CN104714067B - 用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法,包括发电机和雷电流发生器主回路试验箱;整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端;储能电容C与直流分压器并联;放电开关S一端连接储能电容C的正极,另一端连接可调的调波电阻R2的一端,可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端,可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网;待测接地网的四周布置有接地测试回流极和参考电压极;接地测试回流极连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极。该装置能够真实的模拟电感效应和土壤火花放电效应,真实的测试出冲击接地电阻。

Description

用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法
【技术领域】
本发明属于电力系统接地技术领域,特别涉及一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法。
【背景技术】
电力系统有工作、防雷、安全等多种形式的接地需要,它们是保证电力系统安全、稳定运行不可缺少的重要部分。随着西电东送和南北互供的全国联网战略的实现,我国电力工业将在未来15~20年内保持快速增长,需要建设大量的330kV、500kV、750kV和1000kV超(特)高压变电站和杆塔,同时为了确保电网运行过程中,工作人员和电气设备的安全,需要专门为这些变电站和杆塔建设大量的接地设施。接地装置冲击阻抗测试研究,正是为了更好地设计、建设、维护电力系统的接地设施,而展开的非常紧迫,且具有十分重要意义的工作。
摸清接地装置冲击阻抗特性,是为了更好地设计接地装置。电力系统的运行经验表明,大多数输电线路事故都是由于雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。例如,根据电网故障分类统计表明,在我国跳闸率比较高的地区,高压线路运行的总跳闸次数中,由雷击引起的次数约占40~70%,这将给社会带来巨大的经济损失。国内外的运行经验和理论分析表明,有效降低杆塔接地电阻是改善输电线路直击雷保护效果的最为有效的措施。在线路杆塔的防雷性能设计中,其接地装置的暂态接地阻抗取值,直接影响到线路的防雷效果。在国内外的输电线路防雷分析计算中,输电线路杆塔接地装置暂态接地阻抗通常只采用特定值的集中参数电阻来模拟,例如,目前得到广泛应用的CDEGS等接地分析软件仍无法考虑在雷击过程中土壤电离所引起的非线性特性。而事实上,在冲击电流作用下,接地装置的暂态接地阻抗是随时间动态变化的,并呈现复杂的非线性特性。
输电线路走廊不可避免地会经过高土壤电阻率山区。由于在传统的降阻思路中将接地装置等效为集中参数电阻来处理,因而只能从静态的角度提出改善接地装置散流性能的措施。而这些传统措施在土壤电阻率很高时,其降阻效率有限,对线路防雷性能的改善不明显。如果能准确地测试,并计算接地装置冲击动态过程,就可以针对造成雷击闪络最严重的冲击电流波头时段,从改善冲击电流波头时段地中电场分布的角度来提高接地装置的冲击散流效率,降低冲击电流波头时段的暂态接地阻抗。
此外,冲击电流经过接地装置向土壤散流的过程中,随着土壤中电场强度的增加土壤电阻率会有所下降,呈现出非线性电学现象。同时,当接地极周围土壤的电场强度超过土壤的击穿场强时,接地极周围土壤中会产生强烈的火花放电,在接地极附近形成了一个不规则的放电区域。因此,输电线路接地装置暂态接地阻抗的计算就必须能准确地反映该动态物理过程。通过大量的接地装置冲击散流模拟测试试验得到火花放电区域与接地装置结构的关系,并通过土壤非线性特性的试验得到接地装置冲击阻抗特性,最终就能得到符合实际物理过程的计算结果。
如果能够简便的进行接地装置的冲击阻抗特性测试,并正确建立输电线路接地装置在冲击电流作用下的动态特性计算模型,不仅为计算存在电离现象和介质非线性特性的动态电场问题提供了理论分析方法,还为准确预测输电线路的防雷效果、计算雷电过电压提供了有力支撑。接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置具有重要的理论意义和工程应用价值,能够为电力部门迫切需要解决的实际难题提供了新的解决思路。
接地装置的冲击特性对防雷设计具有重要意义,从上世纪早期开始,国内外众多学者就对其进行了大量的研究,也有一些显著的成果,总的说来,这些研究可以大致分为试验研究和理论仿真研究两大类。
(1)试验研究
根据试验条件的不同,接地装置冲击特性的试验研究可以分为现场真型试验和实验室模拟实验两大类。
现场真型试验就是用冲击电流发生器模拟雷电流的输入,对真实的接地体进行冲击试验,测量其冲击特性。在实际中,雷击杆塔时的电流是非常大的,现场真型试验要想获得大电流,就需要大容量的冲击电流发生器,而要想提高冲击电流发生器的容量,那在现有的技术条件下,不可避免的就要增大发生器的体积,又因为现场真型试验的土壤条件不是人为可以控制的,要想获得不同土壤条件下的数据,就必须经常移动笨重的冲击电流发生器。而随着发生器容量的提高,试验的危险性也会进一步的增大。这样一来,不仅仅是运输笨重的冲击电流发生器非常耗费人力物力,而且大容量冲击电流发生器做试验时带来的安全问题也更加复杂。由于现阶段现场真型试验有较大的局限性,一直以来相关的数据都比较少,只是用于验证理论推导的结果。
电场的模拟实验方法有两种,一种是几何模拟,一种是数学模拟。在接地装置的试验中广泛采用的是几何模拟法。几何模拟法是建立在相似原理基础上的一种物理模拟,它将接地装置的几何尺寸、埋设深度、注入接地装置的电流、土壤电阻率等按各自的比例尺缩小,在模拟池中进行实验。模拟实验最大的好处就是方便,只需要不大的投资,就可以将实验平台建立起来,并可以长期使用。另外在实验中想改变接地体的结构尺寸或土壤电阻率都比较容易,可以方便的模拟多种条件下的冲击试验。
然而模拟实验的局限性也比较明显。如果土壤模型和接地体的所有几何尺寸的比例尺为n,那么根据相似原理,所注入的冲击电流相比于真型试验电流应当缩小n倍那么波形的幅值应该缩小n倍,而且波头时间也要相应的缩小n倍。仅仅这样就会带来两个方面的问题,首先当电流幅值缩小以后,相应的会使得土壤中各点的电场强度降低很多,那么在真型试验条件下可能出现的土壤火花放电现象,在模拟实验的时候也许就不会出现;其次,想要将输入电流的波头时间缩小n倍,提高波形的陡度,实现起来难度也不小。除此以外,缩小土壤模型的尺寸并不能缩小土壤颗粒的尺寸,因而模拟实验也就不能模拟不同土壤颗粒条件下的散流状况,也就难以真实的反映接地装置在冲击电流下发生的土壤火花放电现象。模拟实验可以定性的反映接地装置冲击特性的某些规律,却很难从定量的角度准确反映接地装置的冲击特性。
(2)理论仿真研究
相比于接地装置冲击特性的试验研究,其理论研究的发展要迅速的多,尤其是随着计算机技术的发展,使得大型计算变得容易,进一步推动了理论计算的发展。目前,针对接地装置暂态特性的仿真主要有以下几种:传输线理论,电路理论,电磁场理论,有限元方法等。
1)传输线理论
Meliopoilos A.P,Moharam M.G,Mazzettie C.和Veca G.M.等人在上世纪八十年代的时候提出了用传输线的理论来模拟接地装置暂态特性的方案。传输线理论将水平接地体在冲击电流下的响应当作具有分布参数的传输线上的波过程来处理,是一种时域的方法。这种方法对于水平接地体是比较适用的,但是对于其他结构的接地装置就不适用了,比如垂直接地体或者是复杂结构的接地装置。
2)电路理论
基于电路理论的方法是将接地体模拟成由集中参数R-L-C-G组成的π型等值电路来计算其冲击响应,这是一种非常直接的方法。这种方法对计算资源的需求不是太高,计算结果也是可以接受的。
电路理论的缺陷在于,对于复杂接地体的情况处理起来比较麻烦,为了方便计算,通常要采取简化的计算公式,这样就影响了计算结果的精度。国内有些学者进行了这方面的研究,但很多都局限于水平的接地体,或是忽略了土壤发生火花放电时非线性特性的影响,或是采用了非常简化的模型。另外,有些学者结合电磁场理论利用电路仿真软件对接地体的冲击特性进行了研究,电路仿真软件的缺陷在于无法自动的完成参数的迭代计算,需要人为去计算每次迭代的参数,这样使用起来就很不方便,而且容易引入人为的误差。
3)电磁场理论
电磁场理论是以Maxwell方程组为出发点,考虑导体之间的电磁耦合,进而分析接地装置暂态特性。随着计算机技术的飞速发展,电磁场理论能更好的运用瞬时方法、数值积分、Sommerfeld积分以及FFT技术来对接地体的暂态特性进行分析计算。基于电磁场的数值计算方法有很多,比如有限元法、边界元法、有限差分法、矩量法等。Anton Habjanic和Mladen Trlep利用有限元法模拟计算了垂直接地体发生火发放电时地表的电位分布,并同不考虑火花放电的情况作了对比,解放军理工大学的周璧华教授通过时域有限差分法(FDTD)对接地体在冲击电流作用下的时域特性做了分析,华北电力大学的张波博士利用基于矩量法的电磁场计算方法分析了变电站接地网的频域特性,重庆大学在这方面也做了大量的研究。
有限元方法的优点在于能非常好的处理土壤分层的情况,但在土壤分界处电阻率明显变化会很容易引起病态矩阵,在数值求解的时候影响计算精度。而频域的方法则不容易处理土壤发生击穿时的非线性影响,影响了模型的实用性。另外,基于电磁场理论的方法对计算资源的要求较高,在计算简单接地体的时候比较有效,对于复杂的大型的接地装置,则需要耗费大量的计算时间。
根据雷电流本身的特性来进行防雷接地设计是降低雷击事故的基础。在现阶段国内外的研究工作中,很多学者往往是根据工频接地的经验来进行防雷的设计和计算,然而相比于工频电流,雷电流却有着其独特的性质,最主要的有以下两点:第一,雷电流的频率很高,这就使得在冲击电流下接地系统电感效应的影响相比于在工频下的影响要大得多,因此,冲击电流下接地系统的电感效应必须考虑,而在工频电流下,接地系统的电感效应常常被忽略。第二,雷电流的幅值相当高,当雷电流在地中散流时,其电流场的场强高到足以使接地极周围的土壤发生电离,产生火花放电效应,从而改变了附近土壤的电特性,如果不考虑,就会严重脱离实际,然而在工频下,则很难产生这么高的电场强度。在现阶段的仿真研究中,很多学者都忽略了这两个因素的影响,然而无论忽略掉哪一个因素,都会使仿真设计的结果与实际接地装置的冲击特性产生一定的偏差。此外,由于真型试验的难度大,成本高,使得很多理论仿真的结果都得不到有效的验证,其实用性也就大打折扣了。
目前,采用特定值的集中参数电阻来模拟接地装置进行输电线路防雷分析的方法,是造成防雷分析结果与实际运行统计数据相差较大的主要原因之一。综上所述,得到输电线路接地装置的耐受雷电冲击水平最直接,且最有效的方法就是进行现场测试,然而目前由于接地装置冲击特性测试设备体积庞大、操作复杂,难以运输和现场装配,并且现场冲击测试属于高频、高压、大电流测试,危险性也较高,所以急需研制能够便携式进行接地装置冲击阻抗测试的雷电流产生装置,从而优化输电线路接地装置的设计、保证安全运行、减少线路维护成本具有十分重要的意义。
接地装置在冲击电流作用下,因电感效应和土壤火花放电效应,具有瞬变特征,各个时刻的有效电阻值表现不一致。冲击接地电阻与土壤电阻率、雷电流幅值、接地装置结构和几何尺寸等诸多因素有关,难以采用单一的通用表达式对其性能进行评估。而工频接地电阻便于计算和测量,在输电线路杆塔接地装置的设计和评估中,接地电阻的取值和测量均简单的采用工频接地电阻作为设计取值和评估标准。但是杆塔的冲击特性和工频特性具有明显的差异,接地装置在雷电流作用下呈现的冲击接地电阻与工频电流作用下呈现的接地电阻具有不同的值,在实际运行经验中也出现了工频接地电阻较小,但杆塔仍然遭受了反击的情况。现有技术采用特定值的集中参数电阻来模拟接地装置进行输电线路防雷分析,其无法真实的模拟因电感效应和土壤火花放电效应,误差极大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法,以解决上述技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,包括发电机和雷电流发生器主回路试验箱;雷电流发生器主回路试验箱的主回路,包括隔离变压器T1、升压变压器T2、整流硅堆D、充电电阻R1、直流分压器、储能电容C、放电开关S、可调的调波电阻R2、可调的调波电感L和脉冲分压器;隔离变压器T1的输入端连接发电机的输出端,隔离变压器T1的输出端连接升压变压器T2的输入端;整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端;储能电容C与直流分压器并联;放电开关S一端连接储能电容C的正极,另一端连接可调的调波电阻R2的一端,可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端,可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网;待测接地网的四周布置有接地测试回流极和参考电压极;接地测试回流极连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极;脉冲分压器CH2一端连接可调的调波电感L的另一端,另一端连接参考电压极。
优选的,接地测试回流极布置在离待测接地网最远端部2-3米距离的圆周上;在这个圆周上均匀布置8-10根接地测试回流极;接地测试回流极的直径为2-3cm,地下深度和接地网埋设深度相同,地上部分预留至少30cm;8-10根接地测试回流极用耐流至少2kA的扁铜线连接,扁铜线的一端连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极。
优选的,参考电压极布置在离接地网最远端部10-15米处;参考电压极的直径为2-3cm,地下深度和接地网埋设深度相同,地上部分预留至少30cm。
优选的,隔离变压器T1的功率为3kW;升压变压器T2的功率为3kW,输出电压为0~30kV,用于将主回路的电压升高至接地装置冲击试验所需要的电压值;充电电阻R1的阻值为1.1×106Ω,用于控制电源向储能电容C充电的时间和充电电流,使充电时间控制在10s,且使充电电流控制在4.99×10-3A;储能电容C,电容值为0.6μF;可调的调波电阻R2的阻值为13Ω,功率为300J;可调的调波电感L的电感值为100μH,功率为300J。
优选的,储能电容C由两个耐压为25kV,容量为0.3μF的电容并联组成。
优选的,放电开关S使用能够耐受30kV电压、开断时间在8μS以内的球隙开关。
优选的,所述用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置还包括试验控制箱;所述试验控制箱包括试验操控面板;试验操控面板上设有液晶触摸屏、预置电压表、充电电压表、急停按钮、充电电压旋钮和预置电压旋钮;充电电压表用于显示试验过程试验主回路中储能电容C上所充的电量的电压值;预置电压表用于显示设定的预置电压值;液晶触摸屏用于进行试验操作;充电电压旋钮用于手动调节储能电容C充电电压;预置电压旋钮用于手动调节预置电压;放电按钮和急停按钮用于手动控制主回路中放电开关S。
优选的,接地测试回流极连接储能电容C的回流线上设有罗氏线圈,罗氏线圈通过电流测试线连接电流示波器;脉冲分压器CH2通过电压测试线连接电压示波器;电流测试线和电压测试线通过多跟绝缘支杆支于地上,使这两根导线与地保持50cm的绝缘距离;绝缘支杆采用环氧树脂制成,长度为1m。
采用便携式雷电流产生装置进行接地装置冲击阻抗测试的方法,包括以下步骤:首先,将雷电冲击产生装置的高压输出端连接至待测接地网的电流注入点,冲击产生装置的低压输出端连接至接地测试回流极;然后设定预置充电电压、放电间隙和放电次数,接着接通电压给储能电容C充电,当充电电压大于预置充电电压,放电开关S合闸进行放电,放电结束,完成一次雷电冲击试验;放电次数减1,按照放电间隔所指定时间进行延时,重新充电和放电,直至试验结束。
优选的,通过脉冲分压器CH2采集冲击电压波形,通过罗氏线圈采集接地测试回流极的冲击电流波形;冲击接地电阻等于冲击电压的峰值除以冲击电流的峰值。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明克服了现有技术采用特定值的集中参数电阻来模拟接地装置进行输电线路防雷分析的缺点,提供一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及其方法,该装置能够真实的模拟电感效应和土壤火花放电效应,真实的测试出冲击接地电阻。该方法它可实现在25Ω回路阻抗情况下,产生30kV电压峰值、1kA电流峰值的8μs/20μs雷电流冲击波形,可实现携带方便、操作简单与测试安全、准确为一体的对接地装置的冲击阻抗进行现场测试,这可大大提高接地装置冲击阻抗测试的工作效率,尤其是对于偏远戈壁、山区的接地装置。
附图说明
图1为便携式雷电冲击发生器的主电路原理图;
图2为试验操控面板示意图;
图3为参数设置界面示意图;
图4为试验操作界面示意图;
图5为雷电冲击产生装置的试验流程图。
具体实施方式
请参阅图1所示,本发明一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,包括发电机、雷电流发生器主回路试验箱、试验控制箱、示波器、接地测试回流极、参考电压极和绝缘支杆。
1、发电机为整个雷电流发生装置提供电源,输出功率为5kW,输出电压为0~220V,该发电机底座使用30cm高的绝缘底座支撑,底座材质为环氧树脂。
2、请参阅图1所示,雷电流发生器主回路试验箱的主回路,包括隔离变压器T1、升压变压器T2、整流硅堆D、充电电阻R1、直流分压器、储能电容C、放电开关S、可调的调波电阻R2、可调的调波电感L和脉冲分压器。隔离变压器T1的输入端连接发电机的输出端,隔离变压器T1的输出端连接升压变压器T2的输入端;整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端;储能电容C与直流分压器并联;放电开关S一端连接储能电容C的正极,另一端连接可调的调波电阻R2的一端,可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端,可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网。
接地测试回流极布置在待测接地网四周:离接地网最远端部2-3米距离的圆周上。在这个圆周上均匀向地中打入8-10根接地测试回流极(钢杆),接地测试回流极的直径为2-3cm,向地中打入的深度和接地网埋设深度相同,接地测试回流极地上部分预留至少30cm,用耐流至少2kA的扁铜线将所有接地测试回流极连接,并将扁铜线的一端连接至雷电流发生器主回路的低压输出端(储能电容C的负极)。扁铜线上安装有罗氏线圈CH1。
在离接地网最远端部10-15米的位置,布置一根参考电压极,作为示波器采集电压的参考点。参考电压极的直径为2-3cm,向地中打入的深度和接地网埋设深度相同,参考电压极地上部分预留至少30cm。脉冲分压器CH2一端连接可调的调波电感L的另一端,另一端连接参考电压极。
(1)发电机的输出端外接于雷电流发生器主回路的电源输入,用于给雷主回路提供电源。
(2)隔离变压器T1,功率为3kW,用于将雷电流发生器主回路的电源与发电机供给本装置中其它设备的电源进行隔离。以及将各个示波器、控制箱等低压设备的电源进行隔开,以防止测试过程中由于地电位的抬升,造成仪器的损坏。
(3)升压变压器T2,功率为3kW,输出电压为0~30kV,用于将主回路的电压升高至接地装置冲击试验所需要的电压值。
(4)整流硅堆D,用于将输入的交流电源输入,整流为直流输入。
(5)充电电阻R1,阻值为1.1×106Ω,用于控制电源向储能电容C充电的时间和充电电流,使充电时间控制在10s,且使充电电流控制在4.99×10-3A,从而即保证了即不会由于充电太快损坏储能电容C,又保证了充电时间不会太慢。
(6)直流分压器用于在对储能电容C充电过程中能够实时监测储能电容C两端的电压值,并将该数值传输给试验控制箱,并显示在控制箱上的液晶显示屏,以便控制试验中施加在接地转装置上的电流脉冲幅值。
(7)储能电容C,电容值为0.6μF,主回路中使用两个型号为MMJ25-0.3的耐压为25kV,容量为0.3μF的电容并联组成。该电容用于储备能量,通过开关S的控制释放能量,从而使输出回路产生雷电冲击波性。
(8)放电开关S,使用能够耐受30kV电压的,开断时间在8μS以内的球隙开关,用于控制主回路储能电容C的放电,其通断由试验控制箱控制,从而完成主回路的放电功能。
(9)可调的调波电阻R2,阻值为13Ω,功率为300J,精度为5%,用于调整主回路输出的雷电流波形,使波形为标准的8μs/20μs雷电流冲击波形。
(10)可调的调波电感L,电感值为100μH,功率为300J,精度为5%,用于调整主回路输出的雷电流波形,使波形为标准的8μs/20μs雷电流冲击波形。
(11)接地网为雷电流发生器主回路外接的试品,即需要测试接地冲击阻抗的接地装置,需可靠连接于雷电流发生回路的高压输出端与低压输出端之间。
(12)脉冲分压器耐受电压为30kV,采集精度在1μS以内,实现对被测接地装置两端电压的提取,连接于电流注入点和参考地电位之间。
(13)罗氏线圈的刻度因数为100A/V,脉冲电阻分压器的刻度因数为500:1,响应时间小于50ns,实现对被测接地装置两端电流的提取,套在回流地线上。
3、试验控制箱包括试验操控面板、控制遥控单元、液晶触摸屏和PLC控制器,组成,用于实现对装置雷电流输出的控制。
(1)试验操控面板为试验控制箱的前面板,其布置如图2所示。试验操控面板上设有液晶触摸屏、预置电压表、充电电压表、电源插座、AC 0~220插座、控制功能插座、急停按钮和电压调节按钮。电压调节按钮包括充电电压旋钮和预置电压旋钮。
其中,控制遥控单元可以在触摸屏上,可以显示预置电压和充电电压。另外,在试验控制箱上通过数码管显示显示预置放电电压和充电电压,如图2右上角所示;控制箱右下角旋钮用于手动调节充电电压和预置电压;下排右数第二个按钮为急停按钮,用于试验中出现特殊情况,需要急速停止时使用;下排控制功能插座用于连接试验主回路,用于控制主回路的通断;AC 0~220插座用于给主回路试验箱的供电;左下角插座为试验控制箱自身的供电电源插座。
1)充电电压表:显示充电电压值,用于显示试验过程试验主回路中储能电容C上所充的电量的电压值。
2)预置电压表:显示设定的预置电压值,用于控制试验中所需要产生冲击电流波形的电压幅值。
3)触摸屏:进行试验操作并引导保证正确操作。
4)充电电压旋钮:连接T2,用于手动调节储能电容C充电电压。
5)预置电压旋钮:用于手动调节预置电压。
6)放电按钮:用于手动控制主回路中放电开关S,按下放电按钮后,主回路放电产生雷电流波。
7)急停按钮:用于手动控制主回路中放电开关S,按下该键后,试验装置立即切断高压,进行放电,然后停止试验。
(2)控制遥控单元用于配合触摸屏和PLC控制器联合完成高压通、预置电压、充电电压、放电及急停功能。
(3)液晶触摸屏用于触摸实现雷电流输出的控制操作,具有以下两个界面,图3为参数设置界面,图4为试验操作界面。
如图3参数设定界面所示,操作者可以设定实验的次数、放电间隙、两次放电之间的时间间隔,以及放电电流波形的极性,通过点击“确定”按钮确认设置完成。
图4中虚线以上为“试验操作界面”,虚线以下为“遥控锁定”按钮。“试验操作界面”中“高压通”实现对储能电容C的充电;“高压断”显示对储能电容C的充电完成;“高压升”和“高压降”实现对预置电压和充电电压的调节,以适应现场接地装置的试验需要。“放电”按钮用于控制雷电产生装置的雷电流输出。“遥控锁定”按钮实现使用遥控器控制雷电产生装置进行参数设置和放电功能的切换锁定按钮。“手动或自动”按钮用于选择试验操作是手动放电还是程序控制自动放电。
(4)PLC控制器用于对试验过程进行程序控制,如图5所示为雷电冲击产生装置的试验流程。试验开始首先将雷电冲击产生装置的高压输出端连接至接地网的电流注入点,冲击产生装置的低压输出端连接至接地测试回流极,接着在试验操作界面通过“自动或手动”按键来选择试验放电是自动还是手动操作。
如果是选择自动操作,则在参数设置界面和试验操控面板设定预放电电压、放电间隙和放电次数,接着按“高压通”接通电压,通过设定“高压输出”,将试验电压设定值试验所需的充电电压值。然后根据程序设置,冲击装置开始自动给储能电容充电,当充电电压大于预置充电电压,冲击装置触发放电,实验次数减1,如果试验次数不等于0,则按照“放电间隔”所指定时间进行延时,重新充电和放电,如果实验次数等于0,则试验结束。
如果是选择手动操作,则按“高压通”接通高压,通过设定“高压输出”,将试验电压设定值试验所需的充电电压值。然后按“高压断”,断开高压,按“放电”按钮,进行手动放电,放电结束,则一次雷电冲击试验完成。
示波器连接罗氏线圈和脉冲分压器用于显示试验波形,电压信号采集和电流采集分别使用两个不同的示波器,并且分别使用不通过的隔离变压器。
接地测试电流注入点的选择:对于杆塔的接地网,选择接地网的接地引下线作为注入点;对于杆塔类接地网以外的接地网(变电站接地网、电场接地网等),选择接地网的中兴作为注入点。
光缆用于连接雷电流发生器主回路试验箱与试验控制箱,用于放电控制信号的传输。
电流测试线连接罗氏线圈和示波器,用于传输采集的电流信号。
电压测试线连接脉冲分压器和示波器,用于传输采集的电流信号。
本发明采用多根绝缘支杆将电流测试线和电压测试线支于地上,使这两根导线与地保持50cm的绝缘距离。绝缘支杆采用环氧树脂制成,长度为1m。

Claims (7)

1.用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,其特征在于,包括发电机和雷电流发生器主回路试验箱;
雷电流发生器主回路试验箱的主回路,包括隔离变压器T1、升压变压器T2、整流硅堆D、充电电阻R1、直流分压器、储能电容C、放电开关S、可调的调波电阻R2、可调的调波电感L和脉冲分压器;隔离变压器T1的输入端连接发电机的输出端,隔离变压器T1的输出端连接升压变压器T2的输入端;整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端;储能电容C与直流分压器并联;放电开关S一端连接储能电容C的正极,另一端连接可调的调波电阻R2的一端,可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端,可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网;
待测接地网的四周布置有接地测试回流极和参考电压极;接地测试回流极连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极;脉冲分压器CH2一端连接可调的调波电感L的另一端,另一端连接参考电压极;
参考电压极布置在离接地网最远端部10-15米处;参考电压极的直径为2-3cm,地下深度和接地网埋设深度相同,地上部分预留至少30cm;
隔离变压器T1的功率为3kW;升压变压器T2的功率为3kW,输出电压为0~30kV,用于将主回路的电压升高至接地装置冲击试验所需要的电压值;充电电阻R1的阻值为1.1×106Ω,用于控制电源向储能电容C充电的时间和充电电流,使充电时间控制在10s,且使充电电流控制在4.99×10-3A;储能电容C,电容值为0.6μF;可调的调波电阻R2的阻值为13Ω,功率为300J;可调的调波电感L的电感值为100μH,功率为300J;
接地测试回流极连接储能电容C的回流线上设有罗氏线圈,罗氏线圈通过电流测试线连接电流示波器;脉冲分压器CH2通过电压测试线连接电压示波器;电流测试线和电压测试线通过多跟绝缘支杆支于地上,使这两根导线与地保持50cm的绝缘距离;绝缘支杆采用环氧树脂制成,长度为1m。
2.根据权利要求1所述的用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,其特征在于,接地测试回流极布置在离待测接地网最远端部2-3米距离的圆周上;在这个圆周上均匀布置8-10根接地测试回流极;接地测试回流极的直径为2-3cm,地下深度和接地网埋设深度相同,地上部分预留至少30cm;8-10根接地测试回流极用耐流至少2kA的扁铜线连接,扁铜线的一端连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极。
3.根据权利要求1所述的用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,其特征在于,储能电容C由两个耐压为25kV,容量为0.3μF的电容并联组成。
4.根据权利要求1所述的用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,其特征在于,放电开关S使用能够耐受30kV电压、开断时间在8μS以内的球隙开关。
5.根据权利要求1所述的用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置,其特征在于,所述用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置还包括试验控制箱;所述试验控制箱包括试验操控面板;试验操控面板上设有液晶触摸屏、预置电压表、充电电压表、急停按钮、充电电压旋钮和预置电压旋钮;充电电压表用于显示试验过程试验主回路中储能电容C上所充的电量的电压值;预置电压表用于显示设定的预置电压值;液晶触摸屏用于进行试验操作;充电电压旋钮用于手动调节储能电容C充电电压;预置电压旋钮用于手动调节预置电压;放电按钮和急停按钮用于手动控制主回路中放电开关S。
6.采用权利要求1至5中任一项所述的便携式雷电流产生装置进行接地装置冲击阻抗测试的方法,其特征在于,包括以下步骤:首先,将雷电冲击产生装置的高压输出端连接至待测接地网的电流注入点,冲击产生装置的低压输出端连接至接地测试回流极;然后设定预置充电电压、放电间隙和放电次数,接着接通电压给储能电容C充电,当充电电压大于预置充电电压,放电开关S合闸进行放电,放电结束,完成一次雷电冲击试验;放电次数减1,按照放电间隔所指定时间进行延时,重新充电和放电,直至试验结束。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,通过脉冲分压器CH2采集冲击电压波形,通过罗氏线圈采集接地测试回流极的冲击电流波形;冲击接地电阻等于冲击电压的峰值除以冲击电流的峰值。
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