全自動(dòng)沖擊電壓發(fā)生器技術(shù)方案
發(fā)布時(shí)間：2016-01-19 09:15 來(lái)源：華電國(guó)威
本雷電沖擊電壓發(fā)生器試驗(yàn)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(yàn)，也可用于其它產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)。
引用執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)
GB311.1-1997高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合
GB/T16927.1-1997高電壓試驗(yàn)技術(shù) 一般試驗(yàn)要求
GB/T16927.2-1997高電壓試驗(yàn)技術(shù) 測(cè)量系統(tǒng)
GB/T16896.1-1997高電壓沖擊試驗(yàn)用數(shù)字記錄儀
GB/T16896.1-2005 高電壓沖擊測(cè)量?jī)x器和軟件
ZB F24 001-90沖擊電壓測(cè)量實(shí)施細(xì)則
GB813-89 沖擊試驗(yàn)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(yàn)變壓器》
DL/T 846.1-2003 高電壓測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件第一部分：高電壓分壓器測(cè)量系統(tǒng)
DL/T 846.2-2004 高電壓測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件第二部分：沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)
DL/T 848.5-2004 高壓試驗(yàn)裝置通用技術(shù)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(yàn)、定義、試驗(yàn)方法和判據(jù)》
GB191 包裝運(yùn)標(biāo)志
GB4208 外殼防護(hù)等級(jí)
雷電沖擊發(fā)生器
1 雷電沖擊發(fā)生器主要技術(shù)參數(shù)
1.1 標(biāo)稱雷電波沖擊電壓：
1.2 標(biāo)稱容量(能量)：10kJ
1.3 級(jí)電容：1.0μF,100kV（MWF-2×50kV-2.0μF）干式全絕緣封裝
1.4 級(jí)電壓：100kV
1.5 級(jí)數(shù)/級(jí)容量：2 / 5kJ
1.6 輸出波形：
產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓波形：
標(biāo)準(zhǔn)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(guān)國(guó)家GB311、GB/T16896.1及GB16927標(biāo)準(zhǔn)的要求。
1.7 同步范圍：大于20%；
1.8 使用持續(xù)時(shí)間：
小于80%額定工作電壓時(shí)可連續(xù)工作
大于80%額定工作電壓時(shí)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(shè)備標(biāo)稱電壓。
1.10 同步誤動(dòng)率：小于1%
1.11 底座:1.5m × 1.2m ,腳輪移動(dòng)。
高度:約1.2米。
重量:約260kg。
2 雷電沖擊電壓發(fā)生器的技術(shù)說(shuō)明
設(shè)備的表面工藝：采用進(jìn)口汽車絕緣油漆表面處理，色澤亮麗，不老化變色，絕緣強(qiáng)度極高。耐嚴(yán)寒、耐高溫和高海拔氣候環(huán)境。
2.1 發(fā)生器的結(jié)構(gòu)
2.1.1 采用瑞士HAEFELY公司主回路設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了整體超小型。
2.1.2 采用每分鐘一轉(zhuǎn)的低速齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整各級(jí)球隙，不僅無(wú)噪聲、磨損小，而且定位快速、準(zhǔn)確。
2.1.3采用彈簧壓接、方便拔插的調(diào)波電阻固定機(jī)構(gòu)，保證了接觸的可靠性，使輸出波形光滑無(wú)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(dòng)控制方便可靠。
2.1.5 同步球隙的觸發(fā)無(wú)極性效應(yīng)，無(wú)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(tái)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(guó)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(wèn)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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。
2.3.2 充電電阻具有足夠的熱容量，可保證發(fā)生器長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。
2.3.3 波頭、波尾電阻采用板形結(jié)構(gòu)，使用康銅絲無(wú)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(hù)電阻。
2.4 全自動(dòng) 控制、保護(hù)系統(tǒng)
采用型全自動(dòng)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(yàn)的各種控制功能。控制系統(tǒng)采用進(jìn)口器件，與設(shè)備主體的連接采用兩芯光纜。
2.4.1 全自動(dòng)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(guó)際通用的19英寸的4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，自成獨(dú)立單元。控制器可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。控制器還具有與計(jì)算機(jī)的接口，可與計(jì)算機(jī)相連，使用專用軟件包可進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)智能化操作。專用軟件包可以與測(cè)量和波形分析用的峰值電壓值、示波器等配合使用，實(shí)現(xiàn)沖擊電壓試驗(yàn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)測(cè)控一體化。
全自動(dòng)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(jī)對(duì)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(guó)際通用的19英寸7U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱， 所有控制命令和狀態(tài)顯示都由人機(jī)對(duì)話操作顯示屏完成。操作單元通過(guò)RS232接口可與計(jì)算機(jī)連接，采用專門的控制程序包也可由計(jì)算機(jī)完成所有全自動(dòng)測(cè)控操作。
2.4.2 控制系統(tǒng)具備以下控制功能：
采用PLC技術(shù)，使用兩芯光纖傳輸控制命令和反饋設(shè)備狀態(tài)，因而避免了電磁干擾，提高了控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的安全性。
控制功能具有手動(dòng)、全自動(dòng)和程序控制功能，各層次功能相對(duì)獨(dú)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(cè)量系統(tǒng)。
點(diǎn)火球隙及截波球隙距離可手動(dòng)及全自動(dòng)調(diào)整，并在液晶面板上顯示。
具有可調(diào)時(shí)延的截波觸發(fā)脈沖，并具有發(fā)生器點(diǎn)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(dá)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(guò)程，精度為1%。
可由液晶面板直接輸入充電電壓和充電時(shí)間。
具有充電異常保護(hù)功能，可全自動(dòng)或手動(dòng)發(fā)出觸發(fā)點(diǎn)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(shè)備主體及充電部分接地和接地解除控制。
可通過(guò)控制器上的按鈕自動(dòng)轉(zhuǎn)換充電電壓極性
可自動(dòng)或手動(dòng)控制充電電壓的充電過(guò)程
可自動(dòng)或手動(dòng)響警鈴報(bào)警
具有過(guò)電流和過(guò)電壓自動(dòng)保護(hù)
2.4.3 同步球隙第一級(jí)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(dòng)接地機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)接地電阻將發(fā)生器的第一級(jí)電容接地。
2.5.2 接地操作與充電控制具有連鎖保護(hù)，確保操作安全正常。
全自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC可編程控制器為核心器件，采用計(jì)算機(jī)和軟件界面操作，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)及程序控制�？刂葡到y(tǒng)技術(shù)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(shí)間：整定范圍 10~190s
整定分辨 1s
報(bào)警時(shí)延 2s
3 加壓次數(shù)：整定范圍 1~999
4 保護(hù)設(shè)定：過(guò)流保護(hù)值 可設(shè)定
過(guò)壓保護(hù)值 可設(shè)定
動(dòng)態(tài)充電保護(hù) 可選擇
靜態(tài)充電保護(hù) 可設(shè)定
輸出沖擊穩(wěn)定性： 大于99%
3 主要配置的設(shè)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(fù)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(zhuǎn)換： 自動(dòng)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(yīng)： 部分響應(yīng)時(shí)間小于100ns，過(guò)沖小于10%
分壓比： 1000
分壓比不確定度： 小于1%
3.3 測(cè)量設(shè)備
型 號(hào)： 數(shù)字化沖擊測(cè)量分析系統(tǒng)
幅值測(cè)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(cè)量不確定度：小于1%
波形測(cè)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(zhǎng)度2.5k字節(jié)（可滿足沖擊試驗(yàn)要求），2通道
波形分析： 19英寸工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工作站（采用15寸液晶顯示屏）
沖擊測(cè)量分析專用軟件包：
沖擊波形參數(shù)計(jì)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(chǔ)及調(diào)用
波形的成圖及報(bào)告編寫
附 件： 高性能100倍專用衰減器1支
隔離濾波屏蔽設(shè)計(jì)
技術(shù)方案特點(diǎn)說(shuō)明
1、方案所采用的發(fā)生器主體級(jí)電壓為100kV為最佳，符合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)。主體結(jié)構(gòu)采用世界著名公司HAEFELY的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)最緊湊的發(fā)生器，具有固有電感小，調(diào)波方便的特點(diǎn)。
2、方案所采用的控制測(cè)量系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)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(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外圍電路板極少，可靠性極高。
3、方案的測(cè)控結(jié)構(gòu)一體化整體設(shè)計(jì)，具有峰值電壓值、液晶顯示工業(yè)計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制測(cè)量分析。測(cè)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(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)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(wú)須開電纜溝，使得控制室布局更加簡(jiǎn)單方便。
4、方案所采用的光纖控制傳輸系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)高壓試驗(yàn)設(shè)備中是首創(chuàng)，它實(shí)現(xiàn)了控制測(cè)量設(shè)備與高壓主體設(shè)備的光纖連接，有效地解決了高壓試驗(yàn)中遇到的地電位抬高對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的危害，排除了由控制引線導(dǎo)致的電磁干擾，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性，特別是在進(jìn)行截波和陡波沖擊試驗(yàn)時(shí)安全性更好。
5、方案中截波時(shí)延調(diào)整方式所采用的電子延時(shí)回路，可方便地獲得2～5us的截波觸發(fā)延時(shí)，與采用延時(shí)電纜的方式相比更加方便簡(jiǎn)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?cái)鄷r(shí)間分散性。
6、方案所采用的控制測(cè)量系統(tǒng)的操作界面充分考慮了高壓試驗(yàn)的習(xí)慣特點(diǎn)，簡(jiǎn)單明了，便于試驗(yàn)人員操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的程序操作畫面，方便進(jìn)行變壓器的全波、截波試驗(yàn)，大大簡(jiǎn)化了試驗(yàn)人員的操作，可有效防止人為出錯(cuò)。對(duì)于變壓器類感性試品的沖擊試驗(yàn)，考慮全波、截波，100%和50%電壓水平的多種加壓順序，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專門的程序操作按鈕，大大簡(jiǎn)化了試驗(yàn)人員的操作，可有效防止人為出錯(cuò)。對(duì)于絕緣子類容性試品的沖擊試驗(yàn)，專門設(shè)計(jì)了升降法、多級(jí)法等程序自動(dòng)控制，可非常方便地進(jìn)行絕緣子的50%放電電壓試驗(yàn)。
7、本套沖擊電壓發(fā)生器試驗(yàn)系統(tǒng)采用了最先進(jìn)的技術(shù)，良好的工藝和優(yōu)質(zhì)的原材料，可保證長(zhǎng)期使用，運(yùn)行壽命大于28年。平時(shí)的運(yùn)行成本也很低。
采用PLC-計(jì)算機(jī)控制與測(cè)量(光纖傳輸光電隔離測(cè)控技術(shù))系統(tǒng)能滿足用戶對(duì)沖擊、工頻、直流等試驗(yàn)控制和測(cè)量的所有要求。
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序號(hào) |
項(xiàng)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(tái) |
|
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 |
|
1.4 |
放電球間隙 |
Ф150mm |
2對(duì) |
|
1.5 |
脈沖點(diǎn)火裝置及球距調(diào)整機(jī)構(gòu) |
15kV |
1套 |
|
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(dòng)底座 |
|
1套 |
|
1.8 |
點(diǎn)火檢查和反饋信號(hào)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 |
|
|
3.1 |
高響應(yīng)弱阻尼沖擊電容分壓器 |
200kV/1000pF，1.0% |
1臺(tái) |
|
4 |
直流自動(dòng)充電電源 |
自產(chǎn)組裝 |
|
|
4.1 |
充電變壓器 |
50kV，5kVA |
1臺(tái) |
|
4.2 |
倍壓電容 |
50kV，0.1uF |
1臺(tái) |
|
4.3 |
高壓充電整流硅堆 |
150kV，200mA |
2支 |
|
4.4 |
電動(dòng)接地保護(hù)和變換極性機(jī)構(gòu) |
電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) |
1付 |
|
4.5 |
高壓側(cè)低壓側(cè)充電保護(hù)電阻器 |
充電保護(hù)和充電監(jiān)測(cè) |
1付 |
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5 |
全自動(dòng)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 |
|
5.2 |
全自動(dòng)雷電沖擊PLC控制箱 |
|
1面 |
|
5.3 |
光纖轉(zhuǎn)換傳輸電路及光纖 |
武漢光電公司 |
1套 |
|
5.4 |
三菱FX2N-32-PLC |
進(jìn)口，日本三菱公司 |
1套 |
|
5.5 |
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、打印機(jī) |
聯(lián)想，三星 |
1套 |
|
6 |
全自動(dòng)沖擊測(cè)量分析系統(tǒng) |
自產(chǎn)組裝 |
1套 |
|
6.1 |
TBS1102高壓彩色數(shù)字示波器 |
2通道，3%，記錄長(zhǎng)度：2.5k字節(jié) 美國(guó)泰克中國(guó)公司生產(chǎn) |
1臺(tái) |
|
6.2 |
二次衰減器 |
100倍，自產(chǎn) |
1支 |
|
6.3 |
測(cè)量電纜 |
20m，75Ω |
1條 |
|
6.4 |
隔離濾波電源 |
10kV |
1套 |
|
6.5 |
操作臺(tái)體 |
1.0m（2單元） |
1套 |
|
6.6 |
沖擊測(cè)量分析專用軟件及配套 |
1.0%，自產(chǎn) |
1套 |
|
7 |
運(yùn)輸保險(xiǎn)費(fèi) |
供方負(fù)擔(dān) |
|
|
8 |
安裝調(diào)試費(fèi) |
供方負(fù)擔(dān) |
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全自動(dòng)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(shuō)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(diǎn)火反饋分壓器 |
檢測(cè)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(cè)量發(fā)生器充電電壓 |
安裝在發(fā)生器本體底座 |
|
脈沖放大器2 |
截?cái)嘌b置球隙觸發(fā) |
安裝在截?cái)嘌b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 |
|
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(tái)上。 |
|
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 |
