CN115308585A - 一种直流叠加冲击耐压试验回路及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流叠加冲击耐压试验回路及其试验方法，包括：冲击电压源、直流电压源、保护设备、测量设备和多通道数字测量仪器；冲击电压源包括并联设置的冲击电压发生器和弱阻尼电容分压器；所述直流电压源包括直流电压发生器、滤波电容器和电阻分压器；直流电压源的高压端连接保护电阻R_P的一端，保护电阻R_P的另一端连接直流GIS产品的高压端，保护电阻R_P的底座接地；测量设备包括通用分压器和多通道数字测量仪器；通用分压器和直流GIS产品并联；多通道数字测量仪器分别连接弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器。本发明合理设计电源设备、保护设备和测量设备，并将其有序布置，构建了直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路。

Description

一种直流叠加冲击耐压试验回路及其试验方法

技术领域

本发明属于GIS产品试验技术领域，涉及一种直流叠加冲击耐压试验回路及其试验方法。

背景技术

直流GIS产品采用全封闭式结构，布局紧凑，占地面积小，可靠性高，环境适应性强，特别适用于远海风电柔直送出系统对直流设备体积小、可靠性高的要求。通常远海风电柔直送出系统的中性线、极线、变压器与阀塔间连接等位置均需要用到直流GIS产品。直流GIS产品主要面向于海上风电市场，特别是远海领域，满足海上换流站客户的需求，市场潜力巨大。

在“碳中和”目标下，一场以大力开发利用可再生能源为主题的能源革命正在大势兴起，海上风电将迎来大好的发展趋势。

技术文件CIGRE 842中规定了直流GIS产品的相关绝缘试验，提出应该进行直流GIS产品的直流叠加冲击耐受能力的考核，但此试验属于合成试验，试验回路的构建、试验流程以及试验回路中关键设备的选取都是亟待解决的核心技术问题。

现有技术中与包括内容直流叠加冲击耐压试验回路最接近的技术方案：①采用水电阻串联在直流电压发生器与直流GIS产品之间作为直流电压发生器的保护设备；②采用球间隙串联在冲击电压发生器与直流GIS产品之间作为冲击电压发生器的保护设备；③对直流GIS产品上的合成电压不进行直接测量，而是通过分别测量直流电压发生器和冲击电压发生器所产生的电压，然后对所测电压进行计算求得合成电压。

(2)现有技术中与包括内容直流叠加冲击耐压试验的试验流程以及试验回路中关键设备的参数选取方法最接近的技术方案：目前现有技术中的试验流程是采用在直流电压施加一段时间后退掉直流电压，然后单一施加冲击电压的方法进行试验，与实际运行状况不符。试验回路中关键设备的参数选取方法均是根据直流GIS产品的绝缘试验参数，通过经验进行选取，尚未形成系统性、科学性的关键设备参数选取方法。

从两方面以因果关系推理的方式推导出现有技术的缺点：

(1)现有技术中包括内容直流叠加冲击耐压试验回路最接近的技术方案的缺点：

①采用水电阻串联在直流电压发生器与直流GIS产品之间作为直流电压发生器的保护设备所存在的缺点：在直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验中，水电阻需要长期持续承受直流电压，水电阻会产生电晕、温度升高等情况，进而导致水电阻的阻值变化和水位蒸发等情况，长期运行时会导致水电阻失效，进而失去其作为保护设备的价值，从而造成直流电压发生器的损坏。同时，水电阻的制作工艺较为繁琐，环境适应性差且极易受污染，因此水电阻的安全性和可靠性较低，不适宜作为持续运行时的保护设备。

②采用球间隙串联在冲击电压发生器与直流GIS产品之间作为冲击电压发生器的保护设备所存在的缺点：在直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验中，球间隙的一端需要长期持续承受直流电压，另一端连接冲击电压发生器的高压端。当冲击电压发生器输出冲击电压时，需要首先击穿球间隙，球间隙的击穿会导致冲击电压的波形出现畸变，如出现双峰值现象、过冲、波前时间及波尾时间的改变，进而影响试验结果。当球间隙被冲击电压击穿的瞬间，直流电压会施加于冲击电压发生器上，球间隙会暂时失去其作为保护设备的价值，对冲击电压发生器造成损害，且直流电压灭弧较为困难，需要保证球间隙的间隙距离极大，但球间隙的间隙距离过大又会导致冲击电压发生器的输出电压极高，因此会导致作为电源设备的冲击电压发生器的成本极高。同时，球间隙在多次放电后，易形成烧蚀痕迹，影响其电场分布情况，因此球间隙的安全性和可靠性较低，不适宜作为持续运行时的保护设备。

③对直流GIS产品上的合成电压不进行直接测量，而是通过分别测量直流电压发生器和冲击电压发生器所产生的电压进行计算所得合成电压所存在的缺点：GB/T16927.1-2011第9.3.4条规定合成电压的电压和时间特性应由一套安装在试品连接点与对地间的测量系统测量。因此，通过分别测量直流电压发生器和冲击电压发生器所产生的电压进行计算而得到直流GIS产品的合成电压的方法不符合合成电压测量的规定，且按照此方法进行测量时，由于试验回路中诸多保护设备存在分压关系，需要对测量数据进行计算处理，容易导致试验结果产生较大误差。

(2)现有技术中所包括内容直流叠加冲击耐压试验的试验流程以及试验回路中关键设备的参数选取方法最接近的技术方案的缺点：目前现有技术中的试验流程是采用在直流电压施加一段时间后退掉直流电压，然后单一施加冲击电压的方法进行试验，与实际运行状况不符，降低了对于直流GIS产品绝缘特性的考核效果。试验回路中关键设备的参数选取方法均是根据直流GIS产品的绝缘试验参数，通过经验进行选取。往往根据经验所选取的关键设备参数，要么是参数选取较高，造成成本高；要么是参数选取较低，造成稳定性差；根据经验进行关键设备参数的选取缺乏系统性和科学性，不适用于试验回路的合理设计。

发明内容

为解决现有技术中直流GIS产品的直流叠加冲击耐受能力的考核，但此试验属于合成试验的问题，本发明提供一种直流叠加冲击耐压试验回路及其控制方法，本发明合理设计电源设备、保护设备和测量设备，并将其有序布置，构建了直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流叠加冲击耐压试验回路，包括：冲击电压源、直流电压源、保护设备、测量设备和多通道数字测量仪器；

所述冲击电压源包括并联设置的冲击电压发生器和弱阻尼电容分压器；

所述直流电压源包括直流电压发生器、滤波电容器和电阻分压器，直流电压发生器串联直流电压发生器本体保护电阻R_DC后，并联滤波电容器和电阻分压器；

所述保护设备包括隔直电容器C_P和保护电阻R_P，冲击电压源的高压端连接隔直电容器C_P的一端，隔直电容器C_P的另一端连接直流GIS产品的高压端；直流电压源的高压端连接保护电阻R_P的一端，保护电阻R_P的另一端连接直流GIS产品的高压端，保护电阻R_P的底座接地；

所述测量设备包括通用分压器和多通道数字测量仪器；通用分压器和直流GIS产品并联；

所述多通道数字测量仪器分别连接弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器。

作为本发明的进一步改进，所述直流电压发生器本体保护电阻R_DC架接安装于直流电压发生器高压端和滤波电容器高压端之间，且无底座。

作为本发明的进一步改进，所述隔直电容器C_P和保护电阻R_P均有两个高压接线端子，且均对地绝缘。

作为本发明的进一步改进，所述隔直电容器C_P和保护电阻R_P均有两个高压接线端子，且均对地绝缘；保护电阻R_P采用金属电阻丝缠绕而成，外表面安装环氧绝缘筒。

作为本发明的进一步改进，所述多通道数字测量仪器具有能够同时显示弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形的显示单元。

一种直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，包括：

对直流叠加冲击耐压试验回路中设备参数选取，设备参数选取后将电源设备、保护设备、测量设备以及直流GIS产品搭建成直流叠加冲击耐压试验回路；所述设备包括电源设备、保护设备和测量设备；

直流电压源进行升压，直至直流GIS产品上所测直流电压达到要求电压后，直流电压源停止升压；

在直流电压继续保持的基础上，冲击电压源施加规定的冲击电压，多通道数字测量仪器读取弱阻尼分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形。

作为本发明的进一步改进，所述电源设备的参数选取包括冲击电压源和直流电压源的参数选取；

所述冲击电压源的参数选取方法如下：

确认直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数，根据仿真计算出直流GIS产品的等效电容值，通过直流GIS产品上的冲击电压反算出冲击电压发生器需要输出的电压；冲击电压等于合成电压减去直流电压；

根据冲击电压发生器需要输出的电压，考虑冲击电压发生器使用的安全裕度，计算出冲击电压发生器的额定电压；

根据冲击电压发生器的额定电压选择配套使用的弱阻尼电容分压器，弱阻尼电容分压器的额定电压等于冲击电压发生器的额定电压，由多通道数字测量仪器的最高输入电压确定弱阻尼电容分压器的变比；

所述直流电压源的参数选取方法如下：

确认直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数，然后根据仿真计算出直流GIS产品的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流GIS产品是串联分压关系，通过直流GIS产品上的直流电压反算出直流电压发生器需要输出的电压；

根据直流电压发生器需要输出的电压，考虑直流电压发生器使用的安全裕度，计算出直流电压发生器的额定电压；

根据直流电压发生器的额定电压选择配套使用的电阻分压器、滤波电容器和直流电压发生器本体保护电阻R_DC，由多通道数字测量仪器的最高输入电压确定多通道数字测量仪器的最高输入电压。

作为本发明的进一步改进，所述保护设备的参数选取包括隔直电容器C_P和保护电阻R_P的参数选取；

所述隔直电容器C_P的参数选取方法如下：

选取隔直电容器C_P的电容值；根据所选取的冲击电压源的结构，计算冲击电压源的等效电容，由于隔直电容器C_P和冲击电压源为串联分压关系，确定隔直电容器C_P电容值的上限；

隔直电容器C_P和直流GIS产品是串联分压关系，确定了隔直电容器C_P电容值的下限；

选取隔直电容器C_P的绝缘参数；隔直电容器C_P采用立式结构，考虑隔直电容器C_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数；隔直电容器C_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的合成电压乘以安全系数；隔直电容器C_P的端间绝缘参数如下方法进行计算：

所述保护电阻R_P的参数选取方法如下：

选取保护电阻R_P的阻值；根据直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数以及直流GIS产品的等效阻值，计算流过保护电阻R_P的电流，考虑保护电阻R_P的发热功率以及制造成本，确定保护电阻R_P的上限；

根据所选取的直流电压源的结构，计算直流电压源的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流电压源为串联分压关系，确定保护电阻R_P的下限；

选取保护电阻R_P的绝缘参数；保护电阻R_P采用立式结构；考虑保护电阻R_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数，保护电阻R_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的直流电压乘以安全系数；保护电阻R_P的端间绝缘参数按通过如下方法进行计算：

安全系数×(合成电压+直流电压)。

作为本发明的进一步改进，所述隔直电容器C_P电容值的上限满足：

隔直电容器C_P的电容值小于冲击电压源1等效电容的0.5％；

所述隔直电容器C_P电容值的下限满足：

隔直电容器C_P的电容值大于20倍的直流GIS产品的等效电容值。

作为本发明的进一步改进，所述测量设备的参数选取包括通用分压器和多通道数字测量仪器的参数选取；

所述通用分压器的参数选取方法如下：

通用分压器的绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的合成电压乘以安全系数，根据多通道数字测量仪器的最高输入电压确定通用分压器的变比且直流电压和冲击电压为同一变比；

所述多通道数字测量仪器的参数选取方法如下：

应至少包含三路测量通道，根据冲击电压的时间特性确定采样率参数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的直流叠加冲击耐压试验回路由冲击电压源、直流电压源、保护设备、测量设备和多通道数字测量仪器组成；通过合理设计电源设备、保护设备和测量设备，并将其有序布置，构建了直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路。并且针对直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验，提出了针对直流电压发生器和冲击电压发生器的有效保护措施。对于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验，提出了针对直流GIS产品上的合成电压的有效测量手段。

进一步，本发明对于所构建的直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路，提供了一套系统性、科学性的关键设备参数选取方法。

进一步，本发明对于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验，提出了符合直流GIS产品实际运行工况的试验流程。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1直流叠加冲击耐压试验回路；

图2冲击电压源的参数选取方法流程图；

图3直流电压源的参数选取方法流程图；

图4隔直电容器CP的参数选取方法流程图；

图5保护电阻RP的参数选取方法流程图；

图6测量设备的参数选取方法流程图；

图7试验流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

相关术语解释

直流GIS产品：至少部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质且应用于直流输电系统的金属封闭开关设备和控制设备。

直流叠加冲击耐压试验：直流GIS产品在长期持续施加额定直流电压的情况下，同时施加冲击电压，且冲击电压应符合标准波形的要求。

通用分压器：一般指阻容混联分压器，可进行直流电压、交流电压以及冲击电压的测量。

本发明的目的是为了提供一种适用于直流GIS产品绝缘试验的试验回路，主要应用于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验，还提供了一种直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，试验方法包括试验流程和试验回路中关键设备的参数选取方法。

本发明的基本方案：

合理选取满足直流GIS产品绝缘试验参数要求的直流电压发生器和冲击电压发生器作为电源设备。合理选取适当阻值的电阻串联在直流电压发生器与直流GIS产品之间作为直流电压发生器的保护设备。合理选取适当电容值的隔直电容器串联在冲击电压发生器与直流GIS产品之间作为冲击电压发生器的保护设备。直流电压发生器选择适当的电阻分压器作为测量设备，测量直流电压发生器所产生的直流电压。冲击电压发生器选择适当的弱阻尼电容分压器作为测量设备，测量冲击电压发生器所产生的冲击电压。直流GIS产品选择适当的通用分压器作为测量设备，测量稳态下的直流电压值以及直流叠加冲击的合成电压值。

基于上述方案，本发明通过一定的方法合理选取电源设备、保护设备和测量设备，并将上述电源设备、保护设备、测量设备以及直流GIS产品有序连接构成直流叠加冲击耐压试验回路。通过一定的试验流程进行直流叠加冲击耐压试验，对直流GIS产品的绝缘特性进行考核。

本发明主要包含两部分：第一部分是直流叠加冲击耐压试验回路，第二部分是直流叠加冲击耐压试验的试验流程以及试验回路中关键设备的参数选取方法。下面将从两方面详细阐述其技术方案：

1)直流叠加冲击耐压试验回路：

直流叠加冲击耐压试验回路主要应用于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验，包括电源设备、保护设备、测量设备以及直流GIS产品这四部分。图1为本发明所设计的直流叠加冲击耐压试验回路。

本发明所设计的直流叠加冲击耐压试验回路的具体组成：

如图1所示，电源设备主要包括两部分，分别是冲击电压源1和直流电压源2。冲击电压源1由冲击电压发生器和弱阻尼电容分压器并联而成。直流电压源2由直流电压发生器串联直流电压发生器本体保护电阻R_DC后，并联滤波电容器和电阻分压器所组成。直流电压发生器本体保护电阻R_DC架接安装于直流电压发生器高压端和滤波电容器高压端之间，没有底座。

如图1所示，保护设备主要包括两部分，分别是隔直电容器C_P和保护电阻R_P。隔直电容器C_P和保护电阻R_P均有两个高压接线端子，且均采用对地绝缘设计。保护电阻R_P采用金属电阻丝缠绕而成，外表面安装环氧绝缘筒加以保护。

如图1所示，测量设备由通用分压器和多通道数字测量仪器两部分组成。通用分压器和直流GIS产品并联，用于测量试验过程中的直流电压以及与冲击电压合成后施加于直流GIS产品上的电压波形。多通道数字测量仪器至少包含3个通道，可以同时显示弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形。

作为可选实施例，如图1所示，本发明的直流叠加冲击耐压试验回路的连接方式：

冲击电压发生器的高压端和弱阻尼电容分压器的高压端相连接，接地端均接地，并联构成冲击电压源1。冲击电压源1的高压端连接隔直电容器C_P的一端，隔直电容器C_P的另一端连接直流GIS产品的高压端，隔直电容器C_P的底座接地。

直流电压发生器的高压端连接直流电压发生器本体保护电阻R_DC的一端，直流电压发生器本体保护电阻R_DC的另一端与并联的滤波电容器和电阻分压器的高压端相连接。直流电压发生器、滤波电容器和电阻分压器的接地端均接地。通过上述连接构成直流电压源2。直流电压源2的高压端连接保护电阻R_P的一端，保护电阻R_P的另一端连接直流GIS产品的高压端，保护电阻R_P的底座接地。

通用分压器的高压端和直流GIS产品的高压端相连接，通用分压器和直流GIS产品的接地端均接地。弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器的测量端均通过测量电缆同时接入多通道数字测量仪器的测量通道，多通道数字测量仪器的接地端接地。

本发明所设计的直流叠加冲击耐压试验回路的使用方法及原理，具体包括：

按照图1所示，将电源设备、保护设备、测量设备以及直流GIS产品有序连接构成直流叠加冲击耐压试验回路。

试验回路布置完成后，首先直流电压源2进行升压，直至直流GIS产品上所测直流电压达到要求电压后，直流电压源2停止升压，并持续维持该电压，维持时间按照标准或用户指定值。

冲击电压源1施加规定的冲击电压，然后在多通道数字测量仪器上读取弱阻尼分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形并进行存储。由于冲击电压和直流电压均施加于直流GIS产品的高压端上，因此本试验属于合成试验。

合成试验既需要注意冲击电压源遭受直流电压的损害，又需要注意直流电压源遭受冲击电压的损害，同时还要准确选取测量仪器测量直流GIS产品上的合成电压。

基于本发明给出的直流叠加冲击耐压试验回路，原理为：

通过合理选取隔直电容器C_P既对冲击电压源1进行了有效保护，又几乎不影响冲击电压源1的输出电压效率和波形。隔直电容器C_P具有隔离直流电压的作用，可以保护冲击电压源1免受直流电压的侵害。同时，隔离电容器C_P和直流GIS产品为串联关系，合理选取隔离电容器C_P的电容值，可以使得冲击电压源1的输出效率和波形几乎不受影响。保护电阻R_P具有阻尼冲击电压的作用，可以保护直流电压源2免受冲击电压的侵害。同时，保护电阻R_P和直流GIS产品为串联关系，合理选取保护电阻R_P的阻值，可以使得直流电压源2的输出效率几乎不受影响。通用分压器既可以测量直流电压，也可以测量冲击电压，在保持其变比一致的情况下可以准确测量合成电压。

2)直流叠加冲击耐压试验的试验流程以及试验回路中关键设备的参数选取方法，包括如下步骤：

直流叠加冲击耐压试验回路中关键设备的参数选取方法主要涉及电源设备、保护设备和测量设备这三种关键设备的参数选取。

其中，电源设备的参数选取主要包括冲击电压源1和直流电压源2这两部分的参数选取。图2为冲击电压源1的参数选取方法流程图，图3为直流电压源2的参数选取方法流程图。

如图2所示，冲击电压源1的参数选取方法如下：

首先应明确直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数(包括合成电压和直流电压)，然后根据仿真计算出直流GIS产品的等效电容值，由于隔直电容器C_P和直流GIS产品是串联分压关系，因此可以通过直流GIS产品上的冲击电压(合成电压减去直流电压)近似反算出冲击电压发生器需要输出的电压。根据冲击电压发生器需要输出的电压，考虑冲击电压发生器使用的安全裕度，计算出冲击电压发生器的额定电压。

下一步，根据冲击电压发生器的额定电压选择配套使用的弱阻尼电容分压器，弱阻尼电容分压器的额定电压等于冲击电压发生器的额定电压，其变比取决于多通道数字测量仪器的最高输入电压。

如图3所示，直流电压源2的参数选取方法如下：

首先应明确直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数(包括合成电压和直流电压)，然后根据仿真计算出直流GIS产品的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流GIS产品是串联分压关系，因此可以通过直流GIS产品上的直流电压近似反算出直流电压发生器需要输出的电压。根据直流电压发生器需要输出的电压，考虑直流电压发生器使用的安全裕度，计算出直流电压发生器的额定电压。

下一步，根据直流电压发生器的额定电压选择配套使用的电阻分压器、滤波电容器和直流电压发生器本体保护电阻R_DC，电阻分压器的变比取决于多通道数字测量仪器的最高输入电压。

其中，保护设备的参数选取主要是包括隔直电容器C_P和保护电阻R_P这两部分的参数选取。图4为隔直电容器C_P的参数选取方法流程图，图5为保护电阻R_P的参数选取方法流程图。

如图4所示，隔直电容器C_P的参数选取方法如下：

第一，应选取隔直电容器C_P的电容值。根据所选取的冲击电压源1的结构，计算冲击电压源1的等效电容，由于隔直电容器C_P和冲击电压源1为串联分压关系，隔直电容器C_P的电容值越小，冲击电压源1所承受的直流电压越低，冲击电压源1在试验中越安全。

作为优选实施例，建议隔直电容器C_P的电容值小于冲击电压源1等效电容的0.5％，确定了隔直电容器C_P电容值的上限。隔直电容器C_P和直流GIS产品是串联分压关系，隔直电容器C_P的电容值越大，直流GIS产品上的冲击电压(合成电压减去直流电压)越高，冲击电压发生器的输出效率越高。

作为优选实施例，建议隔直电容器C_P的电容值大于20倍的直流GIS产品的等效电容值，确定了隔直电容器C_P电容值的下限。结合经济成本等其他因素，可以选取隔直电容器C_P的电容值。

第二，应选取隔直电容器C_P的绝缘参数。隔直电容器C_P采用立式结构，需同时考虑隔直电容器C_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数。隔直电容器C_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数(包括合成电压和直流电压)中的合成电压乘以安全系数。隔直电容器C_P的端间绝缘参数按最严酷的情况考虑通过公式1进行计算：

如图5所示，保护电阻R_P的参数选取方法如下：

第一，应选取保护电阻R_P的阻值。根据直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数以及直流GIS产品的等效阻值，近似计算流过保护电阻R_P的电流，考虑保护电阻R_P的发热功率以及制造成本，确定了保护电阻R_P的上限。

根据所选取的直流电压源2的结构，计算直流电压源2的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流电压源2为串联分压关系，保护电阻R_P的阻值越大，直流电压源2所承受的冲击电压越低，直流电压源2在试验中越安全，由此确定了保护电阻R_P的下限。

第二，应选取保护电阻R_P的绝缘参数。保护电阻R_P采用立式结构，需同时考虑保护电阻R_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数。保护电阻R_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数(包括合成电压和直流电压)中的直流电压乘以安全系数。保护电阻R_P的端间绝缘参数按最严酷的情况考虑通过公式2进行计算：

安全系数×(合成电压+直流电压) 公式2

其中，测量设备的参数选取主要是包括通用分压器和多通道数字测量仪器两部分的参数选取。图6为测量设备的参数选取方法流程图。

如图6所示，通用分压器的参数选取方法如下：

通用分压器的绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数(包括合成电压和直流电压)中的合成电压乘以安全系数，其变比取决于多通道数字测量仪器的最高输入电压，且直流电压和冲击电压为同一变比。

多通道数字测量仪器的参数选取方法如下：

应至少包含3路测量通道，其采样率等参数取决于冲击电压的时间特性。

如图7，为试验流程图，本发明的直流叠加冲击耐压试验试验流程，包括：

首先，按照图1进行试验回路的搭建；

其次，单独施加冲击电压进行调波，使冲击电压波形参数符合要求；

再次，单独施加直流电压并持续维持；

最后，根据需求在直流电压继续保持的基础上施加冲击电压。

基于上述描述，本发明以下优点：

(1)本发明通过合理设计电源设备、保护设备和测量设备，并将其有序布置，构建了直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路，保证了直流GIS产品的有效考核，完全符合技术文件CIGRE 842的相关要求。

(2)本发明充分考虑了直流叠加冲击耐压试验对直流电压发生器的损害，采用保护电阻R_P对直流电压发生器进行有效保护。保护电阻R_P采用金属电阻丝缠绕而成，外表面安装环氧绝缘筒加以保护，其有效地杜绝了类似水电阻产生电晕、温度升高等情况的发生，安全性和可靠性极大的优于现有技术中的水电阻。

(3)本发明充分考虑了直流叠加冲击耐压试验对冲击电压发生器的损害，采用隔直电容器C_P对冲击电压发生器进行有效保护。当冲击电压发生器输出冲击电压时，隔直电容器C_P不会导致冲击电压的波形出现畸变，不影响试验结果。同样，不会像球间隙一样存在灭弧和易形成烧蚀痕迹等情况的发生，其安全性和可靠性极大的优于现有技术中的球间隙。

(4)本发明充分考虑了直流叠加冲击耐压试验中对于直流GIS产品的电压的测量，使其测量方法完全符合标准要求，且无误差，完全优于现有技术中的计算的方法。

(5)本发明为所构建的直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验回路中的电源设备、保护设备和测量设备提供了一套系统性、科学性的选取方法。这一选取方法使得参数的选取更加科学严谨，杜绝了盲目性和经验化，完全优于现有技术中的经验选取。

(6)本发明充分考虑了直流GIS产品的实际运行工况，设计了一套科学性、实用性的直流叠加冲击耐压试验流程，完全优于现有技术中的直流施加一段时间退掉后施加冲击电压的流程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种直流叠加冲击耐压试验回路，其特征在于，包括：冲击电压源、直流电压源、保护设备、测量设备和多通道数字测量仪器；

所述冲击电压源包括并联设置的冲击电压发生器和弱阻尼电容分压器；

所述直流电压源包括直流电压发生器、滤波电容器和电阻分压器，直流电压发生器串联直流电压发生器本体保护电阻R_DC后，并联滤波电容器和电阻分压器；

所述保护设备包括隔直电容器C_P和保护电阻R_P，冲击电压源的高压端连接隔直电容器C_P的一端，隔直电容器C_P的另一端连接直流GIS产品的高压端；直流电压源的高压端连接保护电阻R_P的一端，保护电阻R_P的另一端连接直流GIS产品的高压端，保护电阻R_P的底座接地；

所述测量设备包括通用分压器和多通道数字测量仪器；通用分压器和直流GIS产品并联；

所述多通道数字测量仪器分别连接弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器。

2.根据权利要求1所述的直流叠加冲击耐压试验回路，其特征在于，所述直流电压发生器本体保护电阻R_DC架接安装于直流电压发生器高压端和滤波电容器高压端之间，且无底座。

3.根据权利要求1所述的直流叠加冲击耐压试验回路，其特征在于，所述隔直电容器C_P和保护电阻R_P均有两个高压接线端子，且均对地绝缘。

4.根据权利要求1所述的直流叠加冲击耐压试验回路，其特征在于，所述隔直电容器C_P和保护电阻R_P均有两个高压接线端子，且均对地绝缘；保护电阻R_P采用金属电阻丝缠绕而成，外表面安装环氧绝缘筒。

5.根据权利要求1所述的直流叠加冲击耐压试验回路，其特征在于，所述多通道数字测量仪器具有能够同时显示弱阻尼电容分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形的显示单元。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，其特征在于，包括：

对直流叠加冲击耐压试验回路中设备参数选取，设备参数选取后将电源设备、保护设备、测量设备以及直流GIS产品搭建成直流叠加冲击耐压试验回路；所述设备包括电源设备、保护设备和测量设备；

直流电压源进行升压，直至直流GIS产品上所测直流电压达到要求电压后，直流电压源停止升压；

在直流电压继续保持的基础上，冲击电压源施加规定的冲击电压，多通道数字测量仪器读取弱阻尼分压器、电阻分压器和通用分压器所采集的电压波形。

7.根据权利要求6所述的直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，其特征在于，所述电源设备的参数选取包括冲击电压源和直流电压源的参数选取；

所述冲击电压源的参数选取方法如下：

确认直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数，根据仿真计算出直流GIS产品的等效电容值，通过直流GIS产品上的冲击电压反算出冲击电压发生器需要输出的电压；冲击电压等于合成电压减去直流电压；

根据冲击电压发生器需要输出的电压，考虑冲击电压发生器使用的安全裕度，计算出冲击电压发生器的额定电压；

根据冲击电压发生器的额定电压选择配套使用的弱阻尼电容分压器，弱阻尼电容分压器的额定电压等于冲击电压发生器的额定电压，由多通道数字测量仪器的最高输入电压确定弱阻尼电容分压器的变比；

所述直流电压源的参数选取方法如下：

确认直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数，然后根据仿真计算出直流GIS产品的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流GIS产品是串联分压关系，通过直流GIS产品上的直流电压反算出直流电压发生器需要输出的电压；

根据直流电压发生器需要输出的电压，考虑直流电压发生器使用的安全裕度，计算出直流电压发生器的额定电压；

根据直流电压发生器的额定电压选择配套使用的电阻分压器、滤波电容器和直流电压发生器本体保护电阻R_DC，由多通道数字测量仪器的最高输入电压确定多通道数字测量仪器的最高输入电压。

8.根据权利要求6所述的直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，其特征在于，所述保护设备的参数选取包括隔直电容器C_P和保护电阻R_P的参数选取；

所述隔直电容器C_P的参数选取方法如下：

选取隔直电容器C_P的电容值；根据所选取的冲击电压源的结构，计算冲击电压源的等效电容，由于隔直电容器C_P和冲击电压源为串联分压关系，确定隔直电容器C_P电容值的上限；

隔直电容器C_P和直流GIS产品是串联分压关系，确定了隔直电容器C_P电容值的下限；

选取隔直电容器C_P的绝缘参数；隔直电容器C_P采用立式结构，考虑隔直电容器C_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数；隔直电容器C_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的合成电压乘以安全系数；隔直电容器C_P的端间绝缘参数如下方法进行计算：

所述保护电阻R_P的参数选取方法如下：

选取保护电阻R_P的阻值；根据直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数以及直流GIS产品的等效阻值，计算流过保护电阻R_P的电流，考虑保护电阻R_P的发热功率以及制造成本，确定保护电阻R_P的上限；

根据所选取的直流电压源的结构，计算直流电压源的等效阻值，由于保护电阻R_P和直流电压源为串联分压关系，确定保护电阻R_P的下限；

选取保护电阻R_P的绝缘参数；保护电阻R_P采用立式结构；考虑保护电阻R_P的对地绝缘参数和端间绝缘参数，保护电阻R_P的对地绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的直流电压乘以安全系数；保护电阻R_P的端间绝缘参数按通过如下方法进行计算：

安全系数×(合成电压+直流电压)。

9.根据权利要求8所述的直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，其特征在于，所述隔直电容器C_P电容值的上限满足：

隔直电容器C_P的电容值小于冲击电压源1等效电容的0.5％；

所述隔直电容器C_P电容值的下限满足：

隔直电容器C_P的电容值大于20倍的直流GIS产品的等效电容值。

10.根据权利要求6所述的直流叠加冲击耐压试验回路的试验方法，其特征在于，所述测量设备的参数选取包括通用分压器和多通道数字测量仪器的参数选取；

所述通用分压器的参数选取方法如下：

通用分压器的绝缘参数等于直流GIS产品的直流叠加冲击耐压试验的试验参数中的合成电压乘以安全系数，根据多通道数字测量仪器的最高输入电压确定通用分压器的变比且直流电压和冲击电压为同一变比；

所述多通道数字测量仪器的参数选取方法如下：

应至少包含三路测量通道，根据冲击电压的时间特性确定采样率参数。

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