一种模拟快速暂态过电压的实验电路及方法

1.本发明涉及一种高压实验电路，具体涉及一种模拟快速暂态过电压的实验电路及方法。


背景技术：

2.由于动、静触头极大的电势差，气体绝缘变电站(gas insulated substation,gis)中的隔离开关在分合闸过程中会发生多次电弧重燃现象，重燃弧在隔离开关内部传播时经过多次折反射，最终形成波前陡、幅值大、频率高的快速暂态过电压(very fast transient overvoltage,vfto)，这对变电站的一、二次设备绝缘部件造成了极大地威胁。
3.因此研究vfto对一、二次设备电介质绝缘特性的影响至关重要，这对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。但考虑到经济成本及具体实施的困难性，研究vfto对电介质绝缘特性的影响难以开展，这就需要建立低经济成本、易于实施的实验方法，尤其需要搭建一种能够便携产生vfto的实验电路，以开展其对一、二次设备电介质绝缘特性的影响研究，为电介质的绝缘改性和结构设计提供建议，最终提升电力系统的安全稳定运行等级。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种模拟快速暂态过电压的实验电路及方法，以解决现有技术存在的问题，本发明将大大降低开展vfto相关研究的经济和时间成本，可以为改善一、二次设备电介质的绝缘特性和优化绝缘结构设计研究提供实验平台基础。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种模拟快速暂态过电压的实验电路，包括电压源e1、整流器u1、限流电阻r1、电容器c1、高压继电器kv1、开关ks1、电阻器r2和铜板电极s1；
7.所述电压源e1的正极端与整流器u1的一端连接，整流器u1的另一端与限流电阻r1的一端连接，限流电阻r1的另一端电容器c1的一端连接，电容器c1的另一端与电压源e1的负极端连接后接地；
8.所述电容器c1的一端与高压继电器kv1的一端连接，高压继电器kv1的另一端与开关ks1的一端连接，开关ks1的另一端与电阻器r2的一端连接，电阻器r2的另一端与电容器c1的另一端连接，所述铜板电极s1并联设置在所述电阻器r2的两端之间。
9.进一步地，所述开关ks1为遥控开关。
10.进一步地，还包括测量电路，所述测量电路包括串联设置的电流互感器ct1和示波器g1。
11.进一步地，所述电流互感器ct1为穿心式电流互感器，穿心式电流互感器的一次侧穿过连接铜板电极s1的高压侧，用来测量产生的快速暂态过电压波形，二次侧连接示波器g1，所述示波器g1用来记录产生的快速暂态过电压波形。
12.进一步地，所述铜板电极s1包括水平放置的两个铜板，一个铜板连接电阻器r2的一端，另一个铜板与电阻器r2的另一端连接后接地，两个铜板中间放置待测试电介质。
13.进一步地，所述高压继电器kv1外接12v直流电源。
14.进一步地，所述电压源e1外接220v工频电压。
15.一种模拟快速暂态过电压的方法，包括充电过程和放电过程；
16.当开关ks1断开，电流经电压源e1流出，经过整流器u1转换为直流，流经限流电阻r1，对电容器c1进行充电；
17.当开关ks1闭合，电容器c1开始放电，放电电流经过高压继电器kv1产生高陡度的vfto，vfto幅值通过调节电压源e1的值升高或降低，所述vfto流向铜板电极s1。
18.进一步地，还包括测量电路，所述测量电路包括串联设置的电流互感器ct1和示波器g1，当所述vfto流向铜板电极s1，被电流互感器ct1感应到，根据变比经过幅值变换被示波器g1检测。
19.进一步地，通过控制遥控开关ks1的重复断开与闭合，能够产生重复的vfto。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
21.本发明通过开关控制高压继电器的开合实现电容器的快速充放电，通过高压继电器的闭合导致的电容器快速放电过程，在回路中实现高陡度、高幅值、高频率的脉冲电压，可以用于实验室研究vfto对电力设备电介质绝缘特性的影响，通过本发明电路，将大大降低开展vfto相关研究的经济和时间成本，可以为改善一、二次设备电介质的绝缘特性和优化绝缘结构设计研究提供实验平台基础。
22.进一步地，通过重复开合开关，可以快速实现vfto对电力设备电介质的累积作用。
附图说明
23.说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1为本发明的电路原理图；
25.图2为开关ks1断开，电容器充电时的简化电路原理图；
26.图3为开关ks1闭合，电容器放电时的简化电路原理图；
27.图4为基于本发明搭建的实验平台测试得到的vfto波形。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明技术方案进行进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
29.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.本发明公开一种模拟快速暂态过电压的实验电路，包括电容器充电回路、电容器放电回路；所述电容器充电回路包括电压源e1、整流器u1、限流电阻r1和电容器c1；所述电容器放电回路包括电容器c1、高压继电器kv1、开关ks1(采用遥控开关)、分压电阻r2、铜板电极s1、电流互感器ct1、示波器g1。
31.所述电容器充电回路由电压源e1、整流器u1、限流电阻r1和电容器c1串联组成，所
述电压源e1需外接220v工频电压，经过变压器回路可按需求实现数十千伏电压等级的变化，所述整流器u1和限流电阻r1位于主干路上；所述电容器充电回路需要在电容器c1的低压侧接地，记作gnd1；所述电容器放电回路的电容器c1与充电回路的电容器c1为同一电容器，所述电容器c1和高压继电器kv1、开关ks1是并联连接，所述分压电阻r2与铜板电极s1并联之后再与高压继电器kv1、开关ks1串联，最后接入主干路，所述高压继电器kv1需要外接12v直流电源，所述开关ks1可以远程操作(距离高压继电器kv1 30m以内)。
32.所述电流互感器ct1为穿心式电流互感器，一次侧穿过连接铜板电极s1的高压侧，用来测量产生的快速暂态过电压波形，二次侧连接示波器g1，所述示波器g1与电流互感器ct1串联，用来记录产生的快速暂态过电压波形。
33.所述铜板电极s1由两个铜板水平放置，分别连接高压侧和接地端，两个铜板中间可以放置待测试电介质，上述产生的快速暂态过电压作用于电介质两端，通过开关ks1的重复开合，可对电介质施加重复快速暂态过电压作用。
34.实施例
35.如图1所示，一种模拟快速暂态过电压的实验电路，它包括电容器充电回路1和放电回路2；所述的充电回路1如图2所示，由位于主干路的电压源e1、整流器u1、限流电阻r1和位于支路的电容器c1组成，就图1而言，电容器c1与电压源e1、整流器u1、限流电阻r1成并联连接，但就图2而言，电容器c1与电压源e1、整流器u1、限流电阻r1成串联连接，且此时开关ks1处于断开状态。
36.当遥控开关ks1闭合时，所述放电回路2可等效为图3，位于干路的电容器c1先与高压继电器kv1、开关ks1串联，再和并联后的支路21和支路22串联，支路23不直接接入电路，由电流互感器ct1和示波器g1串联连接而成，所述支路21包含分压电阻r2，所述支路22包含铜板电极s1。
37.所述电容器充电回路，在松开开关ks1时，电流经电压源e1流出，经过整流器u1转换为直流，流经限流电阻r1，对电容器c1进行充电。
38.所述电容器放电回路，在按下开关ks1时，电容器c1开始放电，此时的电容器c1在放电回路中可视为电压源，快速的放电电流经过高压继电器产生高陡度的vfto，vfto幅值可以通过调节主干路的电压源e1的值升高或降低，所述高频脉冲流向铜板电极s1，被电流互感器ct1感应到，根据变比经过幅值变换被示波器g1检测到。
39.所述vfto由开关ks1控制，随着开关ks1的重复开合，可产生重复的vfto作用；所述高压继电器kv1需要外接12v直流电源，所述开关ks1可以远程操作(距离高压继电器kv1 30m以内)。
40.图4基于本发明搭建的实验平台测试得到的vfto波形；所述vfto波形的频率约为30mhz，且呈现周期性衰减振荡，符合vfto的特征。
41.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

技术特征：
1.一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，包括电压源e1、整流器u1、限流电阻r1、电容器c1、高压继电器kv1、开关ks1、电阻器r2和铜板电极s1；所述电压源e1的正极端与整流器u1的一端连接，整流器u1的另一端与限流电阻r1的一端连接，限流电阻r1的另一端电容器c1的一端连接，电容器c1的另一端与电压源e1的负极端连接后接地；所述电容器c1的一端与高压继电器kv1的一端连接，高压继电器kv1的另一端与开关ks1的一端连接，开关ks1的另一端与电阻器r2的一端连接，电阻器r2的另一端与电容器c1的另一端连接，所述铜板电极s1并联设置在所述电阻器r2的两端之间。2.根据权利要求1所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，所述开关ks1为遥控开关。3.根据权利要求1所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，还包括测量电路，所述测量电路包括串联设置的电流互感器ct1和示波器g1。4.根据权利要求3所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，所述电流互感器ct1为穿心式电流互感器，穿心式电流互感器的一次侧穿过连接铜板电极s1的高压侧，用来测量产生的快速暂态过电压波形，二次侧连接示波器g1，所述示波器g1用来记录产生的快速暂态过电压波形。5.根据权利要求1所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，所述铜板电极s1包括水平放置的两个铜板，一个铜板连接电阻器r2的一端，另一个铜板与电阻器r2的另一端连接后接地，两个铜板中间放置待测试电介质。6.根据权利要求1所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，所述高压继电器kv1外接12v直流电源。7.根据权利要求1所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，所述电压源e1外接220v工频电压。8.一种模拟快速暂态过电压的方法，基于权利要求1-7任一项所述的一种模拟快速暂态过电压的实验电路，其特征在于，包括充电过程和放电过程；当开关ks1断开，电流经电压源e1流出，经过整流器u1转换为直流，流经限流电阻r1，对电容器c1进行充电；当开关ks1闭合，电容器c1开始放电，放电电流经过高压继电器kv1产生高陡度的vfto，vfto幅值通过调节电压源e1的值升高或降低，所述vfto流向铜板电极s1。9.根据权利要求8所述的一种模拟快速暂态过电压的方法，其特征在于，还包括测量电路，所述测量电路包括串联设置的电流互感器ct1和示波器g1，当所述vfto流向铜板电极s1，被电流互感器ct1感应到，根据变比经过幅值变换被示波器g1检测。10.根据权利要求8所述的一种模拟快速暂态过电压的方法，其特征在于，通过控制遥控开关ks1的重复断开与闭合，能够产生重复的vfto。

技术总结
本发明公开了一种模拟快速暂态过电压的实验电路及方法，包括电压源、整流器、限流电阻、电容器、高压继电器、开关、电阻器和铜板电极；电压源的正极端与整流器的一端连接，整流器的另一端与限流电阻的一端连接，限流电阻的另一端电容器的一端连接，电容器的另一端与电压源的负极端连接后接地；电容器的一端与高压继电器的一端连接，高压继电器的另一端与开关的一端连接，开关的另一端与电阻器的一端连接，电阻器的另一端与电容器的另一端连接，所述铜板电极并联设置在所述电阻器的两端之间。本发明将大大降低开展VFTO相关研究的经济和时间成本，可以为改善一、二次设备电介质的绝缘特性和优化绝缘结构设计研究提供实验平台基础。基础。基础。


技术研发人员：成林 卢江平 姜留浩 赵九辉 蒲路 薛军 任双赞 冯阳 李盛涛
受保护的技术使用者：西安交通大学 国网（西安）环保技术中心有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/4