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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410770921.6 (22)申请日 2014.12.12 G01R 1/28(2006.01) G01R 31/14(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 中国电力科学研究院 北京华天机电研究所有限公司 (72)发明人 张搏宇 时卫东 殷禹 贺子鸣 艾晓宇 周佳 (74)专利代理机构 北京安博达知识产权代理有 限公司 11271 代理人 徐国文 (54) 发明名称 一种双极性联动冲击电流发生器 (57) 摘要 本发明提供一种双极性联动冲击电流发生 器， 包括正。
2、极性冲击电流发生器、 负极性冲击电 流发生器、 控制系统和测量系统 ； 所述正极性冲 击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器分别 设有与被测试品连接的接口， 并分别通过放电球 隙与所述控制系统相连 ； 所述正极性冲击电流发 生器与所述负极性冲击电流发生器在所述控制系 统的控制下分别在不同时间段向所述被测试品放 电， 以产生冲击电流 ； 所述测量系统测量并显示 所述被测试品的电压和电流。这种冲击电流发生 器经济有效， 能产生一正一负两个连续且间隔时 间可控的冲击电流， 适合于考核金属氧化物限压 器的能量耐受能力。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请。
3、 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104459236 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104459236 A 1/2 页 2 1.一种双极性联动冲击电流发生器， 包括正极性冲击电流发生器、 负极性冲击电流发 生器、 控制系统和测量系统 ； 其特征在于 : 所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击 电流发生器分别设有与被测试品连接的接口， 并分别通过放电球隙与所述控制系统相连 ； 所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器在所述控制系统的控制下分别 在不同时间段向所述被测试品放电， 以产生冲击电流 ； 所述测量系统测量并显示所述被测 试。
4、品的电压和电流。 2.如权利要求 1 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 所述控制系统包括交流电源、 可控硅、 可控硅控制器、 变压器、 整流器、 放电系统和主控 制器 ； 所述可控硅的输入端与交流电流相连， 其输出端与所述变压器的输入端相连， 所述变 压器的输出端与整流器的输入端相连， 所述整流器的输出端与放电系统相连 ； 所述主控制器通过可控硅控制器与所述可控硅的控制极连接 ； 并通过分压器检测所 述整流器的输出电压 ； 所述主控制器根据所述整流器的输出电压发送信号给所述可控硅控 制器， 使所述可控硅控制器控制所述可控硅的导通或关断， 从而调节所述变压器的输入电 压 ； 。
5、所述主控制器与放电系统相连， 用于控制所述放电系统产生高压触发脉冲输出至所述 正极性冲击电流发生器的放电球隙或所述负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电球隙。 3.如权利要求 2 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 所述主控制器控制所述放电球隙和所述隔离球隙的放电时间， 所述放电时间为 2ms-10ms。 4.如权利要求 1 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 所述正极性冲击电流发生器包括第一充电设备、 储能电容 C1、 电感 L1、 第一放电球隙 和电阻阀片 ； 所述储能电容 C1、 所述电感 L1、 所述第一放电球隙、 所述电阻阀片、 以及所述 被测试品依。
6、次连接形成一个闭合回路 ； 所述第一充电设备与所述储能电容 C1 并联 ； 所述储能电容 C1 与所述被测试品的连接 端接地。 5.如权利要求 4 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 负极性冲击电流发生器包括第二充电设备、 储能电容 C2、 电感 L2、 第二放电球隙和隔 离球隙 ； 所述储能电容 C2、 所述电感 L2、 所述第二放电球隙、 所述隔离球隙、 以及所述被测 试品依次连接形成一个闭合回路 ； 所述第二充电设备与所述储能电容 C2 并联， 所述储能电容 C2 与所述被测试品的连接 端接地。 6.如权利要求 5 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 。
7、所述隔离球隙与所述第二放电球隙的连接端与箝位电阻的一端相连， 所述箝位电阻的 另一端接地。 7.如权利要求 6 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 第一充电设备和第二充电设备分别对储能电容C1充正极性电和对储能电容C2充负极 性电， 控制系统控制第一放电球隙放电时， 正极性冲击电流发生器回路导通， 所述储能电容 C1 通过电感 L1、 第一放电球隙、 以及电阻阀片对被测试品放电 ； 权 利 要 求 书 CN 104459236 A 2 2/2 页 3 所述储能电容 C1 放电完成后 ； 所述控制系统控制第二放电球隙和隔离球隙放电， 负极 性冲击电流发生器回路导通， 所述储能电。
8、容 C2 通过电感 L2、 第二放电球隙、 以及隔离球隙 对所述被测试品放电。 8.如权利要求 1 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 所述测量系统包括分压器、 分流器和示波器 ； 所述分压器与所述被测试品并联， 用于测 量所述被测试品两端的电压， 并将测量电压值输出给所述示波器进行波形显示 ； 所述分流器与所述被测试品串联， 用于测量流经所述被测试品的电流， 并将测量电流 值输出给示波器进行波形显示。 9.如权利要求 8 所述的一种双极性联动冲击电流发生器， 其特征在于 ： 所述示波器通过光电转换方式与控制系统的主控制器连接， 将所述被测试品的电压和 电流信号传输给所述主控。
9、制器， 所述主控制器根据所述电压和电流信号计算所述被测试品 吸收的能量。 权 利 要 求 书 CN 104459236 A 3 1/4 页 4 一种双极性联动冲击电流发生器 技术领域 0001 本发明涉及一种电流发生器， 具体讲涉及一种能够模拟并产生串联补偿装置用金 属氧化物限压器动作时电流波形的冲击电流发生器。 技术领域 0002 0003 现有的金属氧化物限压器的能量耐受能力一般用其在 2ms 方波电流下的能量耐 受能力来表示， 这种波形能够大致模拟常规交流系统操作过电压下的电流波形， 并用于考 核避雷器的能量耐受能力。但串联补偿装置用金属氧化物限压器动作时的电流波形与 2ms 方波差异很。
10、大。 0004 图 1 和图 2 给出了典型金属氧化物限压器动作时的电流波形。其主要特点是 ： 交 流系统操作过电压时， 流经金属氧化物限压器的冲击电流为多个连续的冲击电流， 相邻两 个冲击电流的极性相反 ； 电流波形与电压波形相对应， 电流持续时间约 4ms， 两个相反极性 的电流波形相差约半个工频周期。 0005 因此， 传统方法中， 仅用金属氧化物限压器在 2ms 方波电流下的能量耐受能力来 表示其能量耐受能力显然不够准确。需要提供一种新的技术方案， 以准确模拟串联补偿装 置用金属氧化物限压器动作时的电流波形， 考核金属氧化物限压器的能量耐受能力。 发明内容 0006 为了解决现有技术中。
11、所存在的上述问题， 本发明提供一种能够模拟并产生串联补 偿装置用金属氧化物限压器动作时电流波形的冲击电流发生器， 该电流发生器能够产生一 正一负两个连续且间隔时间可控的冲击电流， 用于考核限压器的能量耐受能力。 0007 本发明提供的技术方案是 ： 一种双极性联动冲击电流发生器， 包括正极性冲击电 流发生器、 负极性冲击电流发生器、 控制系统和测量系统 ； 其改进之处在于 : 所述正极性冲 击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器分别设有与被测试品连接的接口， 并分别通过 放电球隙与所述控制系统相连 ； 所述正极性冲击电流发生器与所述负极性冲击电流发生器 在所述控制系统的控制下分别在不同时间段向。
12、所述被测试品放电， 以产生冲击电流 ； 所述 测量系统测量并显示所述被测试品的电压和电流。 0008 优选的， 所述控制系统包括交流电源、 可控硅、 可控硅控制器、 变压器、 整流器、 放 电系统和主控制器 ； 0009 所述可控硅的输入端与交流电流相连， 其输出端与所述变压器的输入端相连， 所 述变压器的输出端与整流器的输入端相连， 所述整流器的输出端与放电系统相连 ； 0010 所述主控制器通过可控硅控制器与所述可控硅的控制极连接 ； 并通过分压器检测 所述整流器的输出电压 ； 所述主控制器根据所述整流器的输出电压发送信号给所述可控硅 控制器， 使所述可控硅控制器控制所述可控硅的导通或关断。
13、， 从而调节所述变压器的输入 电压 ； 说 明 书 CN 104459236 A 4 2/4 页 5 0011 所述主控制器与放电系统相连， 用于控制所述放电系统产生高压触发脉冲输出至 所述正极性冲击电流发生器的放电球隙或所述负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电 球隙。 0012 进一步， 所述主控制器控制所述放电球隙和所述隔离球隙的放电时间， 所述放电 时间为 2ms-10ms。 0013 优选的， 所述正极性冲击电流发生器包括第一充电设备、 储能电容 C1、 电感 L1、 第 一放电球隙和电阻阀片 ； 所述储能电容 C1、 所述电感 L1、 所述第一放电球隙、 所述电阻阀 片、 以及所述被。
14、测试品依次连接形成一个闭合回路 ； 0014 所述第一充电设备与所述储能电容 C1 并联 ； 所述储能电容 C1 与所述被测试品的 连接端接地。 0015 进一步， 负极性冲击电流发生器包括第二充电设备、 储能电容 C2、 电感 L2、 第二放 电球隙和隔离球隙 ； 所述储能电容 C2、 所述电感 L2、 所述第二放电球隙、 所述隔离球隙、 以 及所述被测试品依次连接形成一个闭合回路 ； 0016 所述第二充电设备与所述储能电容 C2 并联， 所述储能电容 C2 与所述被测试品的 连接端接地。 0017 进一步， 所述隔离球隙与所述第二放电球隙的连接端与箝位电阻的一端相连， 所 述箝位电阻的另。
15、一端接地。 0018 进一步， 第一充电设备和第二充电设备分别对储能电容 C1 充正极性电和对储能 电容 C2 充负极性电， 控制系统控制第一放电球隙放电时， 正极性冲击电流发生器回路导 通， 所述储能电容 C1 通过电感 L1、 第一放电球隙、 以及电阻阀片对被测试品放电 ； 0019 所述储能电容 C1 放电完成后 ； 所述控制系统控制第二放电球隙和隔离球隙放电， 负极性冲击电流发生器回路导通， 所述储能电容 C2 通过电感 L2、 第二放电球隙、 以及隔离 球隙对所述被测试品放电。 0020 优选的， 所述测量系统包括分压器、 分流器和示波器 ； 所述分压器与所述被测试品 并联， 用于测。
16、量所述被测试品两端的电压， 并将测量电压值输出给所述示波器进行波形显 示 ； 0021 所述分流器与所述被测试品串联， 用于测量流经所述被测试品的电流， 并将测量 电流值输出给示波器进行波形显示。 0022 进一步， 所述示波器通过光电转换方式与控制系统的主控制器连接， 将所述被测 试品的电压和电流信号传输给所述主控制器， 所述主控制器根据所述电压和电流信号计算 所述被测试品吸收的能量。 0023 与最接近的技术方案相比， 本发明具有如下显著进步 ： 0024 1) 本发明提供的技术方案可经济高效的确定金属氧化物限压器的能量耐受能力， 克服了用工频回路实现考核时容量要求大， 可控性差的缺陷。 。
17、0025 2) 本发明通过在负极性冲击电流发生器的回路中串联隔离球隙， 并通过控制系统 控制放电球隙放电， 可防止正极性冲击电流发生器的储能电容 C1 在实际应用中直接对负 极性冲击电流发生器的储能电容 C2 放电的误动作。 0026 3) 本发明通过在正极性冲击电流发生器的回路中串联电阻阀片， 并通过控制系统 控制放电球隙放电， ， 可防止负极性冲击电流发生器的储能电容 C2 放电时， 通过正极性冲 说 明 书 CN 104459236 A 5 3/4 页 6 击电流发生器回路将电流信号短路。 0027 4) 在负极性冲击电流发生器的回路中设置箝位电阻， 保证负极性冲击电流发生器 的回路能顺。
18、利点火， 提高了冲击电流发生器的可靠性。 0028 5) 测量系统和控制系统之间采用光电转换的方式进行采集和传输信号， 防止了系 统中的高压电磁干扰和地电位对控制信号的干扰。 附图说明 0029 图 1 为传统的串补装置发生单相接地故障， 火花间隙拒动， 金属氧化物限压器 MOV 电压、 电流和能耗波形图 ； 0030 图 2 为传统的串补装置发生三相接地故障， 火花间隙拒动， 金属氧化物限压器 MOV 电压、 电流和能耗波形图 ； 0031 图 3 为本发明提供的双极性冲击电流发生器的原理图 ； 0032 图 4 为本发明的控制系统的结构示意图 ； 0033 图 5 为本发明的测量系统的结构。
19、示意图 ； 0034 图 6 为本发明提供的双极性冲击电流发生器产生的电压电流波形图。 0035 其中 ： 1- 分流器， 2- 分压器， 3- 放电球隙 1， 4- 放电球隙 2， 5- 隔离球隙， 6- 箝位电 阻， 7- 被测试品， 8- 电阻阀片。 具体实施方式 0036 为了更好地理解本发明， 下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的 说明。 0037 本发明提供的双极性联动冲击电流发生器主要由两套极性相反的冲击电流发生 器、 控制系统、 保护系统和测量系统组成 ； 0038 两套极性相反的单极性冲击电流发生器的回路设计如图 3 所示， 主要包括 ： 0039 产生正极性波形。
20、的正极性冲击电流发生器和产生负极性波形的负极性冲击电流 发生器 ； 0040 正极性冲击电流发生器包括储能电容 C1、 电感 L1、 放电球隙 1 和电阻阀片 ； 储能 电容 C1、 电感 L1、 放电球隙 1、 电阻阀片、 以及被测试品依次连接形成一个闭合回路 ； 储能电 容C1通过并联在其两端的充电设备充正极性电， 其放电由控制系统给放电球隙1点火来控 制 ； 0041 负极性冲击电流发生器包括储能电容C2、 电感L2、 放电球隙2和隔离球隙 ； 储能电 容 C2、 电感 L2、 放电球隙 2、 隔离球隙、 以及被测试品依次连接形成一个闭合回路 ； 储能电容 C2 通过并联在其两端的充电设。
21、备充负极性电， 其放电由控制系统给放电球隙 2 和隔离球隙 点火来控制 ； 0042 实际使用中， 设备容易产生正极性冲击电流发生器的储能电容 C1 直接对负极性 冲击电流发生器的储能电容 C2 放电这样的误动作， 为此在本发明中使用隔离球间隙和放 电系统 3 来减小系统此方面的误动作。 0043 另外在正极性冲击电流发生器的回路中串联非线性电阻阀片， 可以保证负极性冲 击电流发生器的储能电容C2放电时不会通过正极性冲击电流发生器的储能电容C1将电流 说 明 书 CN 104459236 A 6 4/4 页 7 信号旁路。 0044 负极性冲击电流发生器回路中的箝位电阻是一个 M 级的电阻， 。
22、用于为放电球隙 2 的下半部分提供参考地电位， 以保证负极性冲击电流发生器的回路能顺利点火。 0045 控制系统如图 4 所示 ： 正负不同极性回路的联合动作由控制系统来控制， 控制系 统可以控制两个不同极性回路的放电时间， 并且放电时间可调， 从 2mS 10mS 间可灵活设 置。 0046 控制系统主要包括 ： 380V 的交流电源、 可控硅、 可控硅控制器、 变压器、 整流器、 放 电系统和主控制器 ； 0047 控制回路采用闭环控制， 主控制器 ( 计算机及 PLC 系统 ) 通过分压器检测整流器 的输出电压， 根据整流器的输出电压发送信号给可控硅控制器， 使可控硅控制器控制可控 硅的。
23、导通或关断， 从而调节变压器的输入电压 ； 0048 主控制器与放电系统相连， 用于控制放电系统产生高压触发脉冲输出至正极性冲 击电流发生器的放电球隙或负极性冲击电流发生器的隔离球隙和放电球隙， 给放电球隙或 隔离球隙点火。 0049 测量系统如图 5 所示 ： 测量系统可测量正极性冲击电流波形、 幅值和对应的电压 波形、 幅值 ； 负极性冲击电流波形、 幅值和对应的电压波形、 幅值 ； 正负极性时间间隔、 每次 冲击被测试品吸收的能量、 总能量 ； 0050 测量系统主要包括分压器、 分流器和示波器 ； 分压器与被测试品并联， 用于测量被 测试品两端的电压 ； 分流器与被测试品串联， 用于测。
24、量流经被测试品两端的电流 ； 分压器 和分流器测得的电压和电流波形均通过独立电源示波器显示 ； 0051 独立电源示波器与控制系统相连， 将被测试品的电压和电流发送给控制系统， 通 过控制系统计算被测试品吸收的能量。 0052 双极性联动冲击电流发生器的具体工作过程如下 ： 0053 双极性冲击电流发生器使用 2 套充电设备对电容 C1 充正极性电压， 对电容 C2 充 负极性电压。电压充电到设定值时， 控制系统给放电系统 1 发出放电信号， 正极性冲击电流 发生器的回路接通， 电容 C2 放电产生正半波的冲击电流波形， 同时测量系统检测正极性回 路的放电信号， 并发送给控制系统， 控制系统对。
25、信号进行延时， 延时时间 2mS 10mS 可调， 随后将信号传递给放电系统 2 和放电系统 3 由它们同时动作， 使得充着负极性电压的电容 C2 对被测试品进行放电， 从而对被测试品产生负极性的波形。 0054 为了防止系统中高压电磁干扰和地电位对控制信号的干扰， 控制系统和测量系统 之间采用光电转换的方式采集和传输信号。 0055 如图 6 所示 ： 图 6 为双极性冲击电流发生器的电流和电压波形图。图中上部分为 电压信号， 下部分为电流信号。 0056 以上仅为本发明的实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则 之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。 说 明 书 CN 104459236 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104459236 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104459236 A 9 3/3 页 10 图 6 说 明 书 附 图 CN 104459236 A 10 。