CN106569109A - 智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验回路及方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路及方法，其中该回路包括：用于测试包括智能电子设备和传感器的被测组件，所述回路包括高压脉冲发生器、纳秒级光电脉冲触发装置、所述安全隔离变压器或者耦合/去耦网络，接地参考平面、绝缘平台；其中：所述高压脉冲发生器的一个输出端与所述智能电子设备的外壳连接,所述高压脉冲发生器的另一个输出端与所述接地参考平面、所述传感器的外壳连接；所述安全隔离变压器或者耦合/去耦网络用于向所述电子设备和所述传感器供电连接，所述智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上。能够对被测智能组件施加可重复的高电压脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及高电压试验技术领域，特别涉及智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验回路及方法。
背景技术
在气体绝缘组合电器的(GIS，Gas Insulation Switchgear)变电站中当隔离开关在切合操作时，会形成高频振荡的特快速暂态过电压(VFTO，Very Fast TransientOvervoltage)。当GIS内部产生的VFTO以行波方式通过母线传播到套管时，VFTO瞬态过电压一部分耦合到壳体与地之间，造成GIS装置壳体暂态电位升高(TEV，Transient EnclosureVoltage)。TEV会引起与GIS相连的控制、保护、信号等二次设备的干扰甚至损坏。目前，以智能组件等二次电子设备耐受TEV纳秒级高压脉冲的方法主要包含下述两种方式：
(一)依托GIS隔离开关产生纳秒级的TEV脉冲对智能组件进行耐受测试。该种方式缺陷在于该测试方法需要高压交流电源，GIS设备等大型设备，测试回路十分复杂，试验成本高。该方法受到隔离开关触头燃弧等不确定因素的影响，每一次隔离开关产生的高压脉冲是不同的，对考核智能组件耐受试验的重复性和一致性较差。
(二)按照已有标准“GB17626.4电磁兼容试验和测量技术——电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”进行智能组件耐受纳秒级高压脉冲的测试。。该方法主要通过专门耦合夹或高压电容，将纳秒级脉冲源施加在被测试设备上。其优点具有良好的重复性和一致性。其缺点在于没有根据GIS产生TEV对智能组件的干扰作用原理，提出适用于智能组件耐受纳秒级高压脉冲试验的具体试验回路及试验方法。
综上所述，现有技术中对智能组件耐受纳秒级脉冲试验的方式可重复性较低，一致性较差。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验回路及方法，能够对被测智能组件施加可重复的高电压脉冲。
为达上述优点，本发明提供一种智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，用于测试包括智能电子设备和传感器的被测组件，其特征在于，所述回路包括高压脉冲发生器、纳秒级光电脉冲触发装置、所述安全隔离变压器或者耦合/去耦网络，接地参考平面、绝缘平台；其中：所述高压脉冲发生器的一个输出端与所述智能电子设备的外壳连接,所述高压脉冲发生器的另一个输出端与所述接地参考平面、所述传感器的外壳连接；所述安全隔离变压器或者耦合/去耦网络用于向所述电子设备和所述传感器供电连接，所述智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述智能电子设备和所述传感器之间由屏蔽电缆连接，且所述屏蔽电缆的屏蔽层与所述电子设备的外壳和所述传感器的外壳连接。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述高压脉冲发生器包括高压直流电源和快速半导体开关模块。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述纳秒级光电脉冲触发装置与所述高压脉冲发生器通过光纤相连。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲幅值范围为1-20kV。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲上升沿在7至25ns之间。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲宽度为100ns至1000ns。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述纳秒级光电脉冲触发装置用于控制所述高压脉冲发生器输出多个脉冲，所述多个脉冲的间隔时间为1us至200us。
在本发明的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路的一个实施例中，所述纳秒级光电脉冲触发装置，用于设置所述高压脉冲发生器产生的脉冲的脉冲宽度、脉冲个数、脉冲间的间隔时间。
本发明还提供一种智能组件耐受纳秒级脉冲试验的方法，所述方法包括：将被测智能组件的智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上，并采用屏蔽电缆连接所述智能电子设备和所述传感器；将高压脉冲发生器的一个输出端与所述智能电子设备的外壳连接,将所述高压脉冲发生器的另一个输出端与接地参考平面、所述传感器的外壳连接；采用安全隔离变压器或者耦合/去耦网络用于向所述电子设备和所述传感器供电；设置所述高压脉冲发生器输出电压，通过纳秒级光电脉冲触发装置设定脉冲宽度，脉冲个数，脉冲间的间隔时间；控制所述纳秒级光电脉冲触发装置使高压脉冲发生器产生多个脉冲；确定所述被测智能组件有无异常或损坏。
本发明中整个试验回路较为紧凑，便于试验室内开展试验；相比采用GIS隔离开关开合产生高压纳秒脉冲的方法，设备成本及试验成本大大降低。降低了智能组件耐受纳秒级高压脉冲试验的难度，为传感器和电子设备进行耐受试验和考核检测提供试验平台和手段。相比采用GB17626.4的方法，不需要设置耦合夹和高压电容，本申请符合TEV对智能组件作用机理，确定了回路中智能组件的供电方式、接地方式、设备间电缆连接方式。
附图说明
图1所示本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验回路的示意图；
图2所示为图1的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验试验回路产生单个纳秒级高电压脉冲波形图；
图3所示本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1所示本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验试验回路的示意图。请参见图1，本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验装置，用于测试包括智能电子设备IED和传感器的被测组件，该试验回路包括：高压脉冲发生器、纳秒级光电脉冲触发装置、安全隔离变压器或者耦合/去耦网络、接地参考平面、屏蔽电缆、绝缘平台。
安全隔离变压器或者耦合/去耦网络与智能电子设备相连通过屏蔽电缆连接，纳秒级光电脉冲触发装置与高压脉冲发生器通过光纤相连；
智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上，用两根屏蔽电缆连接智能电子设备和传感器，优选的屏蔽电缆的屏蔽层与电子设备的外壳和传感器的外壳连接，电子设备的外壳和传感器的外壳之间的屏蔽电缆长度小于或等于1m。
高压脉冲发生器的两个输出端分别与智能电子设备的外壳、传感器外壳相连(无需经过耦合夹和高压电容)；高压脉冲发生器的一个输出端与接地参考平面连接。
智能组件采用安全隔离变压器或者耦合/去耦网络进行交流或直流供电，传感器采用智能电子设备和传感器之间的屏蔽电缆供电。
高压脉冲发生器的原理是高压直流电源通过快速半导体开关模块产生高压纳秒级脉冲，并通过高压直流电源可设置输出脉冲电压幅值，纳秒级光电脉冲触发装置用于设置调整输出脉冲宽度，设定直流脉冲发生器输出电压，其输出电压幅值范围1至20kV。通过纳秒级光电脉冲触发装置设定脉冲宽度，脉冲个数，脉冲间的间隔时间。图2所示为图1的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验回路产生单个纳秒级高电压脉冲波形图。请参见图2，本专发明的高压脉冲发生器产生单个脉冲波形特征如下：上升沿在7至25ns，脉冲宽度100ns至1000ns，脉冲幅值可达20kV。纳秒级光电脉冲触发装置与高压脉冲发生器通过光纤相连。纳秒级光电脉冲触发装置控制产生不同宽度脉冲，从而实现100ns-1000ns脉冲宽度的调整。纳秒级光电脉冲触发装置能够控制高压脉冲发生器输出多个连续脉冲，相邻两个脉冲间的间隔时间1us至200us。
图3所示本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验方法的流程图；请参见图3，本发明第一实施例的智能组件耐受纳秒级高电压脉冲的试验方法包括:
S1、将智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上，采用屏蔽电缆将智能电子设备和传感器连接，采用屏蔽电缆将安全隔离变压器或者耦合/去耦网络与智能电子设备连接，将智能电子设备的外壳、传感器的外壳中的分别与高压脉冲发生器的两个输出端连接。
S2、设置高压脉冲发生器输出电压，通过纳秒级光电脉冲触发装置设定脉冲宽度，脉冲个数，脉冲间的间隔时间，进一步的设定高压脉冲发生器输出电压幅值范围1至20kV。通过纳秒级光电脉冲触发装置设定脉冲宽度100ns至1000ns，脉冲个数为1个至200个，脉冲间的间隔时间1us至200us。
S3、控制纳秒级光电脉冲触发装置使高压脉冲发生器产生脉冲；
S4、观察被测智能组件有无异常或损坏；
S5、重复控制纳秒级光电脉冲触发装置使高压脉冲发生器产生脉冲和观察被测智能组件有无异常或损坏的步骤，完成多次耐受测试，优选的对耐受测试的次数N为3-10。
本发明中整个实验回路较为紧凑，便于试验室内开展试验；相比采用GIS隔离开关开合产生高压纳秒脉冲的方法，设备成本及试验成本大大降低。降低了智能组件耐受纳秒级高压脉冲试验的难度，为传感器和电子设备进行耐受试验和考核检测提供试验平台和手段。相比采用GB17626.4的方法，不需要设置耦合夹和高压电容，本申请符合TEV对智能组件作用机理，确定了回路中智能组件的供电方式、接地方式、设备间电缆连接方式。
本发明通过快速半导体开关模块产生高压纳秒级脉冲，并通过一个高压输出端直接与传感器外壳相连，无需经过耦合夹和高压电容与被测设备相连。
相比采用GB17626.4的方法，在本发明可以通过纳秒级光电脉冲触发装置改变脉冲宽度，从而利用同一试验回路可以产生100ns至1000ns等不同宽度脉冲的，提升系统的试验功能，提供系统集成化。
在本发明中，所述试验回路产生单个脉冲能量大于采用GB17626.4的方法所规定标准脉冲。所述回路产生单个脉冲上升沿在7至25ns，脉冲宽度100ns至1000ns，脉冲幅值可达20kV，100kV，300kV。GB17626.4的方法所规定标准脉冲上升时间约5ns，脉冲宽度50ns，脉冲幅值最高约为8kV。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，用于测试包括智能电子设备和传感器的被测组件，其特征在于，所述回路包括高压脉冲发生器、纳秒级光电脉冲触发装置、安全隔离变压器或者耦合/去耦网络，接地参考平面、至少两个绝缘平台；其中：
所述高压脉冲发生器的一个输出端与所述智能电子设备的外壳连接,所述高压脉冲发生器的另一个输出端与所述接地参考平面、所述传感器的外壳连接；
所述安全隔离变压器或者耦合/去耦网络用于向所述智能电子设备和所述传感器供电；
所述纳秒级光电脉冲触发装置与所述高压脉冲发生器连接，所述智能电子设备和所述传感器之间电连接，所述智能电子设备和传感器分别置于不同的绝缘平台上。
2.根据权利要求1所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述智能电子设备和所述传感器之间由屏蔽电缆连接，且所述屏蔽电缆的屏蔽层与所述电子设备的外壳和所述传感器的外壳连接。
3.根据权利要求1所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述高压脉冲发生器包括高压直流电源和快速半导体开关模块。
4.根据权利要求1所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述纳秒级光电脉冲触发装置与所述高压脉冲发生器通过光纤相连。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲幅值范围为1-20kV。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路中，其特征在于，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲上升沿在7至25ns之间。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述高压脉冲发生器产生的单个脉冲宽度为100ns至1000ns。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述纳秒级光电脉冲触发装置用于控制所述高压脉冲发生器输出多个脉冲，所述多个脉冲的间隔时间为1us至200us。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的智能组件耐受纳秒级脉冲试验的回路，其特征在于，所述纳秒级光电脉冲触发装置，用于设置所述高压脉冲发生器产生的脉冲的脉冲宽度、脉冲个数、脉冲间的间隔时间。
10.一种智能组件耐受纳秒级脉冲试验的方法，其特征在于，所述方法包括：
将被测智能组件的智能电子设备和传感器分别置于不同绝缘平台上，并采用屏蔽电缆连接所述智能电子设备和所述传感器；
将高压脉冲发生器的一个输出端与所述智能电子设备的外壳连接,将所述高压脉冲发生器的另一个输出端与接地参考平面、所述传感器的外壳连接；
采用安全隔离变压器或者耦合/去耦网络用于向所述电子设备和所述传感器供电；
设置所述高压脉冲发生器输出电压，通过纳秒级光电脉冲触发装置设定脉冲宽度，脉冲个数，脉冲间的间隔时间；
控制所述纳秒级光电脉冲触发装置使高压脉冲发生器产生多个脉冲；
确定所述被测智能组件有无异常或损坏。
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