CN107505488A - 用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制方法，该雷击浪涌发生器包括：总电源开关、充电开关、自耦调压器、倍压整流单元、充电电阻、过压限制器、充放电电容、放电电阻、绝缘放电杆、计数器连接头、集控单元和充电按钮。本发明提供的雷击浪涌发生器结构简单，提供的控制方法操作方便，可以根据不同型号放电计数器的放电电流需求，自动调节输出电压，使放电计数器可靠动作，适用范围广泛；而且通过对充电时间的准确计算，减少了常规雷击浪涌发生器的充电回路电流测量装置，降低设备成本，提高了设备使用可靠性。

Description

用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制 方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，尤其涉及一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制方法。

背景技术

在输变电工程中，避雷器与放电计数器串联后再与被保护设备并联，可以有效限制操作过电压和雷击过电压，放电计数器用于记录避雷器动作次数，便于运行人员监测过电压状况。为确保避雷器放电计数器可以正常工作，在交接试验时，需采用雷击浪涌发生器对其进行现场雷击试验。

特高压直流换流站的很多设备产生的冲击放电电流很大，与其并联的避雷器和放电计数器的容量也很大。特高压直流换流站的放电计数器与常规放电计数器相比，存在较大不同：1)特高压直流换流站的放电计数器可承受的放电电流较大，起始动作电流至少达到300A，常规的放电计数器的起始动作电流一般不超过50A；2)特高压直流换流站的放电计数器可承受的放电电压较高，至少达到5kV，常规的放电计数器可承受电压一般不超过2.5kV。而现有常规的雷击浪涌发生器无法调节输出电压，均采用固定输出电压，一般仅为1kV-1.5kV，结构上一般采用干电池或锂电池经倍压处理后直接输出直流高压电，放电电流小，因此，常规的雷击浪涌发生器难以使特高压直流换流站的放电计数器动作，无法对特高压直流换流站的放电计数器进行现场雷击实验。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制方法。本发明提供的雷击浪涌发生器可以根据放电计数器的参数大小选择不同的输出能量，从而产生满足其动作需要的电压和电流。

本发明提供的一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器，包括：总电源开关、充电开关、自耦调压器、倍压整流单元、充电电阻、过压限制器、充放电电容、放电电阻、绝缘放电杆、计数器连接头、集控单元和充电按钮；

其中，集控单元受控于总电源开关；充电按钮设置在集控单元上；计数器连接头与目标放电计数器相连接；总电源开关、充电开关、自耦调压器、倍压整流单元、充电电阻、放电电阻、绝缘放电杆、目标计数器和计数器连接头依次串联，过压限制器与充放电电容相互并联构成并联电路，并联电路的一端连接在充电电阻和放电电阻之间的电路上，并联电路的另一端连接在计数器连接头与接地线之间的电路上。

进一步的，集控单元上设置有充电指示灯和放电指示灯。

在充放电电容充电过程中，充电指示灯亮起，用以指示设备处于充电状态；当充电过程结束时，充电指示灯熄灭，放电指示灯亮起，用以指示设备充电已完成处于待放电状态。充电指示灯和放电指示灯能够方便快捷地实时指示设备所处状态，避免人员误操作。

进一步的，所述倍压整流单元的电路设置为多级双边对称整流回路；

其中，每一级双边对称整流回路中的两个电容在一个工频周波内各导通半个周波，并使得1000C₂/n＜C₁，式中C₁为所述充放电电容的电容量，C₂为所述每一级双边对称整流回路中的单个电容的电容量，n为所述倍压整流单元的级数。

因为每一级双边对称整流回路中的两个电容在一个工频周波内各导通半个周波，当每一级双边对称整流回路中的单个电容的电容量记为C₂时，则每一级双边对称整流回路的等效电容也为C₂，则整个倍压整流单元的等效电容为C₂/n。

为了保证充电时，绝大部分电荷分布在充放电电容上，需保证1000C₂/n＜C₁，此时，C₂/n可忽略不计。

进一步的，所述充电电阻的电阻值记为R₂，放电电阻的电阻值记为R₃，使得10⁵R₃≤R₂≤10⁷R₃。

为了避免放电时，放电冲击电流对充电回路造成损伤，需要使得充电电阻的电阻值R₂的取值范围满足10⁵R₃≤R₂≤10⁷R₃。

本发明还提供了一种基于上述雷击浪涌发生器的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：集控单元根据用户输入的目标放电计数器型号参数中的动作电流计算自耦调压器输出的充电电压大小、充放电电容应充电时长和过压限制器的动作电圧；

步骤S2：充电按钮根据用户操作向集控单元发送充电指令；

步骤S3：集控单元根据充电指令将步骤S1的计算结果发送给自耦调压器和过压限制器；

步骤S4：自耦调压器根据计算结果调节付边电压由零升至充电电压大小，保持充电电压大小持续充放电电容应充电时长后，调节付边电压降至零位；

步骤S5：过压限制器根据计算结果设置动作电压；

步骤S6：绝缘放电杆接触目标放电计数器，产生雷击浪涌，完成冲击放电。

进一步的，步骤S1中根据动作电流大小计算自耦调压器输出的充电电压大小的公式为：

式中，U₁为自耦调压器输出的充电电压，U为充放电电容所需的充电电压，n为倍压整流单元的级数；

其中，充放电电容所需的充电电压U的确定公式为：

式中，I_1F为目标放电计数器型号参数中的动作电流，R₁为目标放电计数器实测电阻值，R₃为放电电阻值。

放电时，由于R₂＞10000R₃，流过充电回路的电流可忽略不计，因此，放电电路可以等效为起始电压为U的零输入响应回路(电路示意图见附图3)，流过目标放电计数器的放电电流为：式中，I₁为放电电流，U为充放电电容所需的充电电压，在时t＝0，充电电流为最大值，由此得到充放电电容所需的充电电压U的确定公式

进一步的，步骤S1中过压限制器的动作电压的计算公式为：

U₂≈1.5U

式中，U₂为过压限制器的动作电压。

进一步的，步骤S1中的充放电电容应充电时长计算公式为：

t₁＝6R₂C₁

式中，t₁为充放电电容应充电时长，C₁为充放电电容的电容量，R₂为充电电阻值。

有益效果

本发明提供的雷击浪涌发生器结构简单，提供的控制方法操作方便，可以根据不同型号放电计数器的放电电流需求，自动调节输出电压，使放电计数器可靠动作，适用范围广泛；而且通过对充电时间的准确计算，减少了常规雷击浪涌发生器的充电回路电流测量装置，降低设备成本，提高了设备使用可靠性；通过设备参数的合理设置，有效限制了放电时对充电回路产生的冲击电流和冲击过电压，降低设备成本，提高了设备使用寿命；充电和放电状态可实时显示，操作简便，避免人员误操作。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器的结构示意图；

图2是本发明提供的雷击浪涌发生器的控制方法流程图；

图3是本发明提供的雷击浪涌发生器放电时的等效电路图。

标注说明：1-总电源开关，2-充电开关，3-自耦调压器，4-倍压整流单元，5-充电电阻，6-过压限制器，7-充放电电容，8-放电电阻，9-绝缘放电杆，10-计数器连接头，11-集控单元，12-充电指示灯，13-放电指示灯，14-充电按钮，15-目标放电计数器。

具体实施方式

为了方便更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例进一步阐述。

实施例一

如图1所示，本发明提供的一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器包括：总电源开关1、充电开关2、自耦调压器3、倍压整流单元4、充电电阻5、过压限制器6、充放电电容7、放电电阻8、绝缘放电杆9、计数器连接头10、集控单元11和充电按钮14；

其中，集控单元11受控于总电源开关1；充电按钮14设置在集控单元11上；计数器连接头10与目标放电计数器15相连接；总电源开关1、充电开关2、自耦调压器3、倍压整流单元4、充电电阻5、放电电阻8、绝缘放电杆9、目标计数器15和计数器连接头10依次串联，过压限制器6与充放电电容7相互并联构成并联电路，并联电路的一端连接在充电电阻5和放电电阻8之间的电路上，并联电路的另一端连接在计数器连接头10与接地线之间的电路上；集控单元11上还设置有充电指示灯12和放电指示灯13。

倍压整流单元4的电路设置为多级双边对称整流回路，每一级的两个电容在一个工频周波内各导通半个周波，为了保证充电时，绝大部分电荷分布在充放电电容上，需使得1000C₂/n＜C₁，式中C₁为所述充放电电容的电容量，C₂为所述每一级双边对称整流回路中的单个电容的电容量，n为所述倍压整流单元的级数。

与此同时，为了避免放电时，放电冲击电流对充电回路造成损伤，需要使得充电电阻5的电阻值R₂取值范围满足10⁵R₃≤R₂≤10⁷R₃，其中，R₃为放电电阻8的电阻值。

具体而言，总电源开关用于控制总回路的电源；充电开关的开关状态由充电按钮和集控单元控制；自耦调压器的付边输出电压由集控单元来控制，通过调节自耦调压器的付边输出电压来控制倍压整流单元的输出电压；倍压整流单元是由多级二极管和电容器串联后并联组成的多级双边对称整流回路，用于将交流电压整流为直流电压；充电电阻用于限制充电回路以及放电时放电回路对充电回路的反充电流，避免充电回路电流过大造成设备损伤；过压限制器用于限制放电过电压，避免在放电时形成过高的冲击电压造成充电回路元件损坏；充放电电容在充电时存储电荷，并在放电时释放电荷，形成冲击电流；放电电阻用于限制放电回路电流，避免放电电流过大造成其他元器件损坏；计数器连接头用于将目标放电计数器连接到雷击浪涌发生器的放电回路中；绝缘放电杆用于将充放电电容上存储的电荷释放到目标放电计数器上；集控单元为整套系统的控制单元，通过控制自耦调压器的付边输出电压，实现对充电电压的控制，此外，通过控制充电开关的开断，实现控制回路的充放电；充电指示灯用于指示正在充电；放电指示灯用于指示充电已满，可以放电；充电按钮通过集控单元控制充电开关，开启充电功能。图3是本发明提供的雷击浪涌发生器放电时的等效电路图。

图2示出了基于本发明提供的雷击浪涌发生器的控制方法的流程图，包括：步骤S1：集控单元根据用户输入的目标放电计数器型号参数中的动作电流计算自耦调压器输出的充电电压大小、充放电电容应充电时长和过压限制器的动作电圧；步骤S2：充电按钮根据用户操作向集控单元发送充电指令；步骤S3：集控单元根据充电指令将步骤S1的计算结果发送给自耦调压器和过压限制器；步骤S4：自耦调压器根据计算结果调节付边电压由零升至充电电压大小，保持充电电压大小持续充放电电容应充电时长后，调节付边电压降至零位；步骤S5：过压限制器根据计算结果设置动作电压；步骤S6：绝缘放电杆接触目标放电计数器，产生雷击浪涌，完成冲击放电。

其中，所述步骤S1中根据动作电流大小计算自耦调压器输出的充电电压大小的公式为：

式中，U₁为自耦调压器输出的充电电压，U为充放电电容所需的充电电压；

其中，充放电电容所需的充电电压U的确定公式为：

式中，I_1F为目标放电计数器型号参数中的动作电流，R₁为目标放电计数器实测电阻值。

所述步骤S1中过压限制器的动作电压的计算公式为：

U₂≈1.5U

式中，U₂为过压限制器的动作电压。

所述步骤S1中的充放电电容应充电时长计算公式为：

t₁＝6R₂C₁

式中，t₁为充放电电容应充电时长。

综上所述，本发明提供的雷击浪涌发生器结构简单，提供的控制方法操作方便，可以根据不同型号放电计数器的放电电流需求，自动调节输出电压，使放电计数器可靠动作，适用范围广泛；而且通过对充电时间的准确计算，减少了常规雷击浪涌发生器的充电回路电流测量装置，降低设备成本，提高了设备使用可靠性；通过设备参数的合理设置，有效限制了放电时对充电回路产生的冲击电流和冲击过电压，降低设备成本，提高了设备使用寿命；充电和放电状态可实时显示，操作简便，避免人员误操作。

实施例二

在本实施例中，总电源开关为市售普通220V空气开关，额定电流为16A；充电开关采用市售普通220V继电器，有一个常开节点和一个常闭节点；自耦调压器由湖南省湘电试验研究院有限公司生产，容量为250W，输入电压为220V，输出电压为0～220V；倍压整流单元由湖南省湘电试验研究院有限公司生产，共25级，额定输出电压为7.5kV，额定充电电流1A；充点电阻采用普通市售电阻，电阻值为4MΩ；过压限制器采用市售普通可调铜球隙，铜球直径8cm，球隙间距0～18mm可调；充放电电容采用DAWNCAP公司生产的DGT8000K0.68#型号的电容器，额定电压为8000V，额定电容量为0.68μF；放电电阻采用市售普通放电电阻，额定电阻2Ω，额定电流20A；绝缘放电杆采用市售普通伸缩式环氧树脂棒，伸长后的长度为2m，缩短后长度为0.4m；集控单元由湖南省湘电试验研究院有限公司生产，型号为XDLJ-1；充电指示灯和放电指示灯均采用市售普通24V信号灯；充电按钮采用市售普通按钮；在本实施例中，目标放电计数器由南阳金冠电气有限公司生产，型号为JCQ-6GY，动作电流要求值为300A，实测电阻值为18Ω。

具体控制方法为：

步骤S1：集控单元根据用户输入的目标放电计数器型号参数中的动作电流300A以及公式(式中，U₁为自耦调压器输出的充电电压，U为充放电电容所需的充电电压，n为倍压整流单元的级数，取值为25)和(式中，I_1F为目标放电计数器型号参数中的动作电流，取值为300A，R₁为目标放电计数器实测电阻值，取值为18Ω，R₃为放电电阻值，取值为2Ω)计算出充放电电容所需的充电电压U为6000V，自耦调压器输出的充电电压U₁为170V，根据公式U₂≈1.5U(式中，U₂为过压限制器的动作电压)计算出过压限制器的动作电压为9000V，根据公式t₁＝6R₂C₁(式中，t₁为充放电电容应充电时长，C₁为充放电电容的电容量，取值为0.68μF，R₂为充电电阻值，取值为4MΩ)计算出充放电电容应充电时长为15秒。

步骤S2：充电按钮用户操作向集控单元发送充电指令。

步骤S3：集控单元根据充电指令将充电电压170V和应充电时长15秒发送给自耦调压器，将过压限制器的动作电圧9000V发送给过压限制器。

步骤S4：自耦调压器调节付边电压由零升至170V，并保持充电电压15秒后，调节付边电压降至零位。

步骤S5：过压限制器将动作电圧设置为9000V，调节铜球隙间距为12mm。

步骤S6：绝缘放电杆接触目标放电计数器，产生雷击浪涌，完成冲击放电，使目标放电计数器动作。

本实施例中的用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器及其控制方法经过实践证明可行可靠，完全达到设计预期。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于避雷器大电流放电计数器的雷击浪涌发生器，其特征在于，包括：总电源开关、充电开关、自耦调压器、倍压整流单元、充电电阻、过压限制器、充放电电容、放电电阻、绝缘放电杆、计数器连接头、集控单元和充电按钮；

其中，集控单元受控于总电源开关；充电按钮设置在集控单元上；计数器连接头与目标放电计数器相连接；总电源开关、充电开关、自耦调压器、倍压整流单元、充电电阻、放电电阻、绝缘放电杆、目标计数器和计数器连接头依次串联，过压限制器与充放电电容相互并联构成并联电路，并联电路的一端连接在充电电阻和放电电阻之间的电路上，并联电路的另一端连接在计数器连接头与接地线之间的电路上。

2.根据权利要求1所述的雷击浪涌发生器，其特征在于，集控单元上设置有充电指示灯和放电指示灯。

3.根据权利要求2所述的雷击浪涌发生器，其特征在于，所述倍压整流单元的电路设置为多级双边对称整流回路；

其中，每一级双边对称整流回路中的两个电容在一个工频周波内各导通半个周波，并使得1000C₂/n＜C₁，式中C₁为所述充放电电容的电容量，C₂为所述每一级双边对称整流回路中的单个电容的电容量，n为所述倍压整流单元的级数。

4.根据权利要求4所述的雷击浪涌发生器，其特征在于，所述充电电阻的电阻值记为R₂，放电电阻的电阻值记为R₃，使得10⁵R₃≤R₂≤10⁷R₃。

5.一种基于权利要求1-4任一项的雷击浪涌发生器的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：集控单元根据用户输入的目标放电计数器型号参数中的动作电流计算自耦调压器输出的充电电压大小、充放电电容应充电时长和过压限制器的动作电圧；

步骤S2：充电按钮根据用户操作向集控单元发送充电指令；

步骤S3：集控单元根据充电指令将步骤S1的计算结果发送给自耦调压器和过压限制器；

步骤S4：自耦调压器根据计算结果调节付边电压由零升至充电电压大小，保持充电电压大小持续充放电电容应充电时长后，调节付边电压降至零位；

步骤S5：过压限制器根据计算结果设置动作电压；

步骤S6：绝缘放电杆接触目标放电计数器，产生雷击浪涌，完成冲击放电。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中根据动作电流大小计算自耦调压器输出的充电电压大小的公式为：

<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>U</mi> <mrow> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <mi>n</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中，U₁为自耦调压器输出的充电电压，U为充放电电容所需的充电电压；

其中，充放电电容所需的充电电压U的确定公式为：

<mrow> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>F</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>U</mi> <mrow> <msub> <mi>R</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中，I_1F为目标放电计数器型号参数中的动作电流，R₁为目标放电计数器实测电阻值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中过压限制器的动作电压的计算公式为：

U₂≈1.5U

式中，U₂为过压限制器的动作电压。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的充放电电容应充电时长计算公式为：

t₁＝6R₂C₁

式中，t₁为充放电电容应充电时长。