全自動沖擊電壓發(fā)生器技術方案
發(fā)布時間：2016-01-19 09:15 來源：華電國威
本雷電沖擊電壓發(fā)生器試驗系統(tǒng)裝置主要適用于10kV及以下電力產(chǎn)品的雷電沖擊電壓全波試驗，也可用于其它產(chǎn)品的沖擊試驗。
引用執(zhí)行的標準
GB311.1-1997高壓輸變電設備的絕緣配合
GB/T16927.1-1997高電壓試驗技術 一般試驗要求
GB/T16927.2-1997高電壓試驗技術 測量系統(tǒng)
GB/T16896.1-1997高電壓沖擊試驗用數(shù)字記錄儀
GB/T16896.1-2005 高電壓沖擊測量儀器和軟件
ZB F24 001-90沖擊電壓測量實施細則
GB813-89 沖擊試驗用示波器及峰值表
GB4704-92 脈沖電容器及直流電容器
JB/T9641－1999 《試驗變壓器》
DL/T 846.1-2003 高電壓測試設備通用技術條件第一部分：高電壓分壓器測量系統(tǒng)
DL/T 846.2-2004 高電壓測試設備通用技術條件第二部分：沖擊電壓測量系統(tǒng)
DL/T 848.5-2004 高壓試驗裝置通用技術條件 第5部分：沖擊電壓發(fā)生器
DL/T557-94《高電壓線路絕緣子陡波沖擊試驗、定義、試驗方法和判據(jù)》
GB191 包裝運標志
GB4208 外殼防護等級
雷電沖擊發(fā)生器
1 雷電沖擊發(fā)生器主要技術參數(shù)
1.1 標稱雷電波沖擊電壓：
1.2 標稱容量(能量)：10kJ
1.3 級電容：1.0μF,100kV（MWF-2×50kV-2.0μF）干式全絕緣封裝
1.4 級電壓：100kV
1.5 級數(shù)/級容量：2 / 5kJ
1.6 輸出波形：
產(chǎn)生標準雷電沖擊電壓波形：
標準雷電沖擊電壓全波1.2/50μs,效率大于90%；
雷電沖擊電壓波形參數(shù)及其偏差均符合有關國家GB311、GB/T16896.1及GB16927標準的要求。
1.7 同步范圍：大于20%；
1.8 使用持續(xù)時間：
小于80%額定工作電壓時可連續(xù)工作
大于80%額定工作電壓時可間斷工作
1.9 幅值調(diào)節(jié)誤壓差小于1%，最低輸出電不大于10%設備標稱電壓。
1.10 同步誤動率：小于1%
1.11 底座:1.5m × 1.2m ,腳輪移動。
高度:約1.2米。
重量:約260kg。
2 雷電沖擊電壓發(fā)生器的技術說明
設備的表面工藝：采用進口汽車絕緣油漆表面處理，色澤亮麗，不老化變色，絕緣強度極高。耐嚴寒、耐高溫和高海拔氣候環(huán)境。
2.1 發(fā)生器的結構
2.1.1 采用瑞士HAEFELY公司主回路設計，從而實現(xiàn)了整體超小型。
2.1.2 采用每分鐘一轉的低速齒輪齒條傳動機構調(diào)整各級球隙，不僅無噪聲、磨損小，而且定位快速、準確。
2.1.3采用彈簧壓接、方便拔插的調(diào)波電阻固定機構，保證了接觸的可靠性，使輸出波形光滑無毛刺。
2.1.4 配合控制系統(tǒng)的脈沖放大器可使同步球隙具有20%以上的觸發(fā)范圍，保證觸發(fā)的可靠性，全自動控制方便可靠。
2.1.5 同步球隙的觸發(fā)無極性效應，無須雙邊觸發(fā)。
2.2 主電容器
2.2.1 主電容器采用高密度固體電容器，每臺電容量為1.0±0.05μF，直流工作電壓為±100kV，電容器固有電感小于0.2μH，重量輕，體積小，為國內(nèi)首創(chuàng)。
2.2.2 電容器在正常工作狀態(tài)和工作環(huán)境下凹凸變形小于1mm。
2.2.3 電容器為固體絕緣介質(zhì)和外殼干式全絕緣封裝，不存在漏油、變形等問題。
2.3 調(diào)波元件
2.3.1 波頭、波尾電阻具有足夠的熱容量，可保證發(fā)生器長時間連續(xù)運行。
2.3.2 充電電阻具有足夠的熱容量，可保證發(fā)生器長時間連續(xù)運行。
2.3.3 波頭、波尾電阻采用板形結構，使用康銅絲無感繞制而成，外部采用絕緣樹脂真空澆鑄，接頭為彈簧壓接式，易于安裝。
2.3.4 波頭、波尾電阻的連接頭采用3mm不銹鋼線切割制造。
2.3.5 共有1組波頭電阻、1組波尾電阻用于雷電沖擊，另有1組充電電阻和保護電阻。
2.4 全自動 控制、保護系統(tǒng)
采用型全自動控制系統(tǒng)為沖擊電壓發(fā)生器主體部分提供各種控制，完全滿足沖擊試驗的各種控制功能。控制系統(tǒng)采用進口器件，與設備主體的連接采用兩芯光纜。
2.4.1 全自動控制系統(tǒng)以日本三菱公司的FX2N系列可編程控制器為核心器件，因而控制器的體積非常小巧，外形為國際通用的19英寸的4U標準機箱，自成獨立單元。控制器可實現(xiàn)手動控制和自動控制。控制器還具有與計算機的接口，可與計算機相連，使用專用軟件包可進行計算機控制，從而實現(xiàn)智能化操作。專用軟件包可以與測量和波形分析用的峰值電壓值、示波器等配合使用，實現(xiàn)沖擊電壓試驗系統(tǒng)計算機測控一體化。
全自動控制系統(tǒng)主操作單元（和輔助操作單元）采用日本三菱公司的圖形化人機對話操作顯示屏作為輸入輸出控制器件，操作單元的體積非常小巧，外形為國際通用的19英寸7U標準機箱， 所有控制命令和狀態(tài)顯示都由人機對話操作顯示屏完成。操作單元通過RS232接口可與計算機連接，采用專門的控制程序包也可由計算機完成所有全自動測控操作。
2.4.2 控制系統(tǒng)具備以下控制功能：
采用PLC技術，使用兩芯光纖傳輸控制命令和反饋設備狀態(tài)，因而避免了電磁干擾，提高了控制系統(tǒng)和計算機的安全性。
控制功能具有手動、全自動和程序控制功能，各層次功能相對獨立，確保系統(tǒng)的可靠性。
采用可控硅調(diào)壓方式，具有充電電壓反饋測量系統(tǒng)。
點火球隙及截波球隙距離可手動及全自動調(diào)整，并在液晶面板上顯示。
具有可調(diào)時延的截波觸發(fā)脈沖，并具有發(fā)生器點火觸發(fā)的反饋系統(tǒng)。
采用函數(shù)控制恒流充電方式，充電電壓的穩(wěn)定度可達到0.5%。
液晶面板可指示沖擊發(fā)生器的充電電壓及充電過程，精度為1%。
可由液晶面板直接輸入充電電壓和充電時間。
具有充電異常保護功能，可全自動或手動發(fā)出觸發(fā)點火脈沖
沖擊發(fā)生器工作狀態(tài)的指示，如自燃、未觸發(fā)、充電異常、充電穩(wěn)定等。
設備主體及充電部分接地和接地解除控制。
可通過控制器上的按鈕自動轉換充電電壓極性
可自動或手動控制充電電壓的充電過程
可自動或手動響警鈴報警
具有過電流和過電壓自動保護
2.4.3 同步球隙第一級采用三電極球隙觸發(fā)，觸發(fā)范圍大于20%。
2.5 安全接地系統(tǒng)
2.5.1 采用電磁鐵自動接地機構通過一個接地電阻將發(fā)生器的第一級電容接地。
2.5.2 接地操作與充電控制具有連鎖保護，確保操作安全正常。
全自動控制系統(tǒng)以PLC可編程控制器為核心器件，采用計算機和軟件界面操作，可實現(xiàn)手動、自動及程序控制。控制系統(tǒng)技術參數(shù):
1 充電電壓：整定范圍 0~100.0kV
工作范圍 10.0~100.0kV
整定偏差≤ ±1%
不穩(wěn)定度≤ ±1%
整定分辨 0.1kV
2 充電時間：整定范圍 10~190s
整定分辨 1s
報警時延 2s
3 加壓次數(shù)：整定范圍 1~999
4 保護設定：過流保護值 可設定
過壓保護值 可設定
動態(tài)充電保護 可選擇
靜態(tài)充電保護 可設定
輸出沖擊穩(wěn)定性： 大于99%
3 主要配置的設備
3.1 整流充電電源（與沖擊本體一體化）
額定電壓： Un = 100kV DC (正或負極性)
額定電流： In = 30mA (額定電壓下)
電壓控制 可控硅模塊調(diào)壓，調(diào)壓范圍0～100% Un
極性轉換： 自動變換高壓硅堆的方向
輸入電壓： 220V 單相電壓
電源頻率： 50/60 Hz
電源消耗： 約3kVA
3.2 弱阻尼雷電沖擊電容分壓器
額定電壓： 200kV
額定電容： 1000pF
電容節(jié)數(shù)： 1節(jié)
每節(jié)電容： 1000pF（MWF200-1000脈沖電容器）
方波響應： 部分響應時間小于100ns，過沖小于10%
分壓比： 1000
分壓比不確定度： 小于1%
3.3 測量設備
型 號： 數(shù)字化沖擊測量分析系統(tǒng)
幅值測量： 雷電沖擊峰值電壓值，數(shù)字量化顯示
輸入范圍：100V ～ 1600V（沖擊電壓）
測量不確定度：小于1%
波形測量： TDS1102數(shù)字彩色示波器
最高采樣率1.00GS/s，帶寬大于100MHz，分辨率9bit
記錄長度2.5k字節(jié)（可滿足沖擊試驗要求），2通道
波形分析： 19英寸工業(yè)控制計算機工作站（采用15寸液晶顯示屏）
沖擊測量分析專用軟件包：
沖擊波形參數(shù)計算及顯示
波形比較分析功能
波形的放大、縮小及平移
波形的存儲及調(diào)用
波形的成圖及報告編寫
附 件： 高性能100倍專用衰減器1支
隔離濾波屏蔽設計
技術方案特點說明
1、方案所采用的發(fā)生器主體級電壓為100kV為最佳，符合當前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢。主體結構采用世界著名公司HAEFELY的結構設計，是當前國內(nèi)結構最緊湊的發(fā)生器，具有固有電感小，調(diào)波方便的特點。
2、方案所采用的控制測量系統(tǒng)是目前國內(nèi)技術領先的產(chǎn)品，核心器件為日本三菱公司的FX系列可編程控制器，幾乎所有的控制功能都由軟件編程實現(xiàn)，因此系統(tǒng)結構簡單，外圍電路板極少，可靠性極高。
3、方案的測控結構一體化整體設計，具有峰值電壓值、液晶顯示工業(yè)計算機，可實現(xiàn)全自動控制測量分析。測控系統(tǒng)采用液晶觸摸屏操作，具有多種狀態(tài)提示畫面，實現(xiàn)了人機對話式的智能操作。系統(tǒng)取消了多芯控制電纜，采用光纖通訊線，無須開電纜溝，使得控制室布局更加簡單方便。
4、方案所采用的光纖控制傳輸系統(tǒng)在國內(nèi)高壓試驗設備中是首創(chuàng)，它實現(xiàn)了控制測量設備與高壓主體設備的光纖連接，有效地解決了高壓試驗中遇到的地電位抬高對測控系統(tǒng)的危害，排除了由控制引線導致的電磁干擾，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，特別是在進行截波和陡波沖擊試驗時安全性更好。
5、方案中截波時延調(diào)整方式所采用的電子延時回路，可方便地獲得2～5us的截波觸發(fā)延時，與采用延時電纜的方式相比更加方便簡單。能夠產(chǎn)生10kV，100ns上升沿的脈沖放大器用于觸發(fā)截波間隙，可保證小于0.1us的截斷時間分散性。
6、方案所采用的控制測量系統(tǒng)的操作界面充分考慮了高壓試驗的習慣特點，簡單明了，便于試驗人員操作。系統(tǒng)設計了專門的程序操作畫面，方便進行變壓器的全波、截波試驗，大大簡化了試驗人員的操作，可有效防止人為出錯。對于變壓器類感性試品的沖擊試驗，考慮全波、截波，100%和50%電壓水平的多種加壓順序，系統(tǒng)設計了專門的程序操作按鈕，大大簡化了試驗人員的操作，可有效防止人為出錯。對于絕緣子類容性試品的沖擊試驗，專門設計了升降法、多級法等程序自動控制，可非常方便地進行絕緣子的50%放電電壓試驗。
7、本套沖擊電壓發(fā)生器試驗系統(tǒng)采用了最先進的技術，良好的工藝和優(yōu)質(zhì)的原材料，可保證長期使用，運行壽命大于28年。平時的運行成本也很低。
采用PLC-計算機控制與測量(光纖傳輸光電隔離測控技術)系統(tǒng)能滿足用戶對沖擊、工頻、直流等試驗控制和測量的所有要求。
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序號 |
項目 |
規(guī)格 |
數(shù)量 |
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1 |
雷電沖擊電壓發(fā)生器本體 |
自產(chǎn)組裝 |
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1.1 |
主電容器 |
1uF/100kV |
2臺 |
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1.2 |
調(diào)波電阻 |
波頭；1套。
波尾；1套。 |
2套 |
|
1.3 |
充電電阻 |
15kΩ |
1套 |
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1.4 |
放電球間隙 |
Ф150mm |
2對 |
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1.5 |
脈沖點火裝置及球距調(diào)整機構 |
15kV |
1套 |
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1.6 |
絕緣支柱及絕緣材料 |
|
1套 |
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1.7 |
高壓連接板器件及移動底座 |
|
1套 |
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1.8 |
點火檢查和反饋信號裝置 |
100kV |
1套 |
|
2 |
高壓放電接地棒 |
自產(chǎn)組裝 |
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2.1 |
放電接地棒 |
200kV |
1只 |
|
3 |
沖擊電容分壓器 |
自產(chǎn)組裝 |
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3.1 |
高響應弱阻尼沖擊電容分壓器 |
200kV/1000pF，1.0% |
1臺 |
|
4 |
直流自動充電電源 |
自產(chǎn)組裝 |
|
|
4.1 |
充電變壓器 |
50kV，5kVA |
1臺 |
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4.2 |
倍壓電容 |
50kV，0.1uF |
1臺 |
|
4.3 |
高壓充電整流硅堆 |
150kV，200mA |
2支 |
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4.4 |
電動接地保護和變換極性機構 |
電驅動機構 |
1付 |
|
4.5 |
高壓側低壓側充電保護電阻器 |
充電保護和充電監(jiān)測 |
1付 |
|
5 |
全自動沖擊控制系統(tǒng) |
自產(chǎn)組裝 |
|
|
5.1 |
雷電沖擊電壓控制軟件 |
自產(chǎn) |
1套 |
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5.2 |
全自動雷電沖擊PLC控制箱 |
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1面 |
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5.3 |
光纖轉換傳輸電路及光纖 |
武漢光電公司 |
1套 |
|
5.4 |
三菱FX2N-32-PLC |
進口，日本三菱公司 |
1套 |
|
5.5 |
計算機系統(tǒng)、打印機 |
聯(lián)想，三星 |
1套 |
|
6 |
全自動沖擊測量分析系統(tǒng) |
自產(chǎn)組裝 |
1套 |
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6.1 |
TBS1102高壓彩色數(shù)字示波器 |
2通道，3%，記錄長度：2.5k字節(jié) 美國泰克中國公司生產(chǎn) |
1臺 |
|
6.2 |
二次衰減器 |
100倍，自產(chǎn) |
1支 |
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6.3 |
測量電纜 |
20m，75Ω |
1條 |
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6.4 |
隔離濾波電源 |
10kV |
1套 |
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6.5 |
操作臺體 |
1.0m（2單元） |
1套 |
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6.6 |
沖擊測量分析專用軟件及配套 |
1.0%，自產(chǎn) |
1套 |
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7 |
運輸保險費 |
供方負擔 |
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8 |
安裝調(diào)試費 |
供方負擔 |
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全自動控制系統(tǒng)主要部件如下表所示
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部件名稱 |
功能說明 |
安裝位置 |
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控制柜 |
提供各種控制命令 |
安裝在發(fā)生器本體底座上 |
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脈沖放大器1 |
發(fā)生器本體球隙觸發(fā) |
安裝在發(fā)生器本體底座上 |
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隔直電容器 |
隔離觸發(fā)脈沖的直流高壓 |
安裝在發(fā)生器第一球隙附近 |
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點火反饋分壓器 |
檢測發(fā)生器球隙的觸發(fā)狀況 |
安裝在發(fā)生器本體底座 |
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直流電壓分壓器 |
測量發(fā)生器充電電壓 |
安裝在發(fā)生器本體底座 |
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脈沖放大器2 |
截斷裝置球隙觸發(fā) |
安裝在截斷裝置底座上 |
從操作單元
（選件） |
各種控制命令、參數(shù)的輸入及狀態(tài)顯示 |
安裝在控制柜上 |
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主操作單元 |
各種控制命令、參數(shù)的輸入及狀態(tài)顯示 |
安裝在控制室的控制臺上。 |
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2芯多模光纖 |
連接控制柜和主操作單元 |
連接控制柜和主操作單元 |
