口的盖板后通过螺栓和密封圈完成对接接口6的安装；
步骤3：通过SF6充气回收装置(该充气回收装置可以为满足DL/T662-2009《六氟化硫充气及回收装置》标准的充气回收装置)向对接接口6充入SF6气体。
步骤4：根据被试电气设备的型号或被试电气设备的出厂试验记录单，初步确定雷电冲击试验所需的波前电阻值，调整波形调节装置2的档位开关4，使波前电阻12传入的电阻值在要求范围内。
步骤5：设置冲击电压发生器1的输出电压为50％的试验电压，并充电开始试验，试验时通过冲击电压发生器1、对接接口5中的导电杆、波前电阻12、档位开关4的连接部分、对接接口6将高电压引至被试电气设备；
步骤6：查看试验波形是否满足要求(1.2±30％μs、50±20％μs)，若不满足要求，则根据波形情况重新调整波前电阻12的电阻值，再次进行50％冲击电压试验；
步骤7：若波形满足要求，则设置冲击电压发生器的输出电压为100％试验电压，完成冲击电压试验。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：它包括密封绝缘外壳(3)、安装在密封绝缘外壳(3)上的档位开关(4)、设置在密封绝缘外壳(3)一端的冲击电压发生器对接口(5)，设置在密封绝缘外壳(3)另一端的被试电气设备对接口(6)、设置在密封绝缘外壳(3)内部的第一伞裙绝缘子(7)、第二伞裙绝缘子(8)、第三伞裙绝缘子(9)、第四伞裙绝缘子(10)、第五伞裙绝缘子(11)、分段无感波前电阻(12)和半峰值电阻(13)，其中，所述密封绝缘外壳(3)上开设有充气孔(19)，所述第一伞裙绝缘子(7)、第二伞裙绝缘子(8)、第三伞裙绝缘子(9)的顶端固定连接密封绝缘外壳(3)的顶端，所述第四伞裙绝缘子(10)和第五伞裙绝缘子(11)的底端固定连接密封绝缘外壳(3)的底端，所述第一伞裙绝缘子(7)和第四伞裙绝缘子(10)之间固定连接有第一电阻间绝缘支撑架(14)，第二伞裙绝缘子(8)和第五伞裙绝缘子(11)之间固定连接有第二电阻间绝缘支撑架(15)，所述分段无感波前电阻(12)固定在第一电阻间绝缘支撑架(14)和第二电阻间绝缘支撑架(15)的上部，半峰值电阻(13)固定在第一电阻间绝缘支撑架(14)和第二电阻间绝缘支撑架(15)的下部；
所述分段无感波前电阻(12)的一端与半峰值电阻(13)的一端由导线连接后通过冲击电压发生器对接口(5)引出，分段无感波前电阻(12)上依次设有第一出线端(16)、第二出线端(17)和第三出线端(18)，所述第三出线端(18)位于分段无感波前电阻(12)的另一端，所述第一出线端(16)、第二出线端(17)和第三出线端(18)分别通过导线连接档位开关(4)内相对应的不同档位，所述档位开关(4)的出线档(4.5)由导线连接后通过被试电气设备对接口(6)引出，所述半峰值电阻(13)的另一端连接密封绝缘外壳(3)的接地点(20)。
2.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述分段无感波前电阻(12)的一端和半峰值电阻(13)的一端安装有第一屏蔽环(21)，所述分段无感波前电阻(12)的第一出线端(16)、第二出线端(17)和第三出线端(18)均安装有第二屏蔽环(22)。
3.根据权利要求2所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述分段无感波前电阻(12)的一端通过第一个绝缘架(23)固定连接第一屏蔽环(21)，半峰值电阻(13)的一端通过第二个绝缘架(23)固定连接第一屏蔽环(21)；所述第一出线端(16)、第二出线端(17)和第三出线端(18)均通过对应的绝缘架(23)固定连接第二屏蔽环(22)。
4.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述半峰值电阻(13)由两段电阻连接构成，两段电阻之间通过弧形导电连接装置(25)连接，第一段电阻与密封绝缘外壳(3)的顶面、低面和侧面之间均有间隙，第二段电阻连接密封绝缘外壳(3)底面的接地点(20)，且第二段电阻垂直于密封绝缘外壳(3)底面。
5.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述档位开关(4)包括圆形开关绝缘支架(4.1)，分别通过对应档位支撑绝缘子(24)布置在圆形开关绝缘支架(4.1)上的第一档位(4.2)、第二档位(4.3)、第三档位(4.4)和出线档(4.5)，位于密封绝缘外壳(3)外部的开关转盘(4.6)，一端与开关转盘(4.6)固定连接的绝缘旋转轴(4.7)，与绝缘旋转轴(4.7)另一端固定连接的导电拨片(4.8)，所述导电拨片(4.8)通过导线连接出线档(4.5)，导电拨片(4.8)能在绝缘旋转轴(4.7)的带动下分别与第一档位(4.2)、第二档位(4.3)和第三档位(4.4)接触，所述第一档位(4.2)通过导线连接第一出线端(16)，第二档位(4.3)通过导线连接第二出线端(17)，第三档位(4.4)通过导线连接第三出线端(18)。
6.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述分段无感波前电阻(12)的电阻值由如下公式确定：
Tf≈2.33(Rd+Rf)C1C2/(C1+C2)
其中Tf为波前时间，Rd为冲击发生器内部的总阻尼电阻，Rf为分段无感波前电阻阻值，C1为冲击电压发生器的电容器，C2为被试电气设备总电容。
7.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述半峰值电阻(13)的电阻值由如下公式确定：
Tt≈0.693(Rd+Rt)(C1+C2)，
其中Tt为半峰值时间，Rt为半峰值电阻阻值，Rd为冲击发生器内部的总阻尼电阻，C1为冲击电压发生器的电容器，C2为被试电气设备总电容。
8.根据权利要求5所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述档位支撑绝缘子(24)相对圆形开关绝缘支架(4.1)为倾斜布置。
9.根据权利要求5所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述密封绝缘外壳(3)通过充气孔(19)充入的气体为六氟化硫气体，所述密封绝缘外壳(3)内六氟化硫气体的气压范围为0.3～0.5MPa。
10.根据权利要求1所述的封闭式紧凑型冲击电压发生器波形调节装置，其特征在于：所述分段无感波前电阻(12)和半峰值电阻(13)均为无感电阻。
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