CN106249072B - 高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统 - Google Patents

高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,包括:基于高压交流输电设备的输电模型,所述输电模型包括基于多基杆塔的杆塔模型,绝缘子模型和模拟接地线,所述绝缘子模型设置在杆塔模型的顶端,所述模拟接地线用于连通杆塔模型和地端;雷电冲击电流发生器,所述雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端与地端之间,用于提供瞬态冲击电流;电压测量装置,所述电压测量装置连接在所述杆塔模型的顶端与地端之间,用于测量杆塔模型顶端的电压参数;所述电压参数用于检测所述高压交流输电设备对应的瞬态冲击性能。上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,可以提高相应瞬态冲击性能检测的全面性,具有较高的检测效果。

Description

高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域,特别是涉及一种高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统。
背景技术
高压交流输电网是电网系统的重要组成部分,其包括多个高压交流输电设备(比如各类杆塔、地端以及绝缘子等),上述各类输电设备通常相对于地面或者其他建筑物的高度对雷电具有较强的引导作用。因此,向上述输电网中的各类输电设备施加雷电冲击电流等瞬态冲击电流时,相应输电线路的电压参数、电压或者电流变化信息等瞬态冲击性能的检测对输电线路所对应的环境的安全性极其重要。目前,高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测主要基于传输线理论对电力系统电磁暂态过电压进行计算,具体是将其等效为RLC等元器件,进行仿真计算,这样容易忽略输电设备本身的形状、尺寸以及相关接地性对电磁暂态过程的影响,使上述输电设备瞬态冲击性能的检测方案具有局限性,容易影响其检测效果。
发明内容
基于此,有必要针对传统的输电设备瞬态冲击性能检测方案具有局限性,容易影响检测效果的技术问题,提供一种高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统。
一种高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,包括:
基于高压交流输电设备的输电模型,所述输电模型包括基于多基杆塔的杆塔模型,绝缘子模型和模拟接地线,所述绝缘子模型设置在杆塔模型的顶端,所述模拟接地线用于连通杆塔模型和地端;
雷电冲击电流发生器,所述雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端与地端之间,用于提供瞬态冲击电流;
电压测量装置,所述电压测量装置连接在所述杆塔模型的顶端与地端之间,用于测量杆塔模型顶端的电压参数;
所述电压参数用于检测所述高压交流输电设备对应的瞬态冲击性能。
上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,可以根据多基杆塔、安装在上述多基杆塔上的绝缘子等输电设备设置输电模型,将雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端和地端之间,利用上述雷电冲击电流发生器对输电模型施加瞬态冲击电流,获取输电模型通过上述瞬态冲击电流时的电压参数,用以根据上述电压参数进行相应高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测,使上述瞬态冲击性能检测方案可以结合多基杆塔、安装在上述多基杆塔上的绝缘子等输电设备的相关形状、尺寸和接地网对电磁暂态雷电冲击流量电流的冲击响应进行检测,可以提高相应瞬态冲击性能检测的全面性,具有较高的检测效果。
附图说明
图1为一个实施例的雷电冲击电流发生器连接示意图;
图2为一个实施例的杆塔模型尺寸示意图;
图3为一个实施例的测量引线示意图;
图4为一个实施例的杆塔模型示意图;
图5为一个实施例的测量导线结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统的具体实施方式进行详细阐述。
在一个实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,包括:
基于高压交流输电设备的输电模型,所述输电模型包括基于多基杆塔的杆塔模型,绝缘子模型和模拟接地线,所述绝缘子模型设置在杆塔模型的顶端,所述模拟接地线用于连通杆塔模型和地端;上述绝缘子模型可以包括多个,上述杆塔模型可以包括横担模型,各个横担模型的两端均可以设置绝缘子模型;
雷电冲击电流发生器,所述雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端与地端之间,用于提供瞬态冲击电流;如图1所示,上述雷电冲击电流发生器可以连接在杆塔模型顶端和地端之间,雷电冲击电流发生器(图1所示冲击发生器)通过电流引线连接相应杆塔模型顶端;
电压测量装置,所述电压测量装置连接在所述杆塔模型的顶端与地端之间,用于测量杆塔模型顶端的电压参数;
所述电压参数用于检测所述高压交流输电设备对应的瞬态冲击性能。
上述瞬态冲击性能可以包括瞬态冲击电流流过杆塔模型(对应于相应的输电设备遭受到瞬态雷电放电现象)时,上述杆塔模型与地端之间的电压大小、大于某一值(比如设定的安全值等)的电压持续时间,电压信号的上升沿时间和下降沿时间等参数所表征的性能特点,根据电压测量设备获取的电压参数,可以得到杆塔模型对应的瞬态冲击性能,从而得到相应输电设备在遭受瞬态冲击性能时的瞬态冲击性能。
上述杆塔模型的尺寸可以以实际工程的直线塔或者耐张塔尺寸为准,将高压直流输电线路的直线塔或者耐张塔按照1:25缩放比例进行缩放,以建立相应的杆塔模型。在一个实施例中,上述杆塔模型的尺寸可以如图2所示,任意两个杆塔模型之间的间隔为8000mm(毫米),若各个杆塔模型顶端通过若干根模拟导线连接,最低端的模拟导线距地端1230mm,最高端的模拟导线距地端2000mm。
杆塔模型可以采用镀锌钢材料焊接而成,还可以选取直径为11mm(毫米)的镀锌钢;为保证杆塔模型设置在相应平台(地面等)上的稳定性,可以在杆塔模型的塔脚分别焊接尺寸为150mm×150mm×10mm的钢板;杆塔模型可以包括塔头(顶端)、塔身(中间部分)和塔腿(底端)等;上述杆塔模型的顶端可以设置横担模型,横担模型的两端分别设置有绝缘子模型,上述杆塔模型的底端设置有模拟接地线,上述模拟接地线可以保证相应杆塔模型与地端之间的导体。由于高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统不易考虑电晕放电,在上述瞬态冲击性能检测系统中可以尽量避免模拟接地线或者其他测量引线所产生的电晕放电,以保证相应瞬态冲击性能检测系统的准确性。上述模拟接地线可以连接铺设在地面且宽度为2m的铝板,以保证相应的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统可以达到理想接地状态。放置杆塔模型的平台在布置完基于高压直流输电线路对应的单回路直线塔或者耐张塔的杆塔模型113后还应留有一定的空间,以防止检测过程中的相关干扰。
雷电冲击电流发生器发出的一次冲击电流通常持续50~100μs(微秒),波头陡度高,可达50kA/s(千安每秒),属于高频冲击波。上述雷电冲击电流发生器可以包括上升时间为5ns(纳秒),脉宽300ns,阻抗50Ω(欧姆),电压幅值100V-4000V(伏特),最大电流5A(安培)的试验电流源或者试验电压源等电源设备,可以将上述雷电冲击电流发生器与地面保持绝缘,雷电冲击电流发生器的输出信号(瞬态冲击电流)通过电缆或裸铜线等测量引线发送至杆塔模型的顶端。
上述电压测量装置可以包括能测量或者获取杆塔模型顶端电压值大小、电压波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电压参数的电压测量表或者示波器等装置。向杆塔模型顶端加入激励电流源发出的冲击电流时,杆塔模型顶端与地端之间的电压参数(如大小,上升沿时间或者下降沿时间等)可以表征相应高压交流输电设备的瞬态冲击性能。
本发明提供的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,可以根据多基杆塔、安装在上述多基杆塔上的绝缘子等输电设备设置输电模型,将雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端和地端之间,利用上述雷电冲击电流发生器对输电模型施加瞬态冲击电流,获取输电模型通过上述瞬态冲击电流时的电压参数,用以根据上述电压参数进行相应高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测,使上述瞬态冲击性能检测方案可以结合多基杆塔、安装在上述多基杆塔上的绝缘子等输电设备的相关形状、尺寸和接地网对电磁暂态雷电冲击流量电流的冲击响应进行检测,可以提高相应瞬态冲击性能检测的全面性,具有较高的检测效果。
在一个实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,还可以包括用于导电的模拟导线;所述杆塔模型的数量为多个;各个杆塔模型的顶端通过模拟导线连接;上述模拟导线可以包括多根,通常情况下,各跟模拟导线连接在各个杆塔模型顶端的相同侧,各跟模拟导线可以通过杆塔模型顶端设置的绝缘子模型连接,连接后的各跟模拟导线之间相互平行。
本实施例中,上述雷电冲击电流发生器可以连接在多个杆塔模型中的某个杆塔模型顶端和地端之间,相应的电压测量装置可以连接在该杆塔模型(连接雷电冲击电流发生器的杆塔模型)顶端和地端之间。
本实施例在输电设备对应的输电模型中设置多个杆塔模型。可以提高上述输电模型的完整性,进一步提高检测方案的准确性。
在一个实施例中,上述绝缘子模型可以包括设置电压测量端口的环氧树脂板。
本实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统并不需要考虑绝缘子串的闪络过程,只需要利用上述绝缘子模型固定模拟导线的位置。可以采用环氧树脂板模拟绝缘子串,环氧树脂板上可以电压测量端口,便于测量绝缘子串接相应的模拟导线或者测量引线等输电线路。
在一个实施例中,上述模拟接地线为半径相同,直径为0.8mm的裸铜线。
由于高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统在针对输电设备对应的输电模型进行瞬态冲击性能检测的过程中不易考虑电晕放电,在检测过程中可以尽量避免模拟导、地线产生电晕放电,以保证瞬态冲击性能检测的准确性。为了便于试验平台建立和相关材料选取,可以采用半径相同,直径为0.8mm的裸铜线,以保证检测过程中,各个参数与实际参数环境的一致性。
在一个实施例中,上述杆塔模型可以为采用镀锌钢焊接而成的模型,所述镀锌钢的直径为11mm(毫米)。
上述杆塔模型的材料采用镀锌钢材料焊接而成,镀锌钢的直径为11mm;为保证杆塔站立时的稳定性,可以在杆塔塔脚分别焊接尺寸为150mm×150mm×10mm的钢板;搭建而成的直流输电线路杆塔模型的结构可以包括塔头、塔身和塔腿等。
在一个实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,还可以包括用于导电的测量引线;
所述测量引线用于连接杆塔模型的顶端和雷电冲击电流发生器,雷电冲击电流发生器和地端,杆塔模型的顶端和电压测量装置,以及电压测量装置和地端。
上述测量引线可以与其连接的杆塔模型的中轴线垂直,连接杆塔模型的各根测量引线之间可以相互垂直,以减少相互之间的磁耦合对测量结果的影响。
上述测量引线用于将高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统中的各个部分连接起来。其中,连接在杆塔模型的顶端、雷电冲击电流发生器之间以及雷电冲击电流发生器和地端之间的测量引线可以称为电流引线,连接在杆塔模型的顶端和电压测量装置之间以及电压测量装置和地端之间的测量引线可以称为电压引线。测量引线可以包括裸铜线或者其他金属导线等导电性能良好的导线。将上述测量引线自然放置时,上述测量引线为笔直的。
在一个实施例中,上述电流引线和电压引线与杆塔模型的连接示意图可以如图3所示,图3中,PG表示雷电冲击电流发生器,上述电流引线和电压引线分别垂直于相应的模拟导线,且上述电流引线和电压引线相互垂直,其中,上述电压引线的长度可以为4000mm,上述电流引线的长度可以包括竖直8000mm和水平部分4000mm,本实施例杆塔模型的塔身部分长为2000mm。
作为一个实施例,如图4所示,上述杆塔模型可以通过三根模拟导线(上述三根模拟导线可以分别通过图4所示的三个圆点,)上述三根模拟导线可以分别对应交流输电网的三相。图4所示的杆塔模型高2000mm,电流引线长度为6000mm。
作为一个实施例,上述测量引线为裸铜线。
裸铜线具有较为优良的导电性能,利用裸铜线连接高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统的各个部分,可以进一步提高相应高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统的检测性能。如图5所示,上述测量引线可以包括芯线和屏蔽层,以保证其工作过程中的安全性。
作为一个实施例,上述测量引线的直径范围为0.3至1.2毫米。
将测量引线自然放置时,上述测量引线为笔直的,测量引线的直径可以为0.3毫米、1.1毫米或者1.2毫米等值,也可以设置为0.3至1.2毫米之间的其他值。
在一个实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,还可以包括电流测量装置,所述电流测量装置连接在所述杆塔模型的顶端和雷电冲击电流发生器之间。
上述电流测量装置可以对相应雷电冲击电流发生器发生的瞬态冲击性能进行测量,以获取上述瞬态冲击电流的电流值大小、电流波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电流参数信息,以用于相应高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测,保证上述瞬态冲击性能检测的完整性。上述电流测量装置可以包括能测量或者获取通过杆塔模型顶端的电流大小、电流波形特征信息(上升沿时间或者下降沿时间等)等电流参数的电流测量表或者示波器等装置。
在一个实施例中,上述雷电冲击电流发生器发出上升沿为纳秒级(如5ns等),脉冲宽度为纳秒级(如300ns等)的瞬态冲击电流,所述电压测量装置的带宽为200兆赫兹。
上述雷电冲击电流发生器的设置标准可以包括:选择电压源波形上升时间5ns,脉宽300ns,阻抗50Ω,电压幅值100V-4000V,最大电流5A的试验电压源;将冲击试验电源(雷电冲击电流发生器)连接于电压测量引线下方,且与地面保持绝缘,电源(雷电冲击电流发生器)的输出信号通过电缆或裸铜线发送至相应杆塔模型的顶端。
在一个实施例中,上述电流测量装置和电压测量装置的相关标准可以包括:选择输入电容小于2pF(皮法),带宽200MHz(兆赫兹)的高压差分探头;选择输入阻抗为50Ω(欧姆),测量带宽为200MHz的电流探头;电压测量装置和电流测量装置的探头置于电线塔模型上方,用于测量电线塔模型顶端电压和/或电流;电压测量引线(电压引线)和电流测量引线(电流引线)均拉直,且电压引线、电流引线和电线塔模型的中轴线两两垂直,以减少相互之间的磁耦合对测量结果的影响;为匹配冲击源(雷电冲击电流发生器)的上升沿时间(ns级别),可以选择带宽500MHz,采样率5GS/s的两台示波器对测量波形进行存贮和展示;为避免示波器通道间的相互干扰,电压和电流可以分两次单独进行测量。
在一个实施例中,上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,还可以包括处理器,所述处理器连接所述电压测量装置;所述处理器获取电压测量装置测量的电压参数,并根据所述输电设备对应的瞬态冲击电流进行检测。
本实施例中,若上述高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统包括电流测量装置,上述处理器还可以连接电流测量装置。
上述处理器可以分别通过数据线连接相应的电压测量装置和电流测量装置,还可以通过无线通信方式与相应的电压测量装置和电流测量装置进行通信,比如将电压测量装置和电流测量装置等连接无线通信模块,使电压测量装置和电流测量装置分别通过无线通信模块连接相应的处理器等等。
本实施例利用处理器获取杆塔模型顶端的电压参数进行相应瞬态冲击性能的检测,可以提高相应的检测效率。
在一个实施例中,上述处理器还可以连接雷电冲击电流发生器;
所述处理器通过电压测量装置检测杆塔模型顶端的电压参数,在所述电压参数达到预设的参数范围时,控制所述雷电冲击电流发生器发出瞬态冲击电流。
上述预设的参数范围可以设置为小于0.5伏特等较小的电压范围,比如,处理器检测到电压测量装置检测到的电压参数所对应的电压值小于某一电压值(电压参数达到预设的参数范围)时,处理器可以控制所述雷电冲击电流发生器发出瞬态冲击电流。
本实施例利用处理器在杆塔模型顶端的电压参数所对应的电压值为零或者较小时,自动控制雷电冲击电流发生器发出瞬态冲击电流,可以提高相应的检测效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,包括:
基于高压交流输电设备的输电模型,所述输电模型包括基于多基杆塔的杆塔模型,绝缘子模型和模拟接地线,所述绝缘子模型设置在杆塔模型的顶端,所述模拟接地线用于连通杆塔模型和地端;
雷电冲击电流发生器,所述雷电冲击电流发生器连接在杆塔模型的顶端与地端之间,用于提供瞬态冲击电流;
电压测量装置,所述电压测量装置连接在所述杆塔模型的顶端与地端之间,用于测量瞬态冲击电流经过杆塔模型顶端时,杆塔模型顶端的电压参数;
所述电压参数用于检测所述高压交流输电设备对应的瞬态冲击性能;
还包括处理器,所述处理器连接所述电压测量装置;所述处理器获取电压测量装置测量的电压参数,并根据所述输电设备对应的瞬态冲击电流进行检测;其中,所述处理器检测到所述电压测量装置检测到的电压参数所对应的电压值小于0.5伏特时,所述处理器控制所述雷电冲击电流发生器发出瞬态冲击电流;
其中,电压引线和电流引线均拉直,所述电流引线和所述电压引线分别垂直于相应的模拟导线,且所述电流引线和所述电压引线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,还包括用于导电的模拟导线;所述杆塔模型的数量为多个;各个杆塔模型的顶端通过模拟导线连接。
3.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,所述绝缘子模型包括设置电压测量端口的环氧树脂板。
4.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,所述模拟接地线为半径相同,直径为0.8mm的裸铜线。
5.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,所述杆塔模型为采用镀锌钢焊接而成的模型,所述镀锌钢的直径为11mm。
6.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,还包括用于导电的测量引线;
所述测量引线用于连接杆塔模型的顶端和雷电冲击电流发生器,雷电冲击电流发生器和地端,杆塔模型的顶端和电压测量装置,以及电压测量装置和地端。
7.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,还包括电流测量装置,所述电流测量装置连接在所述杆塔模型的顶端和雷电冲击电流发生器之间。
8.根据权利要求1所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,所述雷电冲击电流发生器发出上升沿为纳秒级,脉冲宽度为纳秒级的瞬态冲击电流,所述电压测量装置的带宽为200兆赫兹。
9.根据权利要求1至8任一项所述的高压交流输电设备的瞬态冲击性能检测系统,其特征在于,所述处理器还连接雷电冲击电流发生器;
所述处理器通过电压测量装置检测杆塔模型顶端的电压参数,在所述电压参数达到预设的参数范围时,控制所述雷电冲击电流发生器发出瞬态冲击电流。
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