CN113702875B - 快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法 - Google Patents

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Abstract

公开了快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，方法中，快脉冲直线变压器驱动源具有多级内导体，在每级内导体的预定高度安装多个电压传感器，多个电压传感器中的相邻两个电压传感器之间相距预定角度，每级内导体的多个电压传感器接入同一个示波器以同步采集多个电压传感器的波形极性特征，快脉冲直线变压器驱动源自放电时，示波器采集到每一级的多个电压传感器的波形极性特征，通过每级波形极性特征的极性差异判断自放电所在级，然后根据自放电所在级的波形极性特征产生的先后时序分析判断自放电所在支路。

Description

快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法
技术领域
本发明涉及电力工业脉冲功率技术领域，尤其涉及一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法。
背景技术
快脉冲直线型变压器驱动源(FLTD)是一种能够产生百纳秒上升沿、数百千伏电压和兆安级电流的大型脉冲功率装置，其在闪光照相、Z箍缩与惯性约束核聚变、以及高能物理研究领域具有非常广阔的应用前景。
快脉冲直线型变压器驱动源(FLTD)基本原理为，每一级FLTD模块上并联有多个电容器-气体开关支路，在同一时刻触发导通，通过环形磁芯将电压耦合到磁芯中心的内导体上，控制每一级触发导通的时序，使得每一级的电压沿着内导体和模块电极之间形成的传输线依次叠加，最终输出到顶部负载上。
然而，由于FLTD中包含了数量庞大的气体开关和电容器支路，某些支路的气体开关在同步触发之前发生自放电的现象很难完全避免。尽管偶然的自放电不会对装置整体性能产生较大影响，但是某些支路的长期自放电故障就意味着该处的气体开关及电容器存在很大的安全隐患，需要及时排查维护；自放电也会导致同级其他电容器支路在触发前承受更高的过电压，不利于长期稳定运行。而FLTD装置体积庞大，结构复杂，频繁拆装检测导致效率十分低下。因此通过外部测量手段检测工作中发生的自放电故障以及定位故障支路尤为重要。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法。能够通过实时波形采集快速判断精准自放电支路位置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法包括：
第一步骤，快脉冲直线变压器驱动源具有多级内导体，在每级内导体的预定高度安装多个电压传感器，多个电压传感器中的相邻两个电压传感器之间相距预定角度，
第二步骤，每级内导体的多个电压传感器接入同一个示波器以同步采集多个电压传感器的波形极性特征，
第三步骤，快脉冲直线变压器驱动源自放电时，示波器采集到每一级的多个电压传感器的波形极性特征，通过每级波形极性特征的极性差异判断自放电所在级，然后根据自放电所在级的波形极性特征产生的先后时序分析判断自放电所在支路。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第三步骤中，放电所在级及下游各级测得波形极性特征与负载电压波形极性一致，放电所在级上游各级测得电压波形与负载电压波形极性相反以判断自放电所在级。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第一步骤中，预定角度为60°。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第一步骤中，每级的多个电压传感器之间均匀分布。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第一步骤中，电压传感器为自积分式的非接触式电压传感器。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第一步骤中，电压传感器通过BNC电缆头用双层屏蔽电缆引出。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，第二步骤中，所述示波器为通道自触发模式。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，电压传感器以水传输线内外产生的结构电容作为高压臂，内置集中电容作为低压臂测量出各级的电压波形。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，所述电压传感器布置于内导体的内壁。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法中，快脉冲直线变压器驱动源具有四级内导体，在四级内导体中每一级预定高度安装电压传感器；每一级安装六个；每一级相邻两个电压传感器之间相距60°。
在上述技术方案中，本发明提供的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，具有以下有益效果：本发明所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法针对任意发生的自放电故障，均可通过上述方法检测到特定特征的波形，通过上述流程定位到具体的放电支路，大大提高了故障检测的效率和准确性，在FLTD装置开展实验应用过程中具有重要的实用价值。与现有的在每个开关处安装传感器用于监测放电发生时刻的方法相比，大大节省了测量成本，能够通过实时波形采集快速判断精准自放电支路位置，同时也保证了放电定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的各级电压传感器布置的轴向位置示意图；
图2为本发明中快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的各级周向位置和传感器、支路编号示意图；
图3为本发明中快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的自放电时采集到的FLTD各级电压的波形示意图；
图4为本发明中快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的自放电时采集到的自放电所在级各个电压传感器的波形示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“项”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法包括，
第一步骤，快脉冲直线变压器驱动源具有多级内导体，在每级内导体的预定高度安装多个电压传感器，多个电压传感器中的相邻两个电压传感器之间相距预定角度，
第二步骤，每级内导体的多个电压传感器接入同一个示波器以同步采集多个电压传感器的波形极性特征，
第三步骤，快脉冲直线变压器驱动源自放电时，示波器采集到每一级的多个电压传感器的波形极性特征，通过每级波形极性特征的极性差异判断自放电所在级，然后根据自放电所在级的波形极性特征产生的先后时序分析判断自放电所在支路。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第三步骤中，放电所在级及下游各级测得波形极性特征与负载电压波形极性一致，放电所在级上游各级测得电压波形与负载电压波形极性相反以判断自放电所在级。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第一步骤中，预定角度为60°。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第一步骤中，每级的多个电压传感器之间均匀分布。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第一步骤中，电压传感器为自积分式的非接触式电压传感器。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第一步骤中，电压传感器通过BNC电缆头用双层屏蔽电缆引出。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，第二步骤中，所述示波器为通道自触发模式。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，电压传感器以水传输线内外产生的结构电容作为高压臂，内置集中电容作为低压臂测量出各级的电压波形。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，所述电压传感器布置于内导体的内壁。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，快脉冲直线变压器驱动源具有四级内导体，在四级内导体中每一级预定高度安装电压传感器；每一级安装六个；每一级相邻两个电压传感器之间相距60°。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，所述预定高度和每级内导体的高度与每级电压传感器个数之比呈比例关系。
所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法的优选实施方式中，
在一个实施例中，所述波形极性特征包括电压波形。
在一个实施例中，自积分式的非接触式电压传感器作为测量设备有别于传统D-dot需要外部积分器的工作原理，其输出信号不需要再通过外部积分，能够得到与实际电压一致的波形特征，提高了波形分析和判断的效率。
在一个实施例中，在四级FLTD平台内导体上按照如下的方法布置电压传感器：在四级中每一级所对应的高度安装电压传感器；每一级安装六个；每一级相邻两个电压传感器之间相距60°。总计24个电压传感器，通过BNC电缆头用双层屏蔽电缆引出，减小放电带来的电磁干扰。每一级的六个电压传感器接入同一台八通道数字示波器，示波器采用通道自触发模式，用于同步采集同一级上六个电压传感器的波形极性特征。进一步的，自放电时采集到四级24路波形，首先通过四级波形的极性差异判断自放电所在级，具体特征为放电所在级及下游各级测得电压波形为正(与负载电压波形极性一致)，放电所在级上游各级测得电压波形为负(与负载电压波形极性相反)；然后根据自放电所在级的六个波形产生的先后时序分析判断自放电所在具体支路。
在一个实施例中，如图1所示，本发明将电压传感器布置于FLTD内导体内壁，对应于各级FLTD模块的输出电极位置(S1-S4)，电压传感器以感应电极面与水传输线外壁产生的结构电容作为高压臂，内置集中电容作为低压臂测量出各级的电压波形。
如图2所示，本发明在FLTD每一级上安装了六个电压传感器(D1-D6)，依次间隔60°布置，并对电压传感器和FLTD各支路编号(1-24)，便于后续定位分析。
如图3所示，在本发明所述的传感器布置方法下检测到的自放电时的四级波形特征表现为：自放电发生的所在级产生正向脉冲，其向下游(更高级)传播时脉冲同向，向上游(更低级)传播时脉冲反向。因此通过四级电压波形极性特征，可判断出自放电所在级。
参考图3所示实施例下的实测波形，第二级及下游的第三、四级测得波形为正，上游的第一级测得波形为负，判断自放电发生在第二级。
请参阅图4，在本发明所述的传感器布置方法下检测到某一级六个电压传感器的波形特征表现为：六个电压传感器输出类似的波形，波形起始位置存在明显先后时序特征。根据所得到的时序特征，结合图2所示的传感器及FLTD支路编号，即可判断自放电所在具体支路。
参考图4所示实施例下的实测波形，首先观察六个传感器的先后时序依次为1号、6号、2号、5号、3号、4号，脉冲最先抵达1号传感器，且1号与6号、1号与2号传感器之间的波形延时较长可以将自放电范围缩小到20、21、22号这三个支路中；进一步的，波形时序应表现为1号与6号、1号与2号之间的时延基本一致，可以判断自放电发生在21号支路，6号、2号传感器之间的时延很微小，可以认定为可忽略偏差。
进一步通过假设检验，验证支路判断的准确性：若放电发生在20号支路，则放电点到1号、6号、2号传感器的距离差分别1、3、5个支路，则1号和6号、6号和2号传感器采集到的波形时序差应基本相同，这与所得波形特征不符；同理放电也不可能发生在22号支路，由此可以证实此次放电发生在21号支路，其余的3、4、5号三个传感器的时序特征也能够用于进一步支持此推论。
每一级互相间隔120°的三个电压传感器即能够实现自放电支路定位，当前实施例中布置六个传感器是为了能够验证波形时序的正确性，以及进行更多的基础研究，不能认定为本发明的局限性。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，其包括以下步骤：
第一步骤，快脉冲直线变压器驱动源具有多级内导体，在每级内导体的预定高度安装多个电压传感器，多个电压传感器中的相邻两个电压传感器之间相距预定角度，
第二步骤，每级内导体的多个电压传感器接入同一个示波器以同步采集多个电压传感器的波形极性特征，
第三步骤，快脉冲直线变压器驱动源自放电时，示波器采集到每一级的多个电压传感器的波形极性特征，通过每级波形极性特征的极性差异判断自放电所在级，然后根据自放电所在级的波形极性特征产生的先后时序分析判断自放电所在支路。
2.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第三步骤中，放电所在级及下游各级测得电压波形与负载电压波形极性一致，放电所在级上游各级测得电压波形与负载电压波形极性相反以判断自放电所在级。
3.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第一步骤中，预定角度为60°。
4.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第一步骤中，每级的多个电压传感器之间均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第一步骤中，电压传感器为自积分式的非接触式电压传感器。
6.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第一步骤中，电压传感器通过BNC电缆头用双层屏蔽电缆引出。
7.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，第二步骤中，所述示波器为通道自触发模式。
8.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，快脉冲直线变压器驱动源具有四级内导体，在四级内导体中每一级预定高度安装电压传感器；每一级安装六个；每一级相邻两个电压传感器之间相距60°。
9.根据权利要求1所述的一种快脉冲直线变压器驱动源的气体开关自放电定位方法，其特征在于，所述电压传感器布置于内导体的内壁。
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