CN105699814B - 一种多用途紧凑型冲击发生器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种多用途紧凑型冲击发生器，包括框架，框架内部设有三层固定板，三层固定板上依次设有冲击电流发生系统、控制系统和测试系统，还设有为各系统供电的电源系统。测试系统包括指令输入模块和测量模块，指令输入模块用于输入测试指令；控制系统控制冲击电流发生系统产生相应的冲击电压或冲击电流；冲击电流发生系统产生相应的冲击电压或冲击电流，并将其注入待测电力设备；测量模块接收响应电压和响应电流，并对其进行处理，得到测量结果。本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器结构紧凑、体积小，为户外测试提供便捷，且可输出冲击电压和多种波形的冲击电流，提高设备利用率，实现冲击电流发生器多功能化。

Description

一种多用途紧凑型冲击发生器

技术领域

本发明涉及电力装置技术领域，特别是涉及一种多用途紧凑型冲击发生器。

背景技术

随着电力行业的发展，越来越多的大型接地设备出现在人们的生活范围内，若大型接地装置处于运行时，流入高幅值冲击电流，将引起地电位升高，危及周边人员安全和损伤设备本身。因此，大型接地装置是否可维持安全运行至关重要，特别是在雷电多发季节。对此，对大型接地装置进行冲击阻抗测试，以检测其抗冲击能力。

大型接地装置的冲击阻抗特性具有非线性特征，在低幅值电压或电流条件下测得的冲击特性参数，无法通过模拟或比例法将其转化为高幅值电压或电流冲击条件下的冲击阻抗性能。目前，采用冲击电流发生器模拟自然界的雷电，产生高振幅的冲击电流，检测电力设备耐受冲击电流的稳定能力。

现有技术中，冲击电流发生器体积过于庞大，一般正常型号的车辆无法容纳，进行现场测试时，需要使用大容量的车辆进行运载，导致冲击电流发生器携带与移动的不便。同时，现有冲击电流发生器只能发生冲击电流波，若需要冲击电压波进行测试时，还需要借助冲击电压发生器，增加了检测设备的成本，也使测试过程繁琐、耗时。

因此，一种多用途、结构紧凑、便于携带的冲击电流发生器亟待出现。

发明内容

本发明实施例中提供了一种多用途紧凑型冲击发生器，以解决现有技术中冲击电流发生器体积过大、携带不便的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种多用途紧凑型冲击发生器，包括框架，所述框架内部设有三层固定板，三层所述固定板上依次设有冲击电流发生系统、控制系统和测试系统，所述测试系统包括指令输入模块和测量模块；

所述指令输入模块用于输入测试指令，并将所述测试指令发送至控制系统；

所述控制系统用于接收所述测试指令，并根据所述测试指令控制所述冲击电流发生系统产生相应的冲击电压或冲击电流；

所述冲击电流发生系统用于产生相应的所述冲击电压或冲击电流，并将其产生的冲击电压或冲击电流注入待测电力设备；

所述测量模块用于接收待测电力设备对所述冲击电压的响应电压和对所述冲击电流的响应电流，并对所述响应电压和响应电流进行处理，得到测量结果；

所示多用途紧凑型冲击发生器还设有电源系统，用于为冲击电流发生系统、控制系统和测试系统供电。

优选的，所述冲击电流发生系统包括主电容、调波组件和放电球隙装置；

所述主电容用于调节冲击电流波形，具体为：所述主电容包括呈λ型排列的三只电容器，三只所述电容器通过短接片两两相接，通过控制所述短接片的打开或关闭，控制所述电容器接入电路的数量以及连接关系，进而调节冲击电流波形；

所述调波组件用于输出冲击电压或冲击电流，具体为：所述调波组件包括调波电感，通过控制所述调波电感的开路或短路，控制所述冲击电流发生系统输出所述冲击电压或所述冲击电流；

所述放电球隙装置用于实现冲击点火。

优选的，所述测量模块包括罗氏线圈、分压器、示波器和处理器；

所述罗氏线圈用于采集所述待测电力设备的响应电流，并将所述响应电流传输至示波器；

所述分压器用于采集所述待测电力设备的响应电压，并将所述响应电压传输至示波器；

所述示波器用于对所述响应电流和响应电压进行显示，并将所述响应电流和响应电压传输至所述处理器；

所述处理器用于对所述响应电流和响应电压进行处理，得到测量结果。

优选的，所述测量模块还包括光纤隔离器，所述光纤隔离器用于将所述冲击电流发生系统的电路电位与所述测试系统的电路电位隔离。

优选的，所述电源系统包括220V交流供电源和锂电池供电源。

优选的，所述锂电池供电源为聚合物锂电池组，储能密度为200AH，且设有电量显示。

优选的，所述控制系统为PLC控制系统。

优选的，所述冲击电压包括1.2/50μs波形的冲击电压。

优选的，所述冲击电流包括8/20μs波形、30/80μs波形及2.6/50μs波形的冲击电流。

优选的，所述电容器为干氏冲击电流电容器。

优选的，所述框架的长度、宽度及高度分别为1.1m、1.0m及1.6m。

优选的，所述框架四周设有侧门板。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器采用层状的空间分布结构，减少占地面积；且每层设置的系统均采用模块化设计，集成度高，结构紧凑，大大减小冲击电流发生器的体积。同时，为了进一步减小其体积，对部分器件进行改进，比如主电容为特种干氏冲击电流容器，尺寸小且质轻，其重量和体积皆仅为相同参数的油式电容器的1/3；采用聚合物锂电池组作为供电源，聚合物锂电池组储能密度高，质量轻，且可拆卸。

本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器体积小、结构紧凑，一般车辆即可运载，为进行户外测试提供了便捷，且可输出冲击电压和多种波形的冲击电流，提高了设备利用率，降低设备成本，实现冲击电流发生器多功能化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的功能模块示意图；

图3为本发明实施例提供的冲击电流发生系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的工作电路示意图；

图1-4中的符号表示为：1-冲击电流发生系统，11-主电容，111-短接片，12-调波组件，13-放电球隙装置，131-推杆电极，132-放电钨铜球，14-直流充电装置，15-注入极，16-回流级，2-控制系统，3-测试系统，31-指令输入模块，32-测量模块，321-罗氏线圈，322-分压器，323-示波器，324-处理器，4-电源系统，51-固定板，52-侧门板，6-待测电力设备。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中冲击电流发生器体积大、不便于运输与携带的为问题，本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器，采用层状的空间分布结构，减少占地面积；每层设置的系统均采用模块化设计，集成度高，结构紧凑，大大减小了冲击电流发生器的体积，便于运输与携带，为户外对大型接地装置进行测试提供了便捷。以下结合附图对本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器包括框架，框架内部设有三层固定板51，三层固定板51上依次设有冲击电流发生系统1、控制系统2和测试系统3。在本发明的一种实施例中，冲击电流发生系统1、控制系统2和测试系统3自下而上依次排列，但应当指出，本领域的技术人员可以根据实际情况，可对其排列顺序进行调整，其均应当落入本发明的保护范围。

图2为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的功能模块示意图，如图2并结合图1所示，本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器采用高集成度的模块化设计。多用途紧凑型冲击发生器设有冲击电流发生系统1、控制系统2和测试系统3，还设有电源系统4，用于为冲击电流发生系统1、控制系统2和测试系统3供电。在本发明实施例中，电源系统4包括220V交流供电源和锂电池供电源。当在实验室中对待测电力设备6进行测试时，通过三孔电源插座与外界220V交流电源连接，为各系统提供电能；当在户外对待测电力设备6进行测试时，采用锂电池供电源，锂电池供电源为聚合物锂电池组，储能密度为200AH，且设有电量显示，应当指出，本领域的技术人员可以根据实际情况，对其锂电池类型进行调整，其均应当落入本发明的保护范围。

测试系统3包括指令输入模块31和测量模块32。指令输入模块31用于输入测试指令，通过指令输入模块与控制系统之间的控制线，指令输入模块31将测试指令发送至控制系统2。控制系统2与冲击电流发生系统1电连接，通过导线传输，冲击电流发生系统1接收测试指令，并根据测试指令产生相应的冲击电压或冲击电流，通过外电路将其输送至待测电力设备6。电力设备对冲击电压或冲击电流响应产生响应电压或响应电流，测量模块32对相应电压或响应电流进行采集、处理，完成对待测电力设备的冲击阻抗测试。

在测试过程中，根据测试需要，工作人员通过指令输入模块31输入相应的测试指令，本发明实施例中，指令输入模块31可以选择键盘、触摸屏或PC端。

为确保工作人员的人身安全，在测试系统中设有光纤隔离器，将冲击电流发生系统中电路的高电位与测试系统中电路的低电位隔离。同时，光纤隔离器可避免两系统的电路电位相互干扰，从而确保测量结果的准确性。

测量模块32用于接收待测电力设备6对冲击电压的响应电压和对冲击电流的响应电流，并对响应电压和响应电流进行处理，测得待测电力设备的冲击特性参数。在本发明的实施例中，测量模块32包括罗氏线圈321、分压器322、示波器323和处理器324，其中，罗氏线圈321用于采集待测电力设备的响应电流，分压器322用采集待测电力设备的响应电压，通过双屏蔽电缆将响应电流或响应电压传输至示波器323。示波器323对响应电流或响应电压进行显示，同时将响应电流或响应电压传输至处理器324。处理器324对响应电流和响应电压进行处理，测量待测电力设备的冲击特性参数，例如，测量响应电流的强度和响应电压的幅值，计算响应电压幅值与响应电流强度的比值，得到待测电力设备的冲击接地阻抗。

控制系统2用于接收测试指令，并根据测试指令控制冲击电流发生系统1产生冲击电压或冲击电流。本发明实施例中，控制系统2为PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统，PLC控制系统2对测试指令进行转化、放大，根据测试指令控制冲击电流发生系统1产生相应的冲击电压或冲击电流。

图3为本发明实施例提供的冲击电流发生系统的结构示意图，如图3并结合图1所示，冲击电流发生系统1用于产生冲击电压或冲击电流，并将产生的冲击电压或冲击电流注入待测电力设备6，对待测电力设备6进行冲击阻抗测试。冲击电流发生系统1包括主电容11、调波组件12和放电球隙装置13。

其中，主电容11包括多只电容器，通过控制电容器接入电路的数量以及连接关系，调节冲击电流的波形，从而实现产生不同波形的冲击电流。在本发明的一种优选实施例中，主电容11包括三只电容器，三只电容器呈λ型排列，通过6条金属短接片111将三只电容器两两相接，控制短接片111的打开或关闭，控制电容器接入电路的数量以及连接关系，例如，一只电容器单独接入电路或三只容器以并联方式接入电路等。冲击电流包括8/20μs波形、30/80μs波形及2.6/50μs波形的冲击电流。应当指出，本领域的技术人员可以根据实际需要对电容器的个数进行对应扩展，例如2个、4个或5个等，其均应落入本发明的保护范围。

同时，电容器为干氏冲击电流电容器，与同等参数的油式电容器相比，干氏冲击电流电容器具有更轻的质量与更小的体积，为便携式冲击电流发生器的改进提供优势。

冲击电流发生系统1设有一直流充电装置14，用于为主电容11充电。

调波组件12用于控制输出冲击电压或冲击电流，调波组件12包括调波电感，通过控制调波电感的开路或短路，控制调波组件12输出冲击电压或冲击电流。当输入冲击电压测试指令时，控制系统2控制调波电感为开路状态,冲击电流发生系统1产生冲击电压，在本发明实施例中，冲击电压包括1.2/50μs波形的冲击电压；当输入冲击电流测试指令时，控制系统2控制调波电感为短路状态,冲击电流发生系统1产生冲击电流，冲击电流包括8/20μs波形、30/80μs波形及2.6/50μs波形的冲击电流。

放电球隙装置13用于实现冲击点火。放电球隙装置13包括放电球隙支架、推杆电极131和放电钨铜球132。推杆电极131连接一绝缘杆，推杆电极131运动可带动绝缘杆运动。放电钨铜球132包括上球和下球，上球固定于放电球隙支架，下球固定于绝缘杆一端，上球与下球的中心线重合。推杆电极131带动绝缘杆伸缩，从而带动下球在中心线方向上的移动，实现对上、下球球隙的调整。为防止上球与下球发生撞击，上、下球的间隙大于绝缘杆的行程。当输入发生冲击电压或电流测试指令时，控制系统2根据测试指令控制推杆电极131运动，从而带动下球运动，改变上球与下球的球隙，导致电场平衡破坏，发生球隙击穿，实现冲击点火。

在本发明实施例中，框架四周设有侧门板52，打开侧门板52，方便组装各部件或对示波器323、短接片111等进行操作。但应当指出，本领域的技术人员可将侧门板52与框架设置为活动连接，如铰链连接，其均应当落入本发明的保护范围。

本发明的一种优选实施例中，框架的长度、宽度及高度分别为1.1m、1.0m及1.6m，一般型号车辆即可容纳和运载，为进行户外测试提供便利。应当指出，本领域的技术人员可以根据实际需要对框架的大小进行调整，其均应落入本发明的保护范围。

图4为本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器的工作电路示意图，如图4所示，指令输入模块31与控制系统2通过控制线连接，根据测试需要，在指令输入模块31输入对应的测试指令，通过控制线传至控制系统2。控制系统2与冲击电流发生系统1电连接，控制系统2接收测试指令，并将测试指令转化、放大后传输至冲击电流发生系统1相应的器件，控制相应器件做出反应。冲击电流发生系统1与待测电力设备电连接，根据测试指令，冲击电流发生系统1产生相应的冲击电压或冲击电流，通过注入极15，将冲击电压或冲击电流注入待测电力设备6，冲击电压或电流流经待测电力设备5后，通过回流极16返回至冲击电流发生系统1，形成电流回路。待测电力设备6对冲击电压或冲击电流响应，产生响应电压或响应电流。分压器322与罗氏线圈321通过双屏蔽电缆与示波器323连接，分压器322采集响应电压，罗氏线圈321采集响应电流，通过双屏蔽电缆将响应电压或响应电流输送至示波器323。示波器323与处理器324通过控制线连接，示波器323显示接收的响应电压或响应电流，并通过控制线将响应电压或响应电流传输至处理器324，处理器324对所接收的响应电压或响应电流进行处理，测量待测电力设备的冲击特性参数，完成对待测电力设备的冲击阻抗测试。

为了便于本领域的技术人员更好地理解本技术方案，以下结合多用途紧凑型冲击发生器的使用过程进行进一步说明。

采用本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器对待测电力设备进行冲击阻抗测试时，将待测电力设备6通过高压绝缘套管接入多用途紧凑型冲击发生器。根据测试需求，在指令输入模块31输入测试指令，例如，当输入的测试指令为输出冲击电压时，控制系统2接收输出冲击电压测试指令，并将测试指令转化、扩大，输入至冲击电流发生系统1，并控制其产生冲击电压，具体为：控制调波电感处于开路状态，同时控制放电球隙装置13进行冲击点火，冲击电流发生系统1生成冲击电压，并通过注入极15将冲击电压注入待测电力设备6，待测电力设备6对冲击电压响应产生响应电压，分压器322采集响应电压，响应电压经示波器323显示后，传输至处理器324，处理器324对响应电压处理，测得待测电力设备6的响应电压参数，例如响应电压幅值。

当输入的测试指令为输出8/20μs波形的冲击电流时，控制系统2接收输出冲击电流测试指令，并将测试指令转化、扩大，输入至冲击电流发生系统1，控制冲击电流发生系统1产生8/20μs波形的冲击电流，具体为：控制调波电感处于短路状态，控制电容器接入电路的数量以及连接关系，同时控制放电球隙装置13进行冲击点火，冲击电流发生系统1生成8/20μs波形的冲击电流，并通过注入极15将此冲击电流注入待测电力设备6，待测电力设备6对此冲击电流响应产生响应电流，罗氏线圈321采集响应电流，经示波器323显示后，处理器324接收响应电流，计算响应电流参数，例如响应电流强度。计算响应电压幅值与响应电强度的比值，得到待测电力设备的冲击接地阻抗。

在户外对大型接地装置进行测试时，测试结果常受到外界环境的干扰，比如接地电极的形状或土壤类型，为了准确可靠的测试数据，通常需要进行多次测量，对测试结果取平均。

本发明实施例提供的一种多用途紧凑型冲击发生器体积小、结构紧凑，一般车辆即可运载，为进行户外测试提供了便捷，且可输出冲击电压和多种波形的冲击电流，提高了设备利用率，降低设备成本，实现了冲击电流发生器多功能化。同时设有光纤隔离器、调波组件12等器件，确保了输出或测量电压或电流信号的准确性以及工作人员的人身安全。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，包括框架，所述框架内部设有三层固定板(51)，所述三层固定板(51)上依次设有冲击电流发生系统(1)、控制系统(2)和测试系统(3)，所述测试系统(3)包括指令输入模块(31)和测量模块(32)；

所述指令输入模块(31)用于输入测试指令，并将所述测试指令发送至控制系统(2)；

所述控制系统(2)用于接收所述测试指令，并根据所述测试指令控制所述冲击电流发生系统(1)产生相应的冲击电压或冲击电流；

所述冲击电流发生系统(1)用于产生相应的所述冲击电压或冲击电流，并将其产生的冲击电压或冲击电流注入待测电力设备(6)；

所述测量模块(32)用于接收待测电力设备(6)对所述冲击电压的响应电压和对所述冲击电流的响应电流，并对所述响应电压和响应电流进行处理，得到测量结果；

所示多用途紧凑型冲击发生器还设有电源系统(4)，用于为所述冲击电流发生系统(1)、所述控制系统(2)和所述测试系统(3)供电；

所述冲击电流发生系统(1)包括主电容(11)、调波组件(12)和放电球隙装置(13)；

所述主电容(11)用于调节冲击电流波形，具体为：所述主电容(11)包括呈λ型排列的三只电容器，三只所述电容器通过短接片(111)两两相接，通过控制所述短接片(111)的打开或关闭，控制所述电容器接入电路的数量以及连接关系，进而调节冲击电流波形；

所述调波组件(12)用于输出冲击电压或冲击电流，具体为：所述调波组件(12)包括调波电感，通过控制所述调波电感的开路或短路，控制所述冲击电流发生系统(1)产生冲击电压或冲击电流；

所述放电球隙装置(13)用于实现冲击点火。

2.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述测量模块(32)包括罗氏线圈(321)、分压器(322)、示波器(323)和处理器(324)；

所述罗氏线圈(321)用于采集所述待测电力设备(6)的响应电流，并将所述响应电流传输至示波器(323)；

所述分压器(322)用于采集所述待测电力设备(6)的响应电压，并将所述响应电压传输至示波器(323)；

所述示波器(323)用于对所述响应电流和响应电压进行显示，并将所述响应电流和响应电压传输至所述处理器(324)；

所述处理器(324)用于对所述响应电流和响应电压进行处理，得到测量结果。

3.根据权利要求2所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述测量模块(32)还包括光纤隔离器，所述光纤隔离器用于将所述冲击电流发生系统的电路电位与所述测试系统的电路电位隔离。

4.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述电源系统(4)包括220V交流供电源和锂电池供电源。

5.根据权利要求4所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述锂电池供电源为聚合物锂电池组，储能密度为200AH，且设有电量显示。

6.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述控制系统(2)为PLC控制系统。

7.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述冲击电压包括1.2/50μs波形的冲击电压。

8.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述冲击电流包括8/20μs波形、30/80μs波形及2.6/50μs波形的冲击电流。

9.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述电容器为干氏冲击电流电容器。

10.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述框架的长度、宽度及高度分别为1.1m、1.0m及1.6m。

11.根据权利要求1所述的多用途紧凑型冲击发生器，其特征在于，所述框架四周设有侧门板(52)。