CN107505517A - 一种避雷器直流续流试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种避雷器直流续流试验装置及方法，所述装置包括：直流电压发生器、冲击电压发生器、冲击侧保护单元、测量单元和直流侧保护单元，其中，直流电压发生器的输出端连接直流侧保护单元，并联于被测试品两端，产生直流高压；冲击电压发生器输出端连接冲击侧保护单元，并联于被测试品两端，产生冲击过电压；冲击侧保护单元用于隔离所述直流高压与冲击过电压；测量单元用于测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；直流侧保护单元用于抑制直流电压发生器输出端过电压。本发明提出的一种避雷器直流续流试验装置及方法，可以实现直流电压与冲击电压的联合加压，评估避雷器设备在雷电波作用下熄灭直流电弧的能力，操作步骤简单，易于掌握。
Description
技术领域
本发明涉及避雷器试验技术领域，更具体地，涉及一种避雷器直流续流试验装置及方法。
背景技术
电力避雷器广泛应用于供电以及铁路电力系统中，用于将雷电流导入到大地，从而抑制雷电波过电压对电力用户的影响，随着直流电力系统的不断发展，直流电力避雷器得到了越来越广泛的应用，直流电力避雷器质量的优劣直接影响到直流电网的防雷性能。因此，开展直流避雷器在雷电过电压作用后直流续流特性的试验研究有着十分重要的意义。
现有的国家标准相关的避雷器性能试验中，已有工频续流试验，其试验装置可以产生工频电压与冲击电压相互叠加的电压波形，但目前关于避雷器设备在雷电波作用后熄灭直流电弧能力的测试装置还很少。
因此如何提供一种直流续流试验装置及方法，用于测试避雷器的直流续流特性，显得尤为重要。
发明内容
为了克服现有关于避雷器设备在雷电波作用后熄灭直流电弧能力的测试装置不足的问题，本发明提供一种避雷器直流续流试验装置及方法。
根据本发明的一个方面，提供一种避雷器直流续流试验装置，包括：直流电压发生器1、冲击电压发生器2、冲击侧保护单元3、测量单元4和直流侧保护单元5，其中，所述直流电压发生器1的输出端连接直流侧保护单元5，并联于被测试品两端，产生直流高压作用于被测试品；所述冲击电压发生器2的输出端连接有冲击侧保护单元3，并联于被测试品两端，产生冲击过电压作用于被测试品；所述冲击侧保护单元3用于隔离所述直流高压与冲击过电压；所述测量单元4用于测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；所述直流侧保护单元5用于抑制直流电压发生器输出端过电压。
其中，所述直流电压发生器1由高频变压器通过高压硅堆向级联电容器组进行充电，产生直流高压。
其中，所述冲击电压发生器2由试验变压器经充电电阻向并联的电容器组充电；触发冲击点火球隙导通时，所述电容器组通过所述冲击点火球隙串联放电，产生冲击过电压；冲击侧保护单元3被击穿导通，使得直流高压与冲击过电压联合作用于被测试品。
其中，所述冲击侧保护单元3为保护球隙或直流避雷器。
其中，所述测量单元4包括分压器和分流器，所述分压器并联于被测试品，用于测量被测试品两端的电压；所述分流器串联于被测试品，用于测量流过被测试品的电流。
其中，所述直流侧保护单元5由保护电容、电阻和电感组成，所述保护电容与所述直流电压发生器1并联，所述电感与电阻串联后、连接于所述直流电压发生器1的输出端；或者，
所述直流侧保护单元5由直流避雷器、电阻和电感组成，所述直流避雷器与所述直流电压发生器1并联，所述电感与电阻串联后、连接于所述直流电压发生器1的输出端。
根据本发明的另一个方面，提供一种采用如前所述试验装置的避雷器直流续流试验方法，包括：
对冲击电压发生器进行充电，同时，运行直流高压发生器；
触发冲击电压发生器产生冲击过电压；
测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流，并基于所述电压的测量值和所述电流的测量值，评估被测试品的直流续流特性。
本发明提出的一种避雷器直流续流试验装置及方法，可以实现直流电压与冲击电压的联合加压，并测量得到被测试品两端的电压以及流过被测试品两端的电流，进而评估避雷器设备在雷电波作用下熄灭直流电弧的能力，并通过保护单元抑制直流电压发生器输出端过电压，避免其受到冲击过电压的损坏，采用本发明提供的试验装置进行试验时，操作步骤简单，易于掌握。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的避雷器直流续流试验装置的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例提供的避雷器直流续流试验装置与被测试品组成的试验回路的电路原理图；
图3为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的直流电压发生器的电路原理图；
图4为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的冲击电压发生器的电路原理图；
图5为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的冲击侧保护单元3的电路原理图；
图6为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的测量单元的等效电路图；
图7为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的直流侧保护单元的等效电路图；
图8为根据本发明另一实施例提供的避雷器直流续流试验方法的流程示意图；
附图标记说明：1：直流电压发生器；2：冲击电压发生器；3：冲击侧保护单元；4：测量单元；5：直流侧保护单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明实施例提供的避雷器直流续流试验装置的结构示意图，包括：直流电压发生器1、冲击电压发生器2、冲击侧保护单元3、测量单元4和直流侧保护单元5，其中，所述直流电压发生器1的输出端连接直流侧保护单元5，并联于被测试品两端，产生直流高压作用于被测试品；所述冲击电压发生器2的输出端连接有冲击侧保护单元3，并联于被测试品两端，产生冲击过电压作用于被测试品；所述冲击侧保护单元3用于隔离所述直流高压与冲击过电压；所述测量单元4用于测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；所述直流侧保护单元5用于抑制直流电压发生器输出端过电压。
基于高压直流输电系统的特点，直流避雷器要具有很强的自灭弧能力，即在直流电压或含有很大直流分量的电压下，应能可靠地切断续流，且在切断直流续流时也不应在电感元件上引起过高的截流过电压。直流续流试验是指在直流续流下对避雷器切断直流续流的能力进行评估。
如图2所示，为本发明实施例提供的避雷器直流续流试验装置与被测试品组成的试验回路的电路原理图，图2中，S1和RT1表示被测试品的等效电路图，其中被测试品是指待试验的避雷器。试验回路设计方案首先要考虑的是试验回路的主电源，包括：直流电压源和冲击电压源两部分。其中，直流电压发生器1作为直流电压源提供直流高压，冲击电压发生器2作为冲击电压源提供冲击过电压。其次，要考虑试验回路运行的安全性和可靠性，因此需要增加对直流电压源和冲击电压源的保护。其中，直流侧保护单元5连接于直流电压发生器的输出端，包括保护电感L、保护电阻R和保护电容C，用于抑制直流电压发生器输出端过电压，避免直流电压发生器遭受到过电压的损坏；冲击侧保护单元3，用于实现充电阶段直流电压发生器与冲击电压发生器之间的相互隔离。图2中没有示出测量单元4的等效电路图，测量单元4用于测量直流续流通过期间以及直流续流切断后，被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流，试验人员基于测量单元所得的试验数据，进而根据标准评估被测避雷器在雷电波作用下熄灭直流电弧的能力。
进行试验时，本发明实施例提供的避雷器直流续流试验装置的操作流程如下：首先，对冲击电压发生器进行充电，同时，运行直流电压发生器；触发冲击电压发生器产生冲击过电压，使冲击侧保护单元击穿导通，冲击过电压与直流高压联合作用于被测试品；测量直流续流通过期间，被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；冲击过电压衰减后，冲击侧保护单元断开，测量此时被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流。
本发明实施例提出的一种避雷器直流续流试验装置，可以实现直流电压与冲击电压的联合加压，并测量得到被测试品两端的电压以及流过被测试品两端的电流，进而评估避雷器设备在雷电波作用下熄灭直流电弧的能力，并通过保护单元抑制直流电压发生器输出端过电压，避免其受到冲击过电压的损坏。
如图3所示，为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的直流电压发生器的电路原理图，所述直流电压发生器1由高频变压器通过高压硅堆向级联电容器组进行充电，产生直流高压。
具体地，将市电作为电源，为了得到直流电压，首先需要经过高频变压器T变压，产生直流续流切断试验所需的交流电压；由于经过高频变压器T变压后获得的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，故需要进行整流，即利用二极管的单向导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。为了获得直流高压，本发明实施例采用的是串级倍压整流电路，即通过高压硅堆D对级联电容器组C进行充电从而得到用于直流续流试验的直流高压，输出的直流高压等于各个级联电容电压之和。
如图4所示，为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的冲击电压发生器的电路原理图，所述冲击电压发生器2由试验变压器经充电电阻向并联的电容器组充电；触发冲击点火球隙导通时，所述电容器组通过所述冲击点火球隙串联放电，产生冲击过电压，冲击侧保护单元3被击穿导通，使得直流高压与冲击过电压联合作用于被测试品。
具体地，在充电阶段，试验变压器T经过充电电阻R向电容器组C充电；放电阶段，触发冲击点火球隙击穿导通，电容器组C串联放电，产生冲击过电压，冲击侧保护单元3被击穿导通，使得直流高压与冲击过电压联合作用于被测试品。
例如，试验变压器T经过充电电阻R向电容器组C充电，充电到U，出现冲击点火球隙S上的电位差也为U，若事先把冲击点火球隙S距离调到稍大于U，冲击点火球隙S就不会放电；当需要使冲击动作时，可向冲击点火球隙S的针极送去一脉冲电压，针极和球皮之间产生小火花，引起冲击点火球隙S放电，所述冲击点火球隙S放电触发了相邻冲击点火球隙击穿导通，电容器组C串联放电，产生冲击过电压，并使得冲击侧保护单元3被击穿导通，使得直流高压与冲击过电压联合作用于被测试品。
如图5所示，为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的冲击侧保护单元3的电路原理图，对于冲击侧保护电路3，可以采用保护球隙以及直流避雷器两种结构。
采用保护球隙(图5(a))时，保护球隙的击穿电压由直流电压发生器输出电压以及冲击电压发生器输出电压决定，保护球隙在参数选择上应保证雷电冲击电压使球隙可靠击穿，与此同时保证雷电过电压衰减之后直流电弧可以可靠熄灭。
采用直流避雷器(图5(b))进行保护时，应当保证直流避雷器的动作电压大于直流电源电压，而远远小于冲击电压，进而保证冲击电压可以有效作用在试品上，与此同时，在雷电波冲击电压衰减后，直流避雷器可以可靠恢复，进而避免直流电源电压损坏冲击电压发生器。
如图6所示，为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的测量单元的等效电路图，所述测量单元4包括分压器和分流器，图6(a)为分压器的等效电路图，图6(b)为分流器的等效电路图，所述分压器并联于被测试品，用于测量被测试品两端的电压，所述分流器串联于被测试品，用于测量流过被测试品的电流。
具体地，图6中，V表示被测试品两端电压，i表示流过被测试品的电流。通过分压器测量得到的试品两端的电压，测量信号为VS，通过分流器测量流过试品的电流，得到的测量电流信号为is。所述分压器可以采用高压探头、电容分压器或电阻分压器；所述分流器可以采用电阻分流器或电流互感器线圈。
如图7所示，为基于图1所示避雷器直流续流试验装置中的直流侧保护单元的等效电路图，有图7(a)与图7(b)两种结构，7(a)保护单元由保护电容C、电阻R和电感L组成，7(b)保护单元由直流避雷器RT、电阻R和电感L组成。两种结构中，由于电感L在高频过电压作用下阻抗很大，而在直流电压作用下阻抗几乎为零，电感的作用在于保护直流电压发生器免受雷电冲击过电压的损害。在雷电波作用导致试品击穿后，为防止试品击穿短路后短路电流过大，采用电阻R限制直流电压发生器输出的直流电压。
图7(a)中的保护电容C以及图7(b)中的直流避雷器RT，作用均是稳定直流电压发生器输出端的直流电压，避免冲击过电压损坏直流电压发生器。保护电容C的取值应当足够大，在冲击电压作用下，保护电容C可以有效的吸收传递到直流电压发生器端口的冲击过电压。在直流电压作用时，直流避雷器RT不动作，当过高的冲击过电压作用在直流避雷器RT上时，直流避雷器RT动作，起到钳制冲击过电压的作用。
如图8所示，为本发明另一实施例提供的一种采用如前所述试验装置的避雷器直流续流试验方法的流程示意图，包括：
S1，对冲击电压发生器进行充电，同时，运行直流高压发生器；
S2，触发冲击电压发生器产生冲击过电压；
S3，测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流，并基于所述电压的测量值和所述电流的测量值，评估被测试品的直流续流特性。
具体地，执行步骤S1对冲击电压发生器进行充电，同时，运行直流电压发生器，冲击电压发生器输出冲击过电压，直流电压发生器输出直流高压。
步骤S2，触发冲击电压发生器的冲击点火球隙放电，使得冲击电压发生器输出冲击过电压，使冲击侧保护单元击穿导通，使得冲击过电压与直流高压联合作用于被测试品。
步骤S3，测量直流续流通过期间，被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；冲击过电压衰减后，冲击侧保护单元熄灭，测量此时被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流，并基于测量值，对被测试品的直流续流特性进行评估。
本发明实施例提出的一种避雷器直流续流试验方法，可以实现直流电压与冲击电压的联合加压，并测量得到被测试品两端的电压以及流过被测试品两端的电流，进而评估避雷器设备在雷电波作用下熄灭直流电弧的能力，并通过保护单元抑制直流电压发生器输出端过电压，避免其受到冲击过电压的损坏，且试验过程简单，易于掌握。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种避雷器直流续流试验装置，其特征在于，包括：直流电压发生器(1)、冲击电压发生器(2)、冲击侧保护单元(3)、测量单元(4)和直流侧保护单元(5)，其中，所述直流电压发生器(1)的输出端连接有直流侧保护单元(5)，并联于被测试品两端，产生直流高压作用于被测试品；所述冲击电压发生器(2)的输出端连接有冲击侧保护单元(3)，并联于被测试品两端，产生冲击过电压作用于被测试品；所述冲击侧保护单元(3)用于隔离直流高压与冲击过电压；所述测量单元(4)用于测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流；所述直流侧保护单元(5)用于抑制直流电压发生器输出端过电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电压发生器(1)由高频变压器通过高压硅堆向级联电容器组进行充电，产生直流高压。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲击电压发生器(2)由试验变压器经充电电阻向并联的电容器组充电；触发冲击点火球隙导通时，所述电容器组通过所述冲击点火球隙串联放电，产生冲击过电压；冲击侧保护单元(3)被击穿导通，使得直流高压与冲击过电压联合作用于被测试品。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲击侧保护单元(3)为保护球隙或直流避雷器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量单元(4)包括分压器和分流器，所述分压器并联于被测试品，用于测量被测试品两端的电压；所述分流器串联于被测试品，用于测量流过被测试品的电流。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流侧保护单元(5)由保护电容、电阻和电感组成，所述保护电容与所述直流电压发生器(1)并联，所述电感与电阻串联后、连接于所述直流电压发生器(1)的输出端；或者，
所述直流侧保护单元(5)由直流避雷器、电阻和电感组成，所述直流避雷器与所述直流电压发生器(1)并联，所述电感与电阻串联后、连接于所述直流电压发生器(1)的输出端。
7.一种采用权利要求1至6任一所述试验装置的避雷器直流续流试验方法，其特征在于，包括：
S1，对冲击电压发生器进行充电，同时，运行直流电压发生器；
S2，触发冲击电压发生器产生冲击过电压；
S3，测量被测试品两端的电压以及流过被测试品的电流，并基于所述电压的测量值和所述电流的测量值，评估被测试品的直流续流特性。
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