CN208367061U - 一种冲击电压发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冲击电压发生装置，其包括上位机、本体、直流高压电源、冲击发生回路；所述直流高压电源包括变压器、硅堆和输出端；所述上位机固定于所述本体内部；其特征在于，所述直流高压电源采用封闭式结构将所述变压器和硅堆固定在所述本体内部，所述输出端将直流电压传递给所述冲击发生回路；所述冲击发生回路的结构是由若干级模块组成的模块化结构，每一级所述模块通过支撑绝缘子和固定支架固定并串联起来。通过本技术方案，能够提高在高电压环境下传递过电压，而且能够提高其安全性能。

Description

一种冲击电压发生装置

技术领域

本实用新型涉及冲击电压领域，尤其涉及一种冲击电压发生装置。

背景技术

以下陈述仅提供与本实用新型有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

电力***用互感器是一种将电网一次电压/电流转换为100/3V、和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***一次与二次的联络单元。由于电力***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，GB/T20840.2《互感器第2部分：电流互感部分：电流互感器补充技术要求》，GB/T20840.3《互感器第3部分：电磁式压互感器补充技术要求》及GB/T20840.5《互感器第5部分：电容式压互感器补充技术要求》等国家标准规定了电压/电流互感器传递过电压试验方法，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不超1.6kV，对于敞开式变电站用的压/电流互感器，标准规定施加的冲击波为A类冲击波，电压峰值为(Um为设备最高电压)，波前时间为0.50×(1±20％)μs，半峰值时间≥50μs，该种冲击波可利用传统的电压发生器实现。而对于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 Fast Transient Overvoltage,VFTO)，标准规定施加的冲击波为B类冲击波，电压峰值为波前时间为10×(1±20％)ns，波尾时间＞100ns，传递过电压参考波形如图1所示，传统的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，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。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型所实现的技术目的是提供一种能提高在高电压环境下传递过电压安全性能的冲击电压发生装置。

为达到上述技术目的，本实用新型所采用的技术方案内容具体如下：

一种冲击电压发生装置，其包括上位机、本体、直流高压电源、冲击发生回路；所述直流高压电源包括变压器、硅堆和输出端；所述上位机固定于所述本体内部；其特征在于，所述直流高压电源采用封闭式结构将所述变压器和硅堆固定在所述本体内部，所述输出端将直流电压传递给所述冲击发生回路；

所述冲击发生回路的结构是由若干级模块组成的模块化结构，每一级所述模块通过支撑绝缘子和固定支架固定并串联起来；

每一级所述模块包括：

高压脉冲电容器；

保护电阻或电感；

充电电阻或电感；

所述高压脉冲电容器的一端通过金属法兰为一极与所述保护电阻或电感连接；所述高压脉冲电容器的另一端通过金属法兰为一极与所述充电电阻或电感连接。

为实现在高电压环境下传递过电压，在本技术方案中，实用新型人提出了上述结构，更具体地，由于本方案的结构，使得冲击电压发生装置中的保护电阻或电感及高压脉冲电容器产生的隔离作用可抑制过电压，实现了过电压的传递，从而降低传递过电压对二次设备的危害，提高了设备的安全性。

需要说明的是，所述封闭式结构，与开放式结构对应，指的是整个装置采用金属罐式封闭结构，里面填充绝缘气体。该结构下装置内部元器件可承受多次真空和正压反复转换而无损坏。

进一步地，所述冲击发生回路采用模块化结构的原因在于使冲放电电路结构对称，可以达到减小装置寄生参数影响的技术效果。模块化结构即通过脉冲电容器和点火开关的合理布局设计，使得开关和电容器形成一个整体，然后通过支撑绝缘子和固定支架将每一级模块固定并串联起来。该模块的结构非常紧凑，电容器和开关之间的连接线很短，可以有效地减小放电回路电感和杂散参数，同时每一级之间的间距也非常小，在一些实施例中约为20-30cm。

优选地，所述本体呈罐式结构。

更优选地，所述本体的内部充有六氟化硫气体。

需要说明的是，将所述本体设置成罐式结构，相较于其他结构而言，罐式结构内充SF6气体，其内部器件通过支撑绝缘子、绝缘板和钢性结构固定，具有尺寸小，连线短，移动比较方便，技术性能比较高等优点，能够有效地进行防震、防风、防尘、防雨及抗老化易打扫，整体结构、紧凑美观等的技术效果。

需要说明的是，在本体内充有六氟化硫气体的作用在于增强装置的绝缘性能。SF6为散热介质，其绝缘强度为8.9kV/mm，采用SF6气体绝缘的冲击电压发生器是目前最为理想的解决方案。SF6作为优良的绝缘体，具有卓越的电气性能，用于冲击电压发生装置中可有效降低装置所需的绝缘距离与体积，同时SF6 气体具有阻燃和防爆的特性，可达到小型轻量，安全无噪声的试验要求。

更优选地，其还包括上位机，所述上位机、直流高压电源和冲击发生回路通过支撑绝缘子、绝缘板和钢性结构固定于所述本体内部。

需要说明的是，将上述部件通过支撑绝缘子、绝缘板和钢性结构固定于所述本体内部的作用在于以有效地进行防震、防风、防尘、防雨及抗老化，提高设备的使用寿命。

优选地，所述输出端通过盆式绝缘子将直流电压传递给所述冲击发生回路。

需要说明的是，所述盆式绝缘子的作用在于使冲放电电路结构对称，减小装置寄生参数影响。为满足小型化设计要求，具有减小装置体积的作用。模块化结构即通过脉冲电容器和点火开关的合理布局设计，使得开关和电容器形成一个整体，然后通过支撑绝缘子和固定支架将每一级模块固定并串联起来。该模块的结构非常紧凑，电容器和开关之间的连接线很短，可以有效地减小放电回路电感和杂散参数，同时每一级之间的间距也非常小，在一些实施例中约为 20-30cm。

更优选地，每一级所述模块还包括：

调波电阻；

所述调波电阻包括波前电阻和放电电阻，当所述冲击电压发生装置动作但试品不放电时，装置的全部能量消耗在放电电阻中；而当试品放电时，装置的全部能量消耗在放电电阻和波前电阻中。

需要说明的是，在一些实施方式中，试品为电容器。当冲击电压发生装置动作而试品不放电即电容器处于充电状态，而试品放电及电容器充满电后进行放电的过程。

需要说明的是，在不同情况下能量在不同部件上能够起到避免发生沿面闪络，且可通过合理选取电阻丝的长度与直径不考虑散热，实现脉动的冲击电压源，并将低电压转化成脉冲高电压的技术效果。

进一步地，每一级模块还包括火花球隙开关，所述火花球隙开关采用多极点火装置结构。

需要说明的是，所述火花球隙开关采用多极点火装置结构，多极点火装置结构采用强制触发方式，无需进行球隙间距调节，操作简单，改善了触发的同步范围。

更进一步地，所述火花球隙开关为两个空心球；所述空心球的材质是铜或铝。

需要说明的是，所述火花球隙开关采用空心球结构，其作用在于可实现等电位均匀放电及保持同时性。另外，综合考虑材料经济型和普遍性(易获得) 及其导电性能、机械强度、耐候性能、价格因素，通常是铜或铝的空心球。

在一些实施方式中，单个所述空心球的球径不小于在满电压充电时两个所述空心球分隔距离的两倍，且所述每一级模块中的火花球隙开关的空心球分隔部分均处于同一垂直线上。

需要说明的是，单个所述空心球的球径不小于在满电压充电时两个所述空心球分隔距离的两倍，可避免电晕，减少火花间隙放电电压的分散性从而可提高同步性能。球径通常取决于充电时的最大电压值。应使球径不小于在满电压充电时两球应分隔距离的1～2倍。

需要说明的是，所述每一级模块中的火花球隙开关的空心球球隙均处于同一垂直线上，这样各级所有火花球隙开关中的两个空心球间隙(中点)，前一级球隙放电时产生的紫外线可照射到后一级球隙，促使其放电，从而提高同步性能。

更进一步地，所述火花球隙开关的触发方式是通过内充氮气的低电感三电极场畸变气体开关实现，所述气体开关与外部气体完全隔离。

需要说明的是，采用此结构，可以避免因点火放电产生衍生物影响六氟化硫气体的绝缘性能，从而完全隔离可避免火花球隙开关的点火电压与间距出现波动及冲击电压发生装置的内部放电现象。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的冲击电压发生装置，该装置结构中的保护电阻或电感及高压脉冲电容器产生的隔离作用可抑制过电压，实现了过电压的传递，从而降低传递过电压对二次设备的危害，提高了设备的安全性；相比于传统的冲击电压发生器试验回路，在大电感试验回路条件下仍可产生波前时间为10ns，波尾时间＞100ns的B类冲击波，可满足1000kV及以下高电压等级GIS用电压/ 电流互感器传递过电压试验；

2、本实用新型的冲击电压发生装置，整个装置采用金属罐式封闭结构，里面填充绝缘气体；该结构下装置内部元器件可承受多次真空和正压反复转换而无损坏；不设出线套管罐式结构，不设出线套管及过渡筒，直接与GIS用电压/ 电流互感器连接，试验回路通过金属法兰屏蔽，进一步缩短了回路并减少了杂散参数的影响；

3、本实用新型的冲击电压发生装置，冲击发生回路采用模块化结构的原因在于使冲放电电路结构对称，可以达到减小装置寄生参数影响的技术效果；

4、本实用新型的冲击电压发生装置，将所述本体设置成罐式结构，相较于其他结构而言，罐式结构内充SF6气体，其内部器件通过支撑绝缘子、绝缘板和钢性结构固定，具有尺寸小，连线短，移动比较方便，技术性能比较高等优点，能够有效地进行防震、防风、防尘、防雨及抗老化易打扫，整体结构、紧凑美观等的技术效果；

5、本实用新型的冲击电压发生装置，在本体内充有六氟化硫气体，SF6作为优良的绝缘体，具有卓越的电气性能，用于冲击电压发生装置中可有效降低装置所需的绝缘距离与体积，同时SF6气体具有阻燃和防爆的特性，可达到小型轻量，安全无噪声的试验要求；

6、本实用新型的冲击电压发生装置，输出端通过盆式绝缘子将直流电压传递给所述冲击发生回路，盆式绝缘子的作用在于使冲放电电路结构对称，减小装置寄生参数影响；

7、本实用新型的冲击电压发生装置，火花球隙开关采用多极点火装置结构，多极点火装置结构采用强制触发方式，无需进行球隙间距调节，操作简单，改善了触发的同步范围；

8、本实用新型的冲击电压发生装置，所述每一级模块中的火花球隙开关的空心球球隙均处于同一垂直线上，这样各级所有火花球隙开关中的两个空心球间隙(中点)，前一级球隙放电时产生的紫外线可照射到后一级球隙，促使其放电，从而提高同步性能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型冲击电压发生装置一种优选实施方式的电路原理示意图；

图2为本实用新型冲击电压发生装置一种优选实施方式的结构设计的剖面示意图；

图3是本实用新型冲击电压发生装置一种优选实施方式中传递过电压测量的试验波形图；

各附图标记如下：

1、电阻；2、脉冲电容器；3、支撑绝缘子。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

实施例1

一种冲击电压发生装置，其包括本体、直流高压电源、冲击发生回路；所述直流高压电源包括变压器、硅堆和输出端；所述直流高压电源采用封闭式结构将所述变压器和硅堆固定在所述本体内部，所述输出端将直流电压传递给所述冲击发生回路；

所述冲击发生回路的结构是由若干级模块组成的模块化结构，每一级所述模块通过支撑绝缘子和固定支架固定并串联起来；

每一级所述模块包括：

高压脉冲电容器；

保护电阻或电感；以及，

充电电阻或电感；

所述高压脉冲电容器的一端通过金属法兰为一极与所述保护电阻或电感连接；所述高压脉冲电容器的另一端通过金属法兰为一极与所述充电电阻或电感连接。

为实现在高电压环境下传递过电压，在本技术方案中，由于本方案的结构，使得冲击电压发生装置中的保护电阻或电感及高压脉冲电容器产生的隔离作用可抑制过电压，实现了过电压的传递，从而降低传递过电压对二次设备的危害，提高了设备的安全性。所述封闭式结构，与开放式结构对应，指的是整个装置采用金属罐式封闭结构，里面填充绝缘气体。该结构下装置内部元器件可承受多次真空和正压反复转换而无损坏。

所述冲击发生回路采用模块化结构的原因在于使冲放电电路结构对称，可以达到减小装置寄生参数影响的技术效果。模块化结构即通过脉冲电容器和点火开关的合理布局设计，使得开关和电容器形成一个整体，然后通过支撑绝缘子和固定支架将每一级模块固定并串联起来。该模块的结构非常紧凑，电容器和开关之间的连接线很短，可以有效地减小放电回路电感和杂散参数，同时每一级之间的间距也非常小，在一些实施例中约为20-30cm。

实施例2

本实施例提供本实用新型方案的一种具体的实施方式，其中连接结构及数量等举例均为一种优选举例，并不代表限制于此例。

如图1所示是本实用新型冲击电压发生装置一种优选实施方式的电路原理示意图；具体包括直流高压电源(10kV电源)和冲击发生回路(保护电阻或电感，充电电阻或电感，高压脉冲电容、火花球隙开关等)。

如图2所示是本实用新型冲击电压发生装置一种优选实施方式的结构设计的剖面示意图；具体为冲击发生电路本体结构中的单级模块，包括电阻1、脉冲电容器2，以及支撑绝缘子3。

本装置包括上位机、充电电源，冲击发生回路、密封罐、金属法兰；其中充电电源采用由变压器、调压装置、硅堆和第一保护电阻或电感构成的直流高压电源；所述直流高压电源的第一保护电阻或电感可以保护冲击发生电路及变压器，防止电压过电流现象，同时有均压的作用。冲击发生回路由高压脉冲电容、火花球隙开关、充电电阻或电感、第二保护电阻或电感和调波电阻组成。冲击发生回路本体结构采用模块化结构，通过支撑绝缘子和固定支架将每一级模块固定并串联起来，每一级模块都包括1个脉冲电容器、1个火花球隙开关、 1个第二保护电阻或电感、1个充电电阻或电感、1个触发脉冲引入接口和1个充气的接头；所述火花球隙开关采用多极点火装置结构，其火花球隙开关采用多极点火装置结构；高压脉冲电容采用油纸绝缘的绝缘壳脉冲电容器，两端通过金属法兰各作为一极与电阻或电感连接；调波电阻包括波前电阻和放电电阻，其允许升温为150℃：当冲击电压发生装置动作但试品不放电时装置的全部能量消耗在放电电阻中，而当试品放电时装置的全部能量消耗在放电电阻和波前电阻中。

本装置其基本原理是对高压脉冲电容进行并联充电后再串联放电以获得高电压输出的过程，具有体积小、可控性强、内感低、放电快等特点，即短时间内通过储能原件对能量进行压缩后在负载上获得高电压脉冲，具体的试验方法如下：

步骤1：首先通过上位机设置充电电源与触发火花球隙开关所需的电压、电流幅值及充电电压的上升时间与保持时间，开机后通过传统工频升压变压器加半波整流方式将交流电电压升压整流为直流高压，并使充电电源工作在恒压输出状态；

步骤2：点击上位机启动按钮后，充电电源经过保护电阻或电感及充电电阻或电感向高压脉冲电容充电，当冲击发生回路中流过各个电阻的电流值为零时充电过程完成，此时回路中每个火花球隙开关上的电位差为充电电源电压值U，此时电压进入保持状态直至电压保持时间借宿后电源自动停机。试验前将火花球隙开关间的距离调至稍大于U使开关不放电，当需要动作时通过点击上位机触发按钮向火花球隙开关的针极送去脉冲电压，针极与球皮之间产生小火花继而引起火花球隙开关放电；

步骤3：冲击发生回路在充电之初通过保护电阻或电感控制充电电流，在火花球隙开关接通后通过充电电阻或电感起到隔离作用，使高压脉冲电容形成串联拓扑结构提高发生装置的输出电压并进行放电过程。

步骤4：冲击发生回路在放电过程中第1级火花球隙开关两端的电压超过气隙的自击穿电压时或通过上位机触发按钮给第1级火花球隙开关一个触发电压 U时，第1级火花球隙开关导通；当第2级火花球隙开关两端电压达到2U时第 2级火花球隙开关发生自击穿导通；当第3级火花球隙开关两端电压达到3U时第3级火花球隙开关发生自击穿导通。

如图3所示，给出了该发生装置传递过电压测量的试验波形图，由于传统的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。由图可知在本实用新型的冲击电压发生装置参数固定的情况下，负载电阻的大小影响脉冲电压的波形和幅值大小，负载电阻越小时脉冲电压的幅值越小，波形下降时间越快，而当负载电容值越小时脉冲电压的幅值越高，放电下降时间越短，从而说明了本装置的可行性。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种冲击电压发生装置，其包括上位机、本体、直流高压电源、冲击发生回路；所述直流高压电源包括变压器、硅堆和输出端；所述上位机固定于所述本体内部；其特征在于，所述直流高压电源采用封闭式结构将所述变压器和硅堆固定在所述本体内部，所述输出端将直流电压传递给所述冲击发生回路；

所述冲击发生回路的结构是由若干级模块组成的模块化结构，每一级所述模块通过支撑绝缘子和固定支架固定并串联起来；

每一级所述模块包括：

高压脉冲电容器；

保护电阻或电感；以及，

充电电阻或电感；

所述高压脉冲电容器的一端通过金属法兰为一极与所述保护电阻或电感连接；所述高压脉冲电容器的另一端通过金属法兰为一极与所述充电电阻或电感连接。

2.如权利要求1所述的冲击电压发生装置，其特征在于，所述本体呈罐式结构。

3.如权利要求2所述的冲击电压发生装置，其特征在于，所述本体的内部充有六氟化硫气体。

4.如权利要求2所述的冲击电压发生装置，其特征在于，其还包括上位机，所述上位机、直流高压电源和冲击发生回路通过支撑绝缘子、绝缘板和钢性结构固定于所述本体内部。

5.如权利要求1所述的冲击电压发生装置，其特征在于，所述输出端通过盆式绝缘子将直流电压传递给所述冲击发生回路。

6.如权利要求1所述的冲击电压发生装置，其特征在于，每一级所述模块还包括：

调波电阻；

所述调波电阻包括波前电阻和放电电阻，当所述冲击电压发生装置动作但试品不放电时，装置的全部能量消耗在放电电阻中；而当试品放电时，装置的全部能量消耗在放电电阻和波前电阻中。

7.如权利要求6所述的冲击电压发生装置，其特征在于，每一级所述模块还包括火花球隙开关，所述火花球隙开关采用多极点火装置结构。

8.如权利要求7所述的冲击电压发生装置，其特征在于，所述火花球隙开关为两个空心球；所述空心球的材质是铜或铝。

9.如权利要求8所述的冲击电压发生装置，其特征在于，单个所述空心球的球径不小于在满电压充电时两个所述空心球分隔距离的两倍，且所述每一级模块中的火花球隙开关的空心球分隔部分均处于同一垂直线上。

10.如权利要求7所述的冲击电压发生装置，其特征在于，所述火花球隙开关的触发方式是通过内充氮气的低电感三电极场畸变气体开关实现，所述气体开关与外部气体完全隔离。