CN113433442A - 脱离器保护特性实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开的一种脱离器保护特性实验装置，与脱离器连接，包括：充电单元和放电单元；所述充电单元包括：变压模块、整流模块和电容，外部输入电流经变压模块升压后，由所述整流模块整流形成预定电压的直流电后，为所述电容充电；所述放电单元包括：与所述电容连接的放电开关模块，所述电容充电完成后，通过放电开关模块形成阈值时间内特定幅值区间的工频电流，冲击所述脱离器，验证脱离器的保护特性。通过核心电容蓄积经过升压模块和高压硅堆升压整流后的电流，释放后形成短时间大幅值的电流冲击，模拟雷击发生时的雷电效果。省却现有脱离器保护特性实验过程中必须的大功率电源，降低了脱离器保护特性实验的要求。

Description

脱离器保护特性实验装置

技术领域

本发明涉及电气设备防雷领域，尤其涉及一种脱离器保护特性实验装置。

背景技术

避雷器作为电力系统中保护电力设备免受雷电侵害的重要电气设备之一，其自身的状态同样影响着电力系统的安全运行，但避雷器安装运行之后便无法对其状态进行了解。为了减少避雷器劣化而影响线路运行，局方会使用避雷器用脱离器与避雷器配合安装。避雷器用脱离器应在避雷器劣化后，使避雷器安全的退出运行。

现有脱离器存在的问题很多，有些脱离器很难起到保护作用。主要是避雷器的保护特性，即安-秒(A-S)特性不能满足要求，往往造成避雷器损坏了而脱离器拒动，有时甚至避雷器完好而脱离器误动，严重影响系统的安全运行。现阶段脱离器的好坏难以判断，主要是因为使用单位和部分生产单位没有相应试验设备。因为目前脱离器A-S特性试验设备需要的电源功率很大，一般的试验室都难以进行此项试验。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出提出的一种脱离器保护特性实验装置，与脱离器连接，其包括：充电单元和放电单元；所述充电单元包括：变压模块、整流模块和电容，外部输入电流经变压模块升压后，由所述整流模块整流形成预定电压的直流电后，为所述电容充电；所述放电单元包括：与所述电容连接的放电开关模块，所述电容充电完成后，通过放电开关模块形成阈值时间内特定幅值区间的工频电流，冲击所述脱离器，验证脱离器的保护特性。

一个优选的实施方式，所述放电开关模块为放电间隙。

更进一步的实施方式，所述放电单元还包括位于所述电容和所述放电间隙之间，通过调整自身电抗值改变所述电容输出工频电流振荡频率的电抗器。

更进一步的实施方式，调节所述工频电流的震荡频率为50Hz。

一个优选的实施方式，还包括：测量电容放电电流值的分流器。

一个优选的实施方式，还包括电压测量单元：

所述电压测量单元包括：与所述电容并联的第一电阻和测量该电阻电压的电压获取模块，根据该模块获得的第一电阻两端电压得出所述电容的即时电压。

更进一步的实施方式，包括第二电阻，所述第一电阻与该第二电阻串联后，与所述电容并联。

一个优选的实施方式，所述充电单元还包括调压模块，外部电源输入的电流经过调压后输入所述变压模块。

更进一步的实施方式，包括保护电阻，所述变压模块输出端串联该保护电阻串联后，连接所述电容。

更进一步的实施方式，所述整流模块为高压硅堆。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：通过核心电容蓄积经过升压模块和高压硅堆升压整流后的电流，释放后形成短时间大幅值的电流冲击，模拟雷击发生时的雷电效果。省却了现有脱离器保护特性实验过程中必须的大功率电源，降低了脱离器保护特性实验对实验设备、条件的要求，使得一线户外现场用户和较小规模实验室可以灵活开展脱离器保护特性实验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图2为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图3为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图4为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图5为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图6为本发明实验装置一个实施例的模块图；

图7为本发明实验装置一个实施例的工作原理图；

图8为本发明实验装置一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

与避雷器连接的脱离器的保护特性(安-秒A-S特性)的验证/检验试验，需要向避雷器和脱离器输入与自然雷击环境下的瞬时强电流近似的实验电流，需要超大功率的电源，一般的实验室不具备条件，设备现场环境则更无从谈起。

一个实施例，如图1所示：脱离器保护特性实验装置，主要包括充电单元100和放电单元200。

充电单元主要包括变压模块110、整流模块120和存储电能的电容130。

在实际使用场景中，可以使用常见的220V和380V电源作为输入电源，以适应实验室、室内及户外电力设施场景的实验作业。输入电源经过变压模块110升压至设定电压后，输入所述整流模块120，由所述整流模块120进行整流形成高压直流电，为所述电容130进行充电，存储能量。

所述的放电单元200主要包括一放电开关模块210，该模块的输出端连接所述脱离器400(脱离器另一端接地)，所述电容130充电结束后，放电开关模块210开启，所述电容130存储的电能开始释放，形成短时间大幅值冲击电流，冲击脱离器400，以此模拟自然界雷击时的电流，检验脱离器/防雷器的保护特性(安-秒A-S特性)，验证设备是否劣化需要后续维修更换。

本实施例通过采用以电容为核心，变压和升压模块持续利用常用市电进行充电能量蓄积，短时间释放的方案，解决了脱离器实验中，依赖大功率电源的问题，使小功率电源完成实验和安全检验成为可能，降低了目前脱离器保护特性实验要求，特别适用于一般条件实验室，尤其可以在一线电气设备的工作环境场景中进行实验，便利实验检验展开，削减了实验检验成本。

一个实施例，本实施例在上一实施例的基础上，对所述的放电开关模块210做了进一步的限定，在本实施例的实施场景中，所述的放电开关模块210为可控制开闭的放电间隙。该放电间隙一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，另一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，两个电极之间保持规定的间隙距离。

由于放电间隙的本质是一种便携的间隙可调节的保护间隙，在本发明模拟雷电的场景中，尤其是经过一定时间能量蓄积的电容释放时产生的短时间大幅值的电流，具有相当的危险性，采用放电间隙作为放电开关，可以在过电压作用下先期放电可保护作业人员安全。另外，由于放电间隙在绝缘配合上限制了过电压的幅值，相当于排除了沿绝缘子串放电等多种危险发生的不确定性。因此，放电间隙后不仅使作业满足带电作业安全要求，而且放电间隙本身具有的体积小重量轻的优点，也特别适合本发明的实验装置，使得装置整体小型化、便携化，除了可应用于实验室环境外，也特别适用于一线巡检和检验人员在电气设施现场进行实验作业。

一个实施例，本实施例在前述实施例方案的基础上，在所述的电容130和所述的放电开关模块之间增设电抗器140。

当所述的电容130充电，电压达到预设值后，闭合所述的放电开关模块210(放电间隙)，电容130通过所述的电抗器140放电。作为优选的实施方式，可选用空心式、铁心式、干式、油浸式等小体积的电抗器。

由于体积限制的原因，放电单元200的电路等值会比较小，使得最终输出的电流呈振荡形式，通过增加所述的电抗器140，即可以同时获得电容器130的电容量值C和电抗器140的电感值L，通过如下公式(1)调整所述电路的振荡频率f。

式中，f为电流的振荡频率，L为电感值，C为电容量值。一个实施例，调节振荡频率的结果使得振荡频率f＝50Hz。

一个实施例，本实施例在前述实施例的基础上增加分流器220。

由于经过电容130一定时间的能量续集，瞬时放出的电流值很大，远超常规电流表量程，故在本实施例中，所述分流器220分别与所述电容130和作为负载的脱离器400连接，电位端可接电流表。在实际应用过程中，可根据电流表的规格确定分流器220的阻值；可采用插槽式和非插槽式等；在材质选择方面，可选择镀有镍层的锰镍铜合金电阻棒和铜带。额定压降可以使是60、75、100、120、150及300mV等根据电流表进行选择。

通过本实施例增设分流器220的方案，可使得本发明的实验装置在放电阶段的输出可被检测和量化，便于实验过程中，进行后续的运算和操作。同时，分流器的结构简单，小巧轻便，特别适合本发明小型化便携可移动的需求和应用场景。

一个优选的实施例，在前述实施例的基础上增加了获取所述电容130电压的电压测量单元300。作为优选的实施方式，所述的电压测量单元300主要包括与所述电容130并联的第一电阻310，通过电压获取模块320获得所述第一电阻310两端的电压，即通过计算获得电容130的即时电压。

通过采用本实施例的方案，可以实时获取电容130的电压，为监测电容130是否充满。在具体实施场景中，可以通过电压获取模块320获取的电压，判断所述电容130的电压是否达到预设值，以此作为电容能量蓄积完成的依据。

另一个优选的实施例，如图4所示，在本实施例中，采用双电阻并联的方式，即采用第二电阻330与所述的第一电阻310串联后与所述的电容130并联，所述的电压获取模块320与前述实施例一致，获取所述第一电阻310两端的电压。相对于上一实施例，双电阻串联的方案，一可以起到保护检测仪器(电压获取模块320)，防止设备产生的高压直流电损坏检测仪器，其次也可以增加电容130的电压检测精度。

一个优选的实施例，如图5所示，在前述实施例的基础上，最设备最前端与外部输入电源之间增设了调压模块105，外部输入经过调压模块105调压后进入所述的变压模块110，进而由变压模块110和整流模块120完成升压整流动作。

通过引入调压模块105，使得本发明的装置可以适应多种外部电源，比如一般市电220V-380V的电源输入，同时，通过调节参数，可以适配多种其它电压的外部输入，比如110V或其它电池电源输入，拓展了本实施例的实验装置的应用范围，适配多种形式电源，尤其便利户外作业环境。

另一个优选的实施例，所述的电容130和所述的整流模块120之间还设有与所述电容130串联的保护电阻。通过增加保护电阻，可以使所述的电容130在充电过程中，起到限流保护的作用，同时，通过设置保护电阻的阻值，可以调节所述电容130的充电时间，防止因充电过快产生的不良影响(如过热)，增强实验装置实验作业时的安全性。

另一个优选的实施例，所述的整流模块为高压硅堆。在本实施例中，所述的高压硅堆优选的由数个至数十个硅整流二极管串联封装而成。尤其其本身的电气特性，可以满足本发明模拟雷电的高压直流电的整流要求。同时，高压硅堆的体积小、重量轻、机械强度高和无辐射优点，可满足本发明实验装置便携和小型化的要求，特别适用于一般不具备大功率电源的小型实验室场景和户外靠近电气设备的一线环境检修场景。

一个优选的实施例，本实施例给出了具体的可实施方案的原理电路，如图7和图8所示，包括充电回路，电压测量回路和放电动作回路。所述充电回路包括调压器T1、高压试验变压器T2、充电保护电阻R、高压硅堆D、电容C。220V/380V电源经过调压器输入至高压试验变压器进行升压，从高压变压器输出的电压通过高压硅堆进行整流，从而获得高压的直流电，再流经充电保护电阻R向高压电容器C充电。所述电压测量回路包括电阻R1、电阻R2和高压电容器C。电阻R1与电阻R2串联之后并联在电容器两端，测量仪表U并联在R2两端，通过测量R2两端的电压换算出电容器C的即时电压。所述放电动作回路包括电容器C、电抗器L、放点间隙G和分流器S。电容器C电压值达到预设值后，闭合放电间隙G，电容器C通过电抗器L向脱离器O放电，分流器S用于测量放电电流的大小。脱离器在大电流下相当于一个放电间隙，间隙击穿后形成电流。

以上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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种脱离器保护特性实验装置，与脱离器连接，其特征在于包括：

充电单元和放电单元；

所述充电单元包括：

变压模块、整流模块和电容，外部输入电流经变压模块升压后，由所述整流模块整流形成预定电压的直流电后，为所述电容充电；

所述放电单元包括：

与所述电容连接的放电开关模块，所述电容充电完成后，通过放电开关模块形成阈值时间内特定幅值区间的工频电流，冲击所述脱离器，验证脱离器的保护特性。

2.根据权利要求1所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于所述放电开关模块为放电间隙。

3.根据权利要求2所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于所述放电单元还包括位于所述电容和所述放电间隙之间，通过调整自身电抗值改变所述电容输出工频电流振荡频率的电抗器。

4.根据权利要求3所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于调节所述工频电流的震荡频率为50Hz。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于包括：测量电容放电电流值的分流器。

6.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征在于还包括电压测量单元：

所述电压测量单元包括：与所述电容并联的第一电阻和测量该电阻电压的电压获取模块，根据该模块获得的第一电阻两端电压得出所述电容的即时电压。

7.根据权利要求6所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于包括第二电阻，所述第一电阻与该第二电阻串联后，与所述电容并联。

8.根据权利要求1所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于；所述充电单元还包括调压模块，外部电源输入的电流经过调压后输入所述变压模块。

9.根据权利要求8所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于：包括保护电阻，所述变压模块输出端串联该保护电阻串联后，连接所述电容。

10.根据权利要求8所述的一种脱离器保护特性实验装置，其特征还在于：所述整流模块为高压硅堆。

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