CN205317895U - 一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路 - Google Patents

Abstract

一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，它涉及一种小电容试样试验电路。本实用新型为了解决现有的指数衰减震荡波电路不适用片状试样，造成试样试验结果不准确的问题。本实用新型的调压器的输入端连接电网，调压器的输出端连接变压器的输入端，变压器的高压输出端通过依次连接的保护电阻、常闭开关和充电电感连接变压器的低压输出端，第一电容分压器的高压臂接在保护电阻和常闭开关之间，第一电容分压器的低压臂连接变压器的低压输出端，阻尼电阻和小电容试样串联后并接在充电电感的两端，第二电容分压器并接在小电容试样的两端，示波器并接在第二电容分压器的低压臂两侧。本实用新型对于片状试验施加指数衰减震荡波的试验结果更加精确。

Description

一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路

技术领域

本实用新型涉及一种小电容试样试验电路，具体涉及一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，属于小电容试验技术领域。

背景技术

电抗器是一种应用于电力系统中的重要电力设备，干式空心电抗器因其损耗小、电抗线性度好、不存在磁饱和、结构简单等优点得到了广泛使用。近年，随着投运数量及运行年限的增加干式空心电抗器出现很多问题，甚至造成设备烧毁。电抗器的可靠性关系着电网的安全运行，一旦其出现故障必将给电力系统及社会带来不可估量的直接或间接的经济损失。从国内外干式空心电抗器的实际运行状况和大量统计资料来看，绕组的匝间绝缘击穿故障占干式空心电抗器运行故障中的65％以上。按照年限统计，运行7年以上的电抗器故障率较高，表明匝间绝缘损坏是一个比较缓慢的过程，但具体原因并不明确。因此，虽然可以通过定期对干式空心电抗器匝间绝缘进行检验,查出存在匝间绝缘缺陷的电抗器，并将其更换的办法可以减少由于干式空心电抗器匝间绝缘故障给电力系统带来的威胁，但是这并不能从根本上解决问题。因此研究干式空心电抗器匝间绝缘的损坏过程及老化机理至关重要。

通过对干式空心电抗器匝间绝缘故障成因、机理以及故障发生、发展的过程进行探索，找到引起干式空心电抗器匝间绝缘故障的主要原因，并据此对干式空心电抗器的设计、生产、检验和运行提出相应的改进措施，以期达到提高干式空心电抗器的产品质量，降低运行过程中其匝间绝缘的故障率，进而达到减少由于干式空心电抗器匝间绝缘故障给电力系统安全运行带来的威胁、降低经济损失的目的。为了揭示电抗器匝间绝缘故障根本原因，研究电抗器匝间绝缘材料的击穿场强是极其必要的，因为表征绝缘材料耐电强度最直接的参数就是击穿场强。考虑到电抗器在正常运行过程中投切电抗器时产生的过电压是绝缘的最大威胁，因此，用指数衰减振荡波下的击穿场强表征绝缘的击穿特性比较合理。一般对干式空心电抗器施加指数衰减振荡波的电路是通过对一个电容充电并经球隙对电抗器放电来实现，在电路中电抗器相当于一个电感与充电电容形成振荡而产生一个具有指数衰减正弦波形的操作冲击。而在研究绝缘材料时是使用片状试样，这种类型的试样在电路中相当于小电容，一般施加指数衰减振荡波的电路并不适合。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的指数衰减震荡波电路不适用片状试样，造成试样试验结果不准确的问题。

本实用新型的技术方案是：一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，包括调压器、变压器、保护电阻、第一电容分压器、充电电感、常闭开关、阻尼电阻、小电容试样、第二电容分压器和示波器，所述调压器的输入端连接电网，调压器的输出端连接变压器的输入端，变压器的高压输出端通过依次连接的保护电阻、常闭开关和充电电感连接变压器的低压输出端，所述第一电容分压器的高压臂接在保护电阻和常闭开关之间，第一电容分压器的低压臂连接变压器的低压输出端，所述阻尼电阻和小电容试样串联后并接在充电电感的两端，第二电容分压器并接在小电容试样的两端，所述示波器并接在第二电容分压器的低压臂两侧。

第一电容分压器包括串联的第一高压臂电容和第一低压臂电容。

所述第二电容分压器包括串联的第二高压臂电容和第二低压臂电容，示波器并接在第二低压臂电容的两端。

所述常闭开关为可检测电压波形的可控常闭开关。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型适用于片状试样的试验，通过充电电感对小电容试样放电来产生指数衰减振荡波，与先由充电电容对电感放电再将电压施加在试样上的电路相比，降低了对开关的要求；可以通过调节可调电感，实现指数衰减振荡电压振荡频率的调节，对于片状试验施加指数衰减震荡波的试验结果更加精确。

附图说明

图1，本实用新型的电路示意图；

图2，本实用新型的实施例的仿真电路示意图；

图3，本实用新型实施例的仿真波形。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的具体实施方式，本实施方式的一种给小电容试样10施加指数衰减震荡波的试验电路，包括调压器2、变压器3、保护电阻4、第一电容分压器、充电电感8、常闭开关7、阻尼电阻9、小电容试样10、第二电容分压器和示波器13，所述调压器2的输入端连接电网1，调压器2的输出端连接变压器3的输入端，变压器3的高压输出端通过依次连接的保护电阻4、常闭开关7和充电电感8连接变压器3的低压输出端，所述第一电容分压器的高压臂接在保护电阻4和常闭开关7之间，第一电容分压器的低压臂连接变压器3的低压输出端，所述阻尼电阻9和小电容试样10串联后并接在充电电感8的两端，第二电容分压器并接在小电容试样10的两端，所述示波器13并接在第二电容分压器的低压臂两侧。

第一电容分压器包括串联的第一高压臂电容5和第一低压臂电容6。

所述第二电容分压器包括串联的第二高压臂电容11和第二低压臂电容12，示波器13并接在第二低压臂电容12的两端。

所述常闭开关7为可检测电压波形的可控常闭开关7，本实施方式采用的可控常闭开关7为电压控制型IGBT，其信号在第一电容分压器处采集。

所述充电电感为铁芯可调式可调电感。

由于被测试样是小电容，可以通过电感8储能对其放电来产生指数衰减振荡波。根据RLC串联电路的二阶动态电路方程，设起始电感充电电流为I₀，当时回路产生振荡，小电容试样10电压可以表示为：

$U_c=-\frac{I_0}{C\mathrm{\ω}}{e}^{-\mathrm{\δ}t}sin\left(\mathrm{\ω}t\right);$

其中为衰减系数，为实际振荡角频率，为固有振荡角频率。

可见施加在小电容试样10上的电压与充电电感8的起始电流有关，根据电工理论的基础知识电感8负载上的电流相位滞后电压相位90°。因此采用一个可检测电压波形可控常闭开关7，使其检测电压波形，当电压波形处于负半周期到正半周期过零时动作，这样可以保证电感8中电流值最大，同时充得负向电流保证产生的指数衰减振荡波为正向。正式实验开始前进行预实验，测得被测干式空心电抗器匝间绝缘材料片状试样的电容值，根据GB1094.6—2011规定阻尼振荡频率在100kHz左右确定充电电感8的值，选用留有较大裕度的可调电感8，以满足不同电容值试样的实验要求。此外，试验变压器3的输出端接有保护电阻4，防止回路中由于放电而出现过流；小电容试样10之后并联有电容分压器，可以实时的监测试验电压的大小和波形。

本实施例的工作过程如下：接通电源后，调节调压器2，使第一电容分压器显示电压即交流电压表数值达到预定电压，同时充电电感8充电，由于可检测电压波形可控常闭开关7作用，充电电感8上充得负向电流，时间常数很小，故充电很快完成。当电压波形处于负半周期到正半周期过零时开关动作，充电电感8经阻尼电阻9对小电容试样10放电，小电容试样10、阻尼电阻9、充电电感8间形成高频脉冲振荡回路，实现对小电容试样10施加指数衰减振荡波。

附图2是根据预实验测得由干式空心电抗器匝间绝缘材料制作的片状试样的电容值为29.2pF，在指数衰减振荡波下的击穿电压为35kV为例基于ORCAD下的PSPICE软件的仿真电路。用V1＝25kV的交流电源代替电路供电设备；保护电阻R1选用30kΩ；用方波脉冲发生器V2与开关S1代替可检测电压波形可控常闭开关，其中设置脉冲电源u1为2V控制开关常闭，u2为0V使开关关断，延时时间为15ms使电感中电流达到最大值且充得负向电流，上升、下降时间均为10ns使开关快速动作；由试样电容C值确定电感L值为86mH，用10kΩ电阻代替阻尼电阻R2。

附图3是由仿真电路产生的指数衰减振荡波的仿真波形。仿真波形符合所需指数衰减振荡波，说明所设计的电路可靠有效。

Claims (4)

1.一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，包括调压器、变压器、保护电阻、第一电容分压器、充电电感、常闭开关、阻尼电阻、小电容试样、第二电容分压器和示波器，其特征在于：所述调压器的输入端连接电网，调压器的输出端连接变压器的输入端，变压器的高压输出端通过依次连接的保护电阻、常闭开关和充电电感连接变压器的低压输出端，所述第一电容分压器的高压臂接在保护电阻和常闭开关之间，第一电容分压器的低压臂连接变压器的低压输出端，所述阻尼电阻和小电容试样串联后并接在充电电感的两端，第二电容分压器并接在小电容试样的两端，所述示波器并接在第二电容分压器的低压臂两侧。

2.根据权利要求1所述一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，其特征在于：第一电容分压器包括串联的第一高压臂电容和第一低压臂电容。

3.根据权利要求1所述一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，其特征在于：所述第二电容分压器包括串联的第二高压臂电容和第二低压臂电容，示波器并接在第二低压臂电容的两端。

4.根据权利要求1所述一种给小电容试样施加指数衰减震荡波的试验电路，其特征在于：所述常闭开关为可检测电压波形的可控常闭开关。