全自动冲击电压发生器技术方案
发布时间：2016-01-19 09:15 来源：华电国威
本雷电冲击电压发生器试验系统装置主要适用于10kV及以下电力产品的雷电冲击电压全波试验，也可用于其它产品的冲击试验。
引用执行的标准
GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合
GB/T16927.1-1997高电压试验技术 一般试验要求
GB/T16927.2-1997高电压试验技术 测量系统
GB/T16896.1-1997高电压冲击试验用数字记录仪
GB/T16896.1-2005 高电压冲击测量仪器和软件
ZB F24 001-90冲击电压测量实施细则
GB813-89 冲击试验用示波器及峰值表
GB4704-92 脉冲电容器及直流电容器
JB/T9641－1999 《试验变压器》
DL/T 846.1-2003 高电压测试设备通用技术条件第一部分：高电压分压器测量系统
DL/T 846.2-2004 高电压测试设备通用技术条件第二部分：冲击电压测量系统
DL/T 848.5-2004 高压试验装置通用技术条件 第5部分：冲击电压发生器
DL/T557-94《高电压线路绝缘子陡波冲击试验、定义、试验方法和判据》
GB191 包装运标志
GB4208 外壳防护等级
雷电冲击发生器
1 雷电冲击发生器主要技术参数
1.1 标称雷电波冲击电压：
1.2 标称容量(能量)：10kJ
1.3 级电容：1.0μF,100kV（MWF-2×50kV-2.0μF）干式全绝缘封装
1.4 级电压：100kV
1.5 级数/级容量：2 / 5kJ
1.6 输出波形：
产生标准雷电冲击电压波形：
标准雷电冲击电压全波1.2/50μs,效率大于90%；
雷电冲击电压波形参数及其偏差均符合有关国家GB311、GB/T16896.1及GB16927标准的要求。
1.7 同步范围：大于20%；
1.8 使用持续时间：
小于80%额定工作电压时可连续工作
大于80%额定工作电压时可间断工作
1.9 幅值调节误压差小于1%，最低输出电不大于10%设备标称电压。
1.10 同步误动率：小于1%
1.11 底座:1.5m × 1.2m ,脚轮移动。
高度:约1.2米。
重量:约260kg。
2 雷电冲击电压发生器的技术说明
设备的表面工艺：采用进口汽车绝缘油漆表面处理，色泽亮丽，不老化变色，绝缘强度极高。耐严寒、耐高温和高海拔气候环境。
2.1 发生器的结构
2.1.1 采用瑞士HAEFELY公司主回路设计，从而实现了整体超小型。
2.1.2 采用每分钟一转的低速齿轮齿条传动机构调整各级球隙，不仅无噪声、磨损小，而且定位快速、准确。
2.1.3采用弹簧压接、方便拔插的调波电阻固定机构，保证了接触的可靠性，使输出波形光滑无毛刺。
2.1.4 配合控制系统的脉冲放大器可使同步球隙具有20%以上的触发范围，保证触发的可靠性，全自动控制方便可靠。
2.1.5 同步球隙的触发无极性效应，无须双边触发。
2.2 主电容器
2.2.1 主电容器采用高密度固体电容器，每台电容量为1.0±0.05μF，直流工作电压为±100kV，电容器固有电感小于0.2μH，重量轻，体积小，为国内首创。
2.2.2 电容器在正常工作状态和工作环境下凹凸变形小于1mm。
2.2.3 电容器为固体绝缘介质和外壳干式全绝缘封装，不存在漏油、变形等问题。
2.3 调波元件
2.3.1 波头、波尾电阻具有足够的热容量，可保证发生器长时间连续运行。
2.3.2 充电电阻具有足够的热容量，可保证发生器长时间连续运行。
2.3.3 波头、波尾电阻采用板形结构，使用康铜丝无感绕制而成，外部采用绝缘树脂真空浇铸，接头为弹簧压接式，易于安装。
2.3.4 波头、波尾电阻的连接头采用3mm不锈钢线切割制造。
2.3.5 共有1组波头电阻、1组波尾电阻用于雷电冲击，另有1组充电电阻和保护电阻。
2.4 全自动 控制、保护系统
采用型全自动控制系统为冲击电压发生器主体部分提供各种控制，完全满足冲击试验的各种控制功能。控制系统采用进口器件，与设备主体的连接采用两芯光缆。
2.4.1 全自动控制系统以日本三菱公司的FX2N系列可编程控制器为核心器件，因而控制器的体积非常小巧，外形为国际通用的19英寸的4U标准机箱，自成独立单元。控制器可实现手动控制和自动控制。控制器还具有与计算机的接口，可与计算机相连，使用专用软件包可进行计算机控制，从而实现智能化操作。专用软件包可以与测量和波形分析用的峰值电压值、示波器等配合使用，实现冲击电压试验系统计算机测控一体化。
全自动控制系统主操作单元（和辅助操作单元）采用日本三菱公司的图形化人机对话操作显示屏作为输入输出控制器件，操作单元的体积非常小巧，外形为国际通用的19英寸7U标准机箱， 所有控制命令和状态显示都由人机对话操作显示屏完成。操作单元通过RS232接口可与计算机连接，采用专门的控制程序包也可由计算机完成所有全自动测控操作。
2.4.2 控制系统具备以下控制功能：
采用PLC技术，使用两芯光纤传输控制命令和反馈设备状态，因而避免了电磁干扰，提高了控制系统和计算机的安全性。
控制功能具有手动、全自动和程序控制功能，各层次功能相对独立，确保系统的可靠性。
采用可控硅调压方式，具有充电电压反馈测量系统。
点火球隙及截波球隙距离可手动及全自动调整，并在液晶面板上显示。
具有可调时延的截波触发脉冲，并具有发生器点火触发的反馈系统。
采用函数控制恒流充电方式，充电电压的稳定度可达到0.5%。
液晶面板可指示冲击发生器的充电电压及充电过程，精度为1%。
可由液晶面板直接输入充电电压和充电时间。
具有充电异常保护功能，可全自动或手动发出触发点火脉冲
冲击发生器工作状态的指示，如自燃、未触发、充电异常、充电稳定等。
设备主体及充电部分接地和接地解除控制。
可通过控制器上的按钮自动转换充电电压极性
可自动或手动控制充电电压的充电过程
可自动或手动响警铃报警
具有过电流和过电压自动保护
2.4.3 同步球隙第一级采用三电极球隙触发，触发范围大于20%。
2.5 安全接地系统
2.5.1 采用电磁铁自动接地机构通过一个接地电阻将发生器的第一级电容接地。
2.5.2 接地操作与充电控制具有连锁保护，确保操作安全正常。
全自动控制系统以PLC可编程控制器为核心器件，采用计算机和软件界面操作，可实现手动、自动及程序控制。控制系统技术参数:
1 充电电压：整定范围 0~100.0kV
工作范围 10.0~100.0kV
整定偏差≤ ±1%
不稳定度≤ ±1%
整定分辨 0.1kV
2 充电时间：整定范围 10~190s
整定分辨 1s
报警时延 2s
3 加压次数：整定范围 1~999
4 保护设定：过流保护值 可设定
过压保护值 可设定
动态充电保护 可选择
静态充电保护 可设定
输出冲击稳定性： 大于99%
3 主要配置的设备
3.1 整流充电电源（与冲击本体一体化）
额定电压： Un = 100kV DC (正或负极性)
额定电流： In = 30mA (额定电压下)
电压控制 可控硅模块调压，调压范围0～100% Un
极性转换： 自动变换高压硅堆的方向
输入电压： 220V 单相电压
电源频率： 50/60 Hz
电源消耗： 约3kVA
3.2 弱阻尼雷电冲击电容分压器
额定电压： 200kV
额定电容： 1000pF
电容节数： 1节
每节电容： 1000pF（MWF200-1000脉冲电容器）
方波响应： 部分响应时间小于100ns，过冲小于10%
分压比： 1000
分压比不确定度： 小于1%
3.3 测量设备
型 号： 数字化冲击测量分析系统
幅值测量： 雷电冲击峰值电压值，数字量化显示
输入范围：100V ～ 1600V（冲击电压）
测量不确定度：小于1%
波形测量： TDS1102数字彩色示波器
最高采样率1.00GS/s，带宽大于100MHz，分辨率9bit
记录长度2.5k字节（可满足冲击试验要求），2通道
波形分析： 19英寸工业控制计算机工作站（采用15寸液晶显示屏）
冲击测量分析专用软件包：
冲击波形参数计算及显示
波形比较分析功能
波形的放大、缩小及平移
波形的存储及调用
波形的成图及报告编写
附 件： 高性能100倍专用衰减器1支
隔离滤波屏蔽设计
技术方案特点说明
1、方案所采用的发生器主体级电压为100kV为最佳，符合当前国内外的发展趋势。主体结构采用世界著名公司HAEFELY的结构设计，是当前国内结构最紧凑的发生器，具有固有电感小，调波方便的特点。
2、方案所采用的控制测量系统是目前国内技术领先的产品，核心器件为日本三菱公司的FX系列可编程控制器，几乎所有的控制功能都由软件编程实现，因此系统结构简单，外围电路板极少，可靠性极高。
3、方案的测控结构一体化整体设计，具有峰值电压值、液晶显示工业计算机，可实现全自动控制测量分析。测控系统采用液晶触摸屏操作，具有多种状态提示画面，实现了人机对话式的智能操作。系统取消了多芯控制电缆，采用光纤通讯线，无须开电缆沟，使得控制室布局更加简单方便。
4、方案所采用的光纤控制传输系统在国内高压试验设备中是首创，它实现了控制测量设备与高压主体设备的光纤连接，有效地解决了高压试验中遇到的地电位抬高对测控系统的危害，排除了由控制引线导致的电磁干扰，极大地提高了系统的可靠性，特别是在进行截波和陡波冲击试验时安全性更好。
5、方案中截波时延调整方式所采用的电子延时回路，可方便地获得2～5us的截波触发延时，与采用延时电缆的方式相比更加方便简单。能够产生10kV，100ns上升沿的脉冲放大器用于触发截波间隙，可保证小于0.1us的截断时间分散性。
6、方案所采用的控制测量系统的操作界面充分考虑了高压试验的习惯特点，简单明了，便于试验人员操作。系统设计了专门的程序操作画面，方便进行变压器的全波、截波试验，大大简化了试验人员的操作，可有效防止人为出错。对于变压器类感性试品的冲击试验，考虑全波、截波，100%和50%电压水平的多种加压顺序，系统设计了专门的程序操作按钮，大大简化了试验人员的操作，可有效防止人为出错。对于绝缘子类容性试品的冲击试验，专门设计了升降法、多级法等程序自动控制，可非常方便地进行绝缘子的50%放电电压试验。
7、本套冲击电压发生器试验系统采用了最先进的技术，良好的工艺和优质的原材料，可保证长期使用，运行寿命大于28年。平时的运行成本也很低。
采用PLC-计算机控制与测量(光纤传输光电隔离测控技术)系统能满足用户对冲击、工频、直流等试验控制和测量的所有要求。
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序号 |
项目 |
规格 |
数量 |
|
1 |
雷电冲击电压发生器本体 |
自产组装 |
|
|
1.1 |
主电容器 |
1uF/100kV |
2台 |
|
1.2 |
调波电阻 |
波头；1套。
波尾；1套。 |
2套 |
|
1.3 |
充电电阻 |
15kΩ |
1套 |
|
1.4 |
放电球间隙 |
Ф150mm |
2对 |
|
1.5 |
脉冲点火装置及球距调整机构 |
15kV |
1套 |
|
1.6 |
绝缘支柱及绝缘材料 |
|
1套 |
|
1.7 |
高压连接板器件及移动底座 |
|
1套 |
|
1.8 |
点火检查和反馈信号装置 |
100kV |
1套 |
|
2 |
高压放电接地棒 |
自产组装 |
|
|
2.1 |
放电接地棒 |
200kV |
1只 |
|
3 |
冲击电容分压器 |
自产组装 |
|
|
3.1 |
高响应弱阻尼冲击电容分压器 |
200kV/1000pF，1.0% |
1台 |
|
4 |
直流自动充电电源 |
自产组装 |
|
|
4.1 |
充电变压器 |
50kV，5kVA |
1台 |
|
4.2 |
倍压电容 |
50kV，0.1uF |
1台 |
|
4.3 |
高压充电整流硅堆 |
150kV，200mA |
2支 |
|
4.4 |
电动接地保护和变换极性机构 |
电驱动机构 |
1付 |
|
4.5 |
高压侧低压侧充电保护电阻器 |
充电保护和充电监测 |
1付 |
|
5 |
全自动冲击控制系统 |
自产组装 |
|
|
5.1 |
雷电冲击电压控制软件 |
自产 |
1套 |
|
5.2 |
全自动雷电冲击PLC控制箱 |
|
1面 |
|
5.3 |
光纤转换传输电路及光纤 |
武汉光电公司 |
1套 |
|
5.4 |
三菱FX2N-32-PLC |
进口，日本三菱公司 |
1套 |
|
5.5 |
计算机系统、打印机 |
联想，三星 |
1套 |
|
6 |
全自动冲击测量分析系统 |
自产组装 |
1套 |
|
6.1 |
TBS1102高压彩色数字示波器 |
2通道，3%，记录长度：2.5k字节 美国泰克中国公司生产 |
1台 |
|
6.2 |
二次衰减器 |
100倍，自产 |
1支 |
|
6.3 |
测量电缆 |
20m，75Ω |
1条 |
|
6.4 |
隔离滤波电源 |
10kV |
1套 |
|
6.5 |
操作台体 |
1.0m（2单元） |
1套 |
|
6.6 |
冲击测量分析专用软件及配套 |
1.0%，自产 |
1套 |
|
7 |
运输保险费 |
供方负担 |
|
|
8 |
安装调试费 |
供方负担 |
|
全自动控制系统主要部件如下表所示
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部件名称 |
功能说明 |
安装位置 |
|
控制柜 |
提供各种控制命令 |
安装在发生器本体底座上 |
|
脉冲放大器1 |
发生器本体球隙触发 |
安装在发生器本体底座上 |
|
隔直电容器 |
隔离触发脉冲的直流高压 |
安装在发生器第一球隙附近 |
|
点火反馈分压器 |
检测发生器球隙的触发状况 |
安装在发生器本体底座 |
|
直流电压分压器 |
测量发生器充电电压 |
安装在发生器本体底座 |
|
脉冲放大器2 |
截断装置球隙触发 |
安装在截断装置底座上 |
从操作单元
（选件） |
各种控制命令、参数的输入及状态显示 |
安装在控制柜上 |
|
主操作单元 |
各种控制命令、参数的输入及状态显示 |
安装在控制室的控制台上。 |
|
2芯多模光纤 |
连接控制柜和主操作单元 |
连接控制柜和主操作单元 |
