[发明专利]一种低结构电感的高电压大容量冲击电压发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低结构电感的高电压大容量冲击电压发生器，具体为特高压试验中，应用于冲击电压实验的低固有电感结构的高电压大容量冲击电压发生器，属电力行业高压试验技术领域。

背景技术

冲击电压试验是研究选择特高压架空输电线路过电压作用下空气间隙的主要依据之一，进行该种试验需要设计一种冲击电压发生器，可产生雷电冲击电压波，以及1000～2500μs的长波前时间操作冲击电压，且波前时间及幅值均能满足特高压输电试验需要。为此，实用新型专利《长波前操作冲击电压发生器》(申请号CN200720300383.X)公开了一种多达25级的带波头电阻Rf和波尾电阻Rt的并联充电、串联放电型冲击电压发生器，波头电阻Rf一端接在本级的波尾电阻Rt和主电容Cs之间，另一端接在后一级波尾电阻Rt和主电容Cs之间。冲击发生器共25级，每级电压300kV，两个主电容最大充电电压分别为±150kV，标准操作冲击波前时间250μs的产生效率为70％～80％，产生2500μs波前时间操作冲击输出效率在70％，总最高充电电压7500kV。该试验装置的主体空间布置如图2所示，是采用前后二排、每排三根立柱结构，自下至上共25层；第一层水平方向的左侧分布有前后排二只充电电阻Rd、右侧前后排有二个主电容Cs，二个主电容Cs之间的左侧是点火开关gap、右侧是波尾电阻Rt，波头电阻Rf跨接在第一层前排主电容Cs与第二层后排主电容Cs之间，最左侧前后排之间的二根立柱是充电开关Ka1和Kb1；第二至第25层以此类推。图2中带箭头的点划线是该试验装置放电时的电流回路走向示意图，该电流回路是一种逆时针螺旋上升走向，第25层的波头电阻Rf引向顶部均压罩，被测试试品自所述均压罩与大地之间耐受最高7500kV的电压试验。

另一方面，特高压输电线路及输变电站设备因安全距离等原因，其高压杆塔非常容易遭受雷击，因此对线路防雷击闪络特性的研究十分重要，进行该种试验需要设计一种雷电冲击电压试验设备，可产生7500kV冲击电压，且雷电冲击波前时间(1.2μs±30％)。现有的雷电冲击电压试验设备，是采用冲击电压发生器模拟雷电，对线路或设备进行冲击试验。公知的冲击电压发生器的工作原理如附图1所示，是多级电容并联充电，然后串联放电，以达到产生高压冲击的目的。若产生5000kV以上雷电冲击，冲击发生器中需要安装几十组电容，整个发生器的尺寸非常大。过大的设备尺寸造成了放电回路中杂散参数对冲击波形有很大的影响，尤其是对于雷电冲击，杂散电感会在放电过程中产生较为严重的振荡，不能产生符合国标要求的波形。即使采用波头波尾电阻调整产生雷电冲击波形方法，也无法抑制由于杂散电感产生的振荡。如中国电科院的7500kV冲击发生装置，采用电阻调波方法，产生的雷电冲击波前时间为2.3μs，难于达到国标要求。

一种安装补偿电容调试标准雷电冲击的方案被广泛接受。如发明专利《高电压大容量冲击电压发生器》(申请号CN201010524680.9)所公开的技术方案，是在波头电阻两端并联安装调波电容，用以补偿放电回路中的杂散电感对雷电冲击波形的影响，抑制由于杂散电感的产生的振荡并有效的降低波前时间，并抵消由于电感引起的回路振荡，从该技术方案可看出，并入适量的调波电容，可达到波前时间1.38μs、过冲10％的最佳效果。由于该冲击电压发生器结构尺寸大，本身固有的杂散电容和寄生电感大，经现场测量，该冲击发生器本体回路电感约为178μH。安装调波电容的方法虽然可缩短波前时间，但调波电容既占用了设备宝贵的空间结构资源，又因受试验设备所使用材质差别、加工与组装工艺、还有试验现场地理气候等原因影响，使得采用该方法复制时，一致性差，每一单台设备均需通过对比大量的仿真计算研究结果，经过实验现场多次改变电阻电容配置方案进行调试后，方能最终选定最佳配置方案。冲击发生器本体回路电感越大，所需调波电容越多。

上述雷电冲击电压试验设备的调波电容并联在波头电阻Rf的两端，其空间结构与前述的长波前时间操作冲击电压试验设备相似。

一种综合了长波前时间操作冲击电压试验和雷电冲击电压试验的设备，需使其输出电压波前时间范围宽达1.2μs～2500μs、总最高充电电压7500kV，且输出效率大于70％。设计该种设备所需解决的最大问题是尽可能减小结构电感，从而降低杂散电感在放电过程中产生严重振荡，另一方面，从节省空间绝缘间距、结构简单、调试方便、制造成本低等综合因素考虑，不需接入调波电容。现有的国内外专利或其它公开文献中，未见于能达到该要求的技术方案或试验装置的报导。

发明内容