一種大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，所述裝置包括模擬接地體，分布式對稱布置的四臺沖擊電流發生器及其配套的一個充電回路、四個放電回路、圓環形回流電極、一組調波電感和調波電阻、同軸圓筒式分流器，其特征在于：模擬接地體布置在沖擊場中央，埋入地下；四臺沖擊電流發生器對稱布置在沖擊場四周，其輸出端分別通過四根架空鋁管連接至沖擊場中央的高架上進行匯流，然后通過調波電阻、調波電感、同軸圓筒式分流器再連接至模擬接地體。本實用新型可滿足較大尺度接地體在可與實際雷電相比擬的大幅值沖擊電流下的模擬試驗，具有操作方便、電源容量大、輸出沖擊電流幅值高、波形多樣、改裝靈活多樣等優點。
【專利說明】一種大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及高電壓試驗【技術領域】，具體地說涉及到輸電線路、變電站等輸變電設備接地體(包括桿塔接地裝置、變電站接地網等)在大模擬尺度、大幅值的沖擊電流下的沖擊特性的試驗方法。
【背景技術】
[0002]架空輸電線路桿塔、變電站等均設置了接地裝置或接地網(后統稱接地體)，在故障時提供泄流通道。當遭受雷電沖擊，沖擊電流經接地體泄放至土壤中，一方面在接地體上產生高電位，可能延伸至塔頂引起絕緣閃絡發生跳閘故障，另一方面，在土壤中形成電位梯度，危及站在地面的人體和接地設備的安全，甚至通過地中耦合威脅變電站中二次設備的安全。因此，接地設計時對其沖擊特性進行評估，合理設計接地體型式及應對措施，對電力系統的安全穩定運行十分重要。
[0003]目前，研究和評估接地體接地性能的方法主要有三種:現場實測，數值計算，模擬試驗。現場實測需要在接地體建設完成后進行，不能在設計階段采用。數值計算的算法具有一定的假設、簡化及近似，其準確性和適用性有待進一步提高；特別是沖擊特性研究方面，對放電區域的簡化處理和沖擊散流特性規律的人為假設等都缺乏試驗依據。模擬試驗克服了其他兩種方法的缺點，只需進行一定的投資來建設模擬試驗設備，之后就能長期使用，對于改變接地網模型拓撲結構也十分方便，因而接地模擬技術一直是接地設計的一個有效手段。
[0004]目前接地體的沖擊特性模擬試驗方法一般是采用半球形模擬槽或方形模擬槽。半球形模擬槽是在地面挖一個半球形接地池，填充土壤或細沙模擬不同的土壤電阻率，由于模擬槽半徑一般不超過5m，模擬接地體的對角尺寸不能超過2.5m。方形模擬槽是在地下挖一四方體接地池，通常是填充水等溶液，一般尺寸不超過30mX30m，模擬接地體的對角尺寸不能超過3m。中國發明專利“接地模擬試驗方法”(申請號:201210117351.1)提出了一種內置透明液體的透明容器作為模擬試驗裝置，在其底部裝設可移動滑輪，其容積不能做得太大，相應的模擬接地體的尺寸更小。小尺寸模擬時對接地體沖擊特性中的散流分布特征、電感效應等難以有效研究。且這些試驗中，沖擊電源能量通常較小，產生的沖擊電流也很小，與實際雷電流相差較遠。
[0005]中國發明專利“接地裝置雷電沖擊特性的大電流戶外真型模擬試驗方法”(申請號:201110272119.0)提出了一種對接地裝置的真型模擬試驗方法，接地體尺寸雖然可達到實際尺寸，但其:①布線較長，所需場地龐大，且由于布線電感較大，沖擊波頭難以達到陡波頭情況；②同一個接地體在回路中電感和電阻是定值，不能進行不同雷電流波形下的沖擊特性試驗；(D采用單點回流，沖擊電流在地下時在兩電流點間流動，與實際情況中沖擊電流是以接地體為中心向四周對稱流散的特征不符。④接地體是真型模型，但注入沖擊電流幅值相對實際雷電流太小，不能反映實際大幅值雷電流下的情況。國內對于大模擬尺寸、大幅值下的沖擊電流模擬試驗十分缺乏。
【發明內容】

[0006]本實用新型是考慮上述技術中的不足而設計的，提供一種大模擬尺寸、大幅值下接地體沖擊特性的試驗裝置，該裝置操作靈活，沖擊電流從接地體注入向四周土壤流散，能有效反映不同接地體型式和尺寸在不同沖擊電流幅值和波形下的沖擊特性。
[0007]本實用新型所采用的技術方案是:一種大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，包括模擬接地體，分布式對稱布置的四臺沖擊電流發生器及其配套的一個充電回路、四個放電回路、圓環形回流電極、一組調波電感和調波電阻、同軸圓筒式分流器，其特征在于:
[0008]模擬接地體布置在沖擊場中央，埋入地下；四臺沖擊電流發生器對稱布置在沖擊場四周，其輸出端分別通過四根架空鋁管連接至沖擊場中央的高架上進行匯流，然后通過調波電阻、調波電感、同軸圓筒式分流器再連接至模擬接地體；沖擊電流經模擬接地體、土壤和圓環形回流電極以及與其連接的豎直向上的垂直銅排回流至四臺沖擊電流發生器的低壓端；
[0009]四臺沖擊電流發生器均勻布置在圓環形回流電極外邊緣，其并聯給模擬接地體注入沖擊電流，四臺沖擊電流發生器的四個放電回路并聯。
[0010]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，圓環形回流電極埋在地下一定深度的土壤中，選用銅帶作為圓環形回流電極的主材；連接圓環形回流電極和四臺沖擊電流發生器負極的垂直銅排的地下部分采用熱熔膠包裹后加裝IOkV電纜的絕緣護套進行絕緣屏蔽。
[0011]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，圓環形回流電極直徑40m,模擬接地體尺寸達十余米；四臺沖擊電流發生器本體對地絕緣。
[0012]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于:四臺沖擊電流發生器共用一個充電回路，該充電回路由升壓變壓器、高壓硅堆、充電保護電阻、直流電阻分壓器、充電架空線路和主電容組成；其中升壓變壓器的輸出端接高壓硅堆的輸入端，高壓硅堆的輸出端接充電保護電阻，直流電阻分壓器與沖擊電流發生器本體的第一級主電容并聯連接，用來測量主電容兩端的充電電壓；通過環繞試驗場地的±100kV直流充電架空線路對四臺獨立的沖擊電流發生器的主電容充電。
[0013]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，四臺沖擊電流發生器的四個放電回路并聯后再連接試品形成總體放電回路，該總體放電回路由主電容、空氣放電球隙、架空鋁管、回流銅排、調波電阻、調波電感、分流器、模擬接地體、回流極組成；四臺沖擊電流發生器的放電電流經四根架空鋁管進入回流銅排集中，然后經過調波電阻、調波電感、同軸圓筒式分流器后注入模擬接地體；調波電阻、調波電感采用螺栓接入回路中。
[0014]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，各臺沖擊電流發生器參數相同；每臺沖擊電流發生器的主電容由5級電容器組串聯而成，每級電容器組由3臺200kV/0.6 μ F的圓筒式電容器并聯而成，單臺沖擊電流發生器的額定充電電壓為IOOOkV,電容量為0.36 μ F，儲存能量為180kJ ;電容器間的連接采用螺栓。
[0015]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，四臺沖擊電流發生器同時充電，同步放電；通過多路延時可調觸發器實現同步觸發點火，不同沖擊電流發生器的觸發信號之間的相對時間差在0.1μ s以內，使不同發生器產生的沖擊電流疊加后的總沖擊電流波形與單臺發生器的沖擊電流波形一致。
[0016]如上所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，采用基于PLC技術的控制系統為沖擊電流發生器發出各種控制命令，以滿足沖擊電流試驗的各種控制功能；采用光纜連接操作單元和控制柜以控制和顯示充電回路的控制量，采用光纖連接操作單元和四臺沖擊電流發生器的本體控制盒，從而調節和顯示球隙間距以及控制鼓風機的開關。
[0017]本實用新型的有益效果是:本實用新型可以滿足較大尺度接地體在可與實際雷電相比擬的大幅值沖擊電流下的模擬試驗，具有操作方便，電源容量大，輸出沖擊電流幅值高、波形多樣，回流極布置型式新穎，改裝靈活多樣等優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例的沖擊接地模擬試驗接線示意圖。
[0019]圖2為試驗輸出沖擊電流波形(波形8/20 μ s，幅值IOOkA,正極性)。
[0020]圖3為試驗輸出沖擊電流波形(波形8/20 μ s，幅值100kA，負極性)。
[0021]圖4為試驗輸出沖擊電流波形(波形2.6 μ s/50 μ s,幅值15kA)。
【具體實施方式】
[0022]為了更好地理解本實用新型，下面結合實施例進一步闡明本實用新型的內容，但本實用新型的內容不僅僅局限于下面的實施例。本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權利要求書限定范圍之內。
[0023]本實用新型提出的一種大模擬尺寸、大幅值下接地體沖擊特性的試驗裝置，其沖擊接地模擬試驗接線示意圖如圖1所示。為獲得接地體沖擊電流下的沖擊接地電阻，試驗基本步驟如下:
[0024]I)根據試驗目的研究試驗方案，制作接地體模型，提出施加電壓、電流幅值和波形要求，需要觀測的參量和測量方法。將模擬接地體埋入沖擊試驗場中心地下土壤中。
[0025]2)進行沖擊放電回路電氣參數的測試與反演。為調制出符合接地沖擊特性試驗要求的沖擊電流波形，需掌握整個沖擊放電回路的電氣參數，包括電容、電阻和電感參數。具體測試方法如下:①四臺發生器及其高壓引線與接地體、土壤、回流電極構成放電回路，其中不串聯任何調波電阻和調波電感，放電完成后根據沖擊電流波形推算整個回路的電阻A和電感乙采用銅箔短接地下回路部分，即1#發生器、高壓引線、銅箔構成放電回路，放電完成后根據沖擊電路波形推算回路的電阻弋和電感乙；③采用LCR測試儀測量短接銅箔的電阻慫和電感Z3;④根據式(I)計算單臺發生器及其高壓引線的電阻/Py和電感Zy，根據式⑵計算包括接地體、土壤、回流電極的地下回路的電阻ZPf和電感Zf。
【權利要求】
1.一種大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，包括模擬接地體，分布式對稱布置的四臺沖擊電流發生器及其配套的一個充電回路、四個放電回路、圓環形回流電極、一組調波電感和調波電阻、同軸圓筒式分流器，其特征在于: 模擬接地體布置在沖擊場中央，埋入地下；四臺沖擊電流發生器對稱布置在沖擊場四周，其輸出端分別通過四根架空鋁管連接至沖擊場中央的高架上進行匯流，然后通過調波電阻、調波電感、同軸圓筒式分流器再連接至模擬接地體；沖擊電流經模擬接地體、土壤和圓環形回流電極以及與其連接的豎直向上的垂直銅排回流至四臺沖擊電流發生器的低壓端; 四臺沖擊電流發生器均勻布置在圓環形回流電極外邊緣，其并聯給模擬接地體注入沖擊電流，四臺沖擊電流發生器的四個放電回路并聯。
2.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，圓環形回流電極埋在地下一定深度的土壤中，選用銅帶作為圓環形回流電極的主材；連接圓環形回流電極和四臺沖擊電流發生器負極的垂直銅排的地下部分采用熱熔膠包裹后加裝IOkV電纜的絕緣護套進行絕緣屏蔽。
3.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，圓環形回流電極直徑40m,模擬接地體尺寸達十余米；四臺沖擊電流發生器本體對地絕緣。
4.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于:四臺沖擊電流發生器共用一個充電回路，該充電回路由升壓變壓器、高壓硅堆、充電保護電阻、直流電阻 分壓器、充電架空線路和主電容組成；其中升壓變壓器的輸出端接高壓硅堆的輸入端，高壓硅堆的輸出端接充電保護電阻，直流電阻分壓器與沖擊電流發生器本體的第一級主電容并聯連接，用來測量主電容兩端的充電電壓；通過環繞試驗場地的土 IOOkV直流充電架空線路對四臺獨立的沖擊電流發生器的主電容充電。
5.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，四臺沖擊電流發生器的四個放電回路并聯后再連接試品形成總體放電回路，該總體放電回路由主電容、空氣放電球隙、架空鋁管、回流銅排、調波電阻、調波電感、分流器、模擬接地體、回流極組成；四臺沖擊電流發生器的放電電流經四根架空鋁管進入回流銅排集中，然后經過調波電阻、調波電感、同軸圓筒式分流器后注入模擬接地體；調波電阻、調波電感采用螺栓接入回路中。
6.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，各臺沖擊電流發生器參數相同；每臺沖擊電流發生器的主電容由5級電容器組串聯而成，每級電容器組由3臺200kV/0.6yF的圓筒式電容器并聯而成，單臺沖擊電流發生器的額定充電電壓為1000kV,電容量為0.36μ F，儲存能量為180kJ ;電容器間的連接采用螺栓。
7.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，四臺沖擊電流發生器同時充電，同步放電；通過多路延時可調觸發器實現同步觸發點火，不同沖擊電流發生器的觸發信號之間的相對時間差在0.1μ S以內，使不同發生器產生的沖擊電流疊加后的總沖擊電流波形與單臺發生器的沖擊電流波形一致。
8.根據權利要求1所述的大模擬尺寸大幅值接地體沖擊特性模擬試驗裝置，其特征在于，采用基于PLC技術的控制系統為沖擊電流發生器發出各種控制命令，以滿足沖擊電流試驗的各種控制功能；采用光纜連接操作單元和控制柜以控制和顯示充電回路的控制量，采用光纖連接操作單元和四臺沖擊電流發生器的本體控制盒，從而調節和顯示球隙間距以及控制鼓 風機的開關。
【文檔編號】G01R31/12GK203773008SQ201320458521
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年7月30日 優先權日:2013年7月30日
【發明者】楊迎建, 董曉輝, 童雪芳, 鄧長征, 彭慶華, 王湘漢, 向念文 申請人:中國電力科學研究院, 國網電力科學研究院, 國家電網公司