CN109490812B - 纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统,包括高频高压脉冲电源、储能电容器、脉冲形成开关、陡化器以及高压端子，其中所述高频高压脉冲电源与所述储能电容器串联为一体化结构，所述脉冲形成开关通过所述陡化器与所述高压端子相连构成支路，所述支路的两端并联在所述储能电容器的两端。本发明有利于小型化且成本低，且检测可靠性高。

Description

纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其是指一种纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统。

背景技术

电力系统的高压电气设备不可避免地会遭受雷电冲击，因此在型式试验或出厂试验时需利用纳秒冲击电压发生器进行雷电冲击试验。雷电冲击电压持续时间较短，约数微秒至数十微秒，操作冲击电压持续时间较长，约数百至数千微秒。雷电冲击电压和操作冲击电压可由纳秒冲击电压发生器产生。纳秒冲击电压发生器主要用于电力设备等试品进行雷电冲击电压全波、雷电冲击电压截波和操作冲击电压波的冲击电压试验，检验绝缘性能。但是，目前的纳秒冲击电压发生器产生的电压相对较低，难以实现真正的大容量高电压的冲击电压的产生，这样严重制约着高压工程的设计。

电力系统的互感器是一种将电网一次电压、电流转换为100V的二次电压或5A、1A的二次电流的特殊变压器，用于电网的电能计量、电压、电流测量及继电保护，其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等连接，是电力系统一次与二次的联络单元。由于电力系统在运行过程中不断遭受到雷电、操作等的各类过电压，各类过电压将通过电压、电流互感器传递至二次绕组，造成二次设备故障或者损坏，影响电气设备的安全运行。

为了降低传递过电压对二次设备的危害，要求将具有一定波前时间、波尾时间及幅值的冲击波施加于电压、电流互感器，其传递过电压峰值的限值不超过1.6kV。对于GIS中用到的电压、电流互感器，由于会遭受到高频的特快速暂态过电压（Very FastTransient Overvoltage,VFTO），标准规定施加的冲击波为B 类冲击波，传统的纳秒冲击电压发生器试验回路电感加大很难产生波前时间如此短的冲击波，导致了现阶段GIS 用电压互感器的传递过电压试验很难在高电压下实现。另一方面，随着电子式互感器的应用，隔离开合对电子式互感器的影响是造成电子式互感器运行故障的重要原因，严重的可导致保护动作，某些电子式互感器产品甚至于在变电站投运过程中开关分合时都会出现问题，基于这种情况，电子式互感器隔离开关开合容性小电流试验考核电子式互感器在高频过电压情况下的稳定性。但现有技术中是模拟现场运行情况来研制试验回路，每次开关开合时的高频过电压分散性较大，不利于标准化考核。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中纳秒冲击电压发生器产生的电压低、且电子式互感器在高频过电压下稳定性差的问题，从而提供一种纳秒冲击电压发生器产生的电压高、且电子式互感器在高频过电压下稳定性高的纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种纳秒冲击电压发生器，包括高频高压脉冲电源、储能电容器、脉冲形成开关、陡化器以及高压端子，其中所述高频高压脉冲电源与所述储能电容器串联为一体化结构，所述脉冲形成开关通过所述陡化器与所述高压端子相连构成支路，所述支路的两端并联在所述储能电容器的两端。

在本发明的一个实施例中，所述高频高压脉冲电源包括滤波器、逆变器、高频变压器以及倍压整流器，其中所述滤波器与高压直流充电电源相连，所述滤波器通过所述逆变器与所述高频变压器相连，所述高频变压器通过所述倍压整流器与所述储能电容器相连。

在本发明的一个实施例中，所述高频高压脉冲电源还包括取样模块、驱动模块、主控电路以及单片机，其中所述倍压整流器通过所述取样模块与所述主控电路相连，所述主控电路通过所述驱动模块与所述逆变器相连，所述主控模块通过所述单片机与通讯接口相连。

在本发明的一个实施例中，所述脉冲形成开关包括用于产生瞬间高压的高压脉冲触发器，所述高压脉冲触发器包括气体触发管和用于控制所述气体触发管的控制电路。

在本发明的一个实施例中，所述陡化器包括充油的火花间隙或充压缩气体的火花间隙。

在本发明的一个实施例中，所述高频高压脉冲电源包括支撑板、在所述支撑板上圆周排列的电容器和间隔布置的电感器。

本发明还提供了一种用于检测互感器过电压的检测系统，包括上述任意一项所述的纳秒冲击电压发生器以及过渡联结单元，其中所述纳秒冲击电压发生器通过所述过渡联结单元与待测互感器相连。

在本发明的一个实施例中，还包括第一罐体，所述纳秒冲击电压发生器位于所述第一罐体内，所述纳秒冲击电压发生器的高压端子从所述第一罐体中引出。

在本发明的一个实施例中，所述过渡联结单元包括第二罐体和高频电压测量单元，其中所述第二罐体与所述待测互感器相连。

在本发明的一个实施例中，所述第二罐体内设置有检测装置，所述检测装置包括用于对高频高压脉冲电源的输出电压采样并使参数达到设定值的主控电路。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的纳秒冲击电压发生器及用于检测互感器过电压的检测系统，所述高频高压脉冲电源与所述储能电容器串联为一体化结构，有利于减小所述储能电容器及高压电容器充电电源的整体结构尺寸，所述脉冲形成开关通过所述陡化器与所述高压端子相连构成支路，所述脉冲形成开关决定于脉冲发生器输出脉冲的上升时间、波形和幅值，且所述支路的两端并联在所述储能电容器的两端，从而有利于减小负荷电容和回路电感，能够产生B 类冲击波，能满足 1000kV及以下电压等级 GIS 用电压、电流互感器传递过电压试验，有利于互感器的标准化地检测，考核电子式互感器在高频过电压下的稳定性；另外，由于结构简单，因此成本低，且检测可靠性高。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明纳秒冲击电压发生器的电路图；

图2是本发明高频高压脉冲电源的原理示意图；

图3是本发明高压脉冲触发器的原理示意图；

图4是本发明陡化器的电路示意图；

图5是本发明高频高压脉冲电源的结构示意图；

图6是本发明用于检测互感器过电压的检测系统的示意图。

说明书附图标记说明：10-纳秒冲击电压发生器，11-高频高压脉冲电源，11A-滤波器，11B-逆变器，11C-高频变压器，11D-倍压整流器，11E-电流取样模块, 11F-电压取样模块，11G-驱动模块，11H-主控电路，11L-单片机,11M-支撑板，11N-电容器，11P-电感器，12-储能电容器，13-脉冲形成开关，13A-气体触发管，14-陡化器，15-高压端子，16-第一罐体，17-保护罩，20-过渡联结单元,21-第二罐体,22-高频电压测量单元，23-连接导体，30-待测互感器。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种纳秒冲击电压发生器10，包括高频高压脉冲电源11、储能电容器12、脉冲形成开关13、陡化器14以及高压端子15，其中所述高频高压脉冲电源11与所述储能电容器12串联为一体化结构，所述脉冲形成开关13通过所述陡化器14与所述高压端子15相连构成支路，且所述支路的两端并联在所述储能电容器12的两端。

本实施例所述纳秒冲击电压发生器10，包括高频高压脉冲电源11、储能电容器12、脉冲形成开关13、陡化器14以及高压端子15，其中所述高频高压脉冲电源11与所述储能电容器12串联为一体化结构，有利于减小所述储能电容器12及高压电容器充电电源的整体结构尺寸，所述脉冲形成开关13通过所述陡化器14与所述高压端子15相连构成支路，所述脉冲形成开关13决定于脉冲发生器输出脉冲的上升时间、波形和幅值，且所述支路的两端并联在所述储能电容器12的两端，从而有利于减小负荷电容和回路电感，能够产生波前时间8-12ns且波尾时间大于100ns的B 类冲击波，能满足 1000kV及以下电压等级 GIS 用电压、电流互感器传递过电压试验，有利于互感器的标准化地检测，考核电子式互感器在高频过电压下的稳定性；另外，由于结构简单，因此成本低，且检测可靠性高。

如图2所示，所述高频高压脉冲电源11包括滤波器11A、逆变器11B、高频变压器11C以及倍压整流器11D，其中所述滤波器11A与高压直流充电电源相连，所述高压直流充电电源提供市电，通过所述滤波器11A将220V的市电转变为24V的直流电，所述滤波器11A通过所述逆变器11B与所述高频变压器11C相连，所述高频变压器11C通过所述倍压整流器11D与所述储能电容器12相连，所述逆变器11B对24V的直流电进行PWM逆变，随后经过所述高频变压器11C、倍压整流器11D后产生高压输出，对所述储能电容器12进行充电。

所述高频高压脉冲电源11还包括取样模块、驱动模块11G、主控电路11H以及单片机11L，其中所述倍压整流器11D通过所述取样模块与所述主控电路11H相连，所述主控电路11H通过所述驱动模块11G与所述逆变器11B相连，所述主控模块11H通过所述单片机11L与通讯接口相连。所述取样模块包括电流取样模块11E和电压取样模块11F。所述主控电路11H通过对输出电压、输出电流进行采样，使相应参数达到设定值。所述高压直流充电电源主要参数如下：输出电压0至-20 kV 连续可调，步长0.1kV，输出电流0-10mA 连续可调节，步长0.1 mA，供电：AC 220V 50Hz。

所述脉冲形成开关13包括用于产生瞬间高压的高压脉冲触发器，如图3所示，所述高压脉冲触发器包括气体触发管13A和用于控制所述气体触发管13A的控制电路。所述高压脉冲触发器的工作原理为：通过高压高频开关电源给储能电容进行充电后，当触发信号输入时，通过触发所述控制电路控制所述气体触发管13A的开通，产生一个瞬间的高压输出。所述高压脉冲触发器的主要参数如下：供电电压：交流220V 50Hz，高压脉冲输出极性：负，高压脉冲输出幅度：8－12kV之间连续可调。稳定度≤1%，输出脉冲前沿：≤50 ns，输出脉宽75欧姆负载：≥1μs，触发延迟：≤500 ns，触发方式：手动触发和外部光信号触发，外触发信号：ST接口，光信号脉宽≥10μs。所述脉冲形成开关13采用火花间隙闭合开关或新型快速闭合脉冲开关。

如图4所示，所述陡化器14包括充油的火花间隙或充压缩气体的火花间隙。当火花间隙g0动作，向导线Z1送入一个不太陡的原始脉冲。由于间隙放电由一定时延，当原始脉冲到所述陡化器14，并电压已上升到击穿值，间隙也不马上放电。如间隙放电的时延超过原始脉冲的波头时间，当间隙动作时，已处在原始脉冲的幅值电压之下。间隙很快击穿后进入导线Z2的将是一个变陡了的脉冲。如末端经波阻抗接地，陡化后脉冲到达终端将无反射波。油间隙比一般空气间隙放电时延长，动作时间短，是一种比较方便的陡化器，可获得几个ns的波头，油间隙的分散性较大，而且油的绝缘强度有一定限度不如用很高气压的压缩气体间隙，可以更好地起到陡化的作用。

如图5所示，所述高频高压脉冲电源11包括支撑板11M、在所述支撑板11M上圆周排列的电容器11N和间隔布置的电感器11P。另外，所述纳秒冲击电压发生器10包括用于调波的薄膜电阻，这减小了电阻的残余电感和趋肤效应。所述脉储能电容器12包括钛酸钡电容器，而采用介电系数高的钛酸钡电容器有利于缩小电容器的尺寸。所述纳秒冲击电压发生器10为整个结构装在密封的氮气罐体中，压缩气体的击穿场强高，绝缘距离大大缩短，连线电感大大减小，有利于形成B类冲击波。所述高频高压脉冲电源11和与所述储能电容器12之间间隔预定距离。

实施例二

如图6所示，本实施例提供一种用于检测互感器过电压的检测系统，包括实施例一所述的纳秒冲击电压发生器10以及过渡联结单元20，其中所述纳秒冲击电压发生器10通过所述过渡联结单元20与待测互感器30相连。

本实施所述用于检测互感器过电压的检测系统，包括实施例一所述的纳秒冲击电压发生器10以及过渡联结单元20，其中所述纳秒冲击电压发生器10通过所述过渡联结单元20与待测互感器30相连，能够更好地检测实际情况下的互感器，有利于互感器的标准化地检测，考核电子式互感器在高频过电压下的稳定性。

所述用于检测互感器过电压的检测系统还包括第一罐体16，所述第一罐体16包括用于调节内部气压的调节阀和测量内部气压的压力传感器。所述纳秒冲击电压发生器10位于所述第一罐体16内，所述纳秒冲击电压发生器10的高压端子15从所述第一罐体16中引出，由于所述纳秒冲击电压发生器10为整个结构装在密封的氮气罐体中，压缩气体的击穿场强高，绝缘距离大大缩短，连线电感大大减小，最终形成了纳秒冲击电压发生装置的B类冲击波。

所述过渡联结单元20包括第二罐体21和高频电压测量单元22，其中所述第二罐体21与所述待测互感器30相连，所述第二罐体21和所述高频电压测量单元22能够精确地检测互感器的性能参数和耐久情况。所述高频电压测量单元22可以是手孔式传感器，其包括GIS手孔，手孔盖板、电极、绝缘薄膜和电缆，电极安装在GIS手孔内，电机和手孔盖板之间的电容构成电容分压器的低压臂电容，电极和高压母线之间的杂散电狗构成高压臂电容，电极相对于手孔盖板的电压信号，分压器的输出信号，熊手孔盖板引出，通过电缆传送到测量记录设备测量GIS内部高压母线和GIS外壳之间的暂态过电压。所述第二罐体21内设置有检测装置和连接导体，其中所述检测装置包括用于对高频高压脉冲电源11的输出电压采样并使参数达到设定值的主控电路，所述高压端子15通过所述连接导体23与所述待测互感器30相连。

所述过渡联结单元20还包括用于对高频高压脉冲电源11的输出电压和输出电流采样并使参数达到设定值的主控电路。所述纳秒冲击电压发生器10上还设有保护罩17。所述第一罐体16为金属圆筒。所述第二罐体21包括暂态电压传感器和暂态电流传感器。

所述待测互感器30是为GIS 电压、电流互感器。

本系统在使用时，先连接所述高频高压脉冲电源11、储能电容器12、脉冲形成开关13和陡化器14形成纳秒冲击电压发生器10；将所述纳秒冲击电压发生器10布置在第一罐体16内，所述第一罐体16内充入氮气，所述高压端子15从所述第一罐体16中引出；所述高压端子15与待测互感器30连接，所述高压端子15产生大于20Kv、波前时间8-12ns且波尾时间大于100ns的冲击电压；所述过渡联结单元20检测所述待测互感器30的电流参数、电压参数和、或过电压参数。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种纳秒冲击电压发生器，其特征在于，包括：

高频高压脉冲电源、储能电容器、脉冲形成开关、陡化器以及高压端子，其中，

所述高频高压脉冲电源与所述储能电容器串联为一体化结构，有利于减小所述储能电容器及高频高压脉冲电源的整体结构尺寸；

所述脉冲形成开关通过所述陡化器与所述高压端子相连构成支路，所述脉冲形成开关决定于脉冲发生器输出脉冲的上升时间、波形和幅值，且所述支路的两端并联在所述储能电容器的两端，从而有利于减小负荷电容和回路电感，能够产生波前时间8-12ns且波尾时间大于100ns的B 类冲击波，能满足 1000kV及以下电压等级 GIS 用电压、电流互感器传递过电压试验，有利于互感器的标准化地检测，考核电子式互感器在高频过电压下的稳定性；

所述高频高压脉冲电源包括滤波器、逆变器、高频变压器以及倍压整流器，其中所述滤波器与高压直流充电电源相连，所述滤波器通过所述逆变器与所述高频变压器相连，所述高频变压器通过所述倍压整流器与所述储能电容器相连；

其中，

通过所述滤波器将220V的市电转变为24V的直流电，所述逆变器对24V的直流电进行PWM逆变，随后经过所述高频变压器、倍压整流器后产生高压输出，对所述储能电容器进行充电。

2.根据权利要求1所述纳秒冲击电压发生器，其特征在于：所述高频高压脉冲电源还包括取样模块、驱动模块、主控电路以及单片机，其中所述倍压整流器通过所述取样模块与所述主控电路相连，所述主控电路通过所述驱动模块与所述逆变器相连，所述主控电路通过所述单片机与通讯接口相连。

3.根据权利要求2所述纳秒冲击电压发生器，其特征在于：所述脉冲形成开关包括用于产生瞬间高压的高压脉冲触发器，所述高压脉冲触发器包括气体触发管和用于控制所述气体触发管的控制电路。

4.根据权利要求1所述纳秒冲击电压发生器，其特征在于：所述陡化器包括充油的火花间隙或充压缩气体的火花间隙。

5.根据权利要求1所述纳秒冲击电压发生器，其特征在于：所述高频高压脉冲电源包括支撑板、在所述支撑板上圆周排列的电容器和间隔布置的电感器。

6.一种用于检测互感器过电压的检测系统，其特征在于：包括权利要求1-5中任意一项所述的纳秒冲击电压发生器以及过渡联结单元，其中所述纳秒冲击电压发生器通过所述过渡联结单元与待测互感器相连。

7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于：还包括第一罐体，所述纳秒冲击电压发生器位于所述第一罐体内，所述纳秒冲击电压发生器的高压端子从所述第一罐体中引出。

8.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于：所述过渡联结单元包括第二罐体和高频电压测量单元，其中所述第二罐体与所述待测互感器相连。

9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于：所述第二罐体内设置有检测装置，所述检测装置包括用于对高频高压脉冲电源的输出电压采样并使参数达到设定值的主控电路。