CN103308736B - 小型一体化陡前沿脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种小型一体化陡前沿脉冲发生装置，包括油箱和通过绝缘支架吊于油箱内部的油浸式冲击电压发生器，该发生器包括基于多个脉冲电容器、气体火花开关与电阻形成的冲击电压发生器回路；多个圆环形电容器屏蔽结构；第一、第二与第三绝缘件；多个脉冲电容器与气体火花开关沿同一轴线交替排列地固定在第二绝缘件上；在多个脉冲电容器的周围布置多个圆环形电容器屏蔽结构，将多个圆环形电容器屏蔽结构固定在第一绝缘件上；将多个电阻设置在第三绝缘件的正反面上；通过高压线实现与多个电阻、脉冲电容器与气体火花开关之间的电连接；将第三绝缘件固定在第二绝缘件上；将绝缘支架与第一绝缘件相连。本公开对大容量试品做试验时可输出达标的脉冲。

Description

小型一体化陡前沿脉冲发生装置

技术领域

本公开涉及陡前沿脉冲发生装置，特别地，涉及一种小型一体化陡前沿脉冲发生装置。

背景技术

现有技术中，一般通过冲击电压发生器产生陡前沿脉冲，具体的，可以通过普通敞开式冲击电压发生器输出冲击电压，经过架空母线，然后由陡化间隙对所述冲击电压进行陡化，得到所需的陡前沿脉冲。

图1是现有的塔式冲击电压发生器示意图。

如图1所示，这种传统敞开式陡前沿脉冲发生装置的体积庞大，不便于运输，不易于在现场进行GIS（GasInsulatedSwitchgear，气体绝缘组合电器设备）绝缘特性试验；同时，由于该装置为传统的敞开式设计，因考虑绝缘要求，其结构尺寸大，且为非线性结构，从而使得回路电感大，产生的脉冲陡化效果差且受环境因素影响较大。在对大容量试品进行试验时，容易导致波形不达标。

发明内容

本公开鉴于以上问题中的至少一个提出了新的技术方案。

本公开在其一个方面提供了一种小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其可以有效减小装置的回路电感，进而使得输出脉冲的上升沿达标。

根据本公开，提供一种小型一体化陡前沿脉冲发生装置，包括油箱和通过绝缘支架斜拉悬吊于油箱内部的油浸式冲击电压发生器，其中，

油浸式冲击电压发生器包括：

基于多个脉冲电容器、多个气体火花开关与多个电阻形成的冲击电压发生器回路；

多个圆环形电容器屏蔽结构；

第一绝缘件；

第二绝缘件；以及

第三绝缘件；

其中，

多个脉冲电容器与多个气体火花开关沿同一轴线交替排列地固定在第二绝缘件上；

在多个脉冲电容器的周围布置多个圆环形电容器屏蔽结构，并且将多个圆环形电容器屏蔽结构固定在第一绝缘件上；

将多个电阻设置在第三绝缘件的正反面上；

通过高压线和第三绝缘件上的通孔实现冲击电压发生器回路中的多个电阻、多个脉冲电容器与多个气体火花开关之间的电连接；

将第三绝缘件固定在第二绝缘件上；

将绝缘支架与第一绝缘件相连。

在本公开的一些实施例中，多个气体火花开关采用三电极场畸变开关，通过气路串联于冲击电压发生器回路中。

在本公开的一些实施例中，在冲击电压发生器回路中，自直流充电端起多个气体火花开关按照其自身击穿电压由低到高排列。

在本公开的一些实施例中，每个气体火花开关的放电电压通过其所在腔体内的气体种类和气压控制。

在本公开的一些实施例中，绝缘支架的表面为等间距伞裙结构。

在本公开的一些实施例中，伞间距和伞裙厚度相等，伞裙边沿为圆角。

在本公开的一些实施例中，伞裙厚度和伞的个数根据绝缘要求确定。

在本公开的技术方案中，提供的小型一体化陡前沿脉冲发生装置具有全封闭、紧凑型和便于运输的特点，由于结构紧凑，因此可以有效减小整个装置的回路电感，进而使得装置能够输出达标的陡前沿脉冲。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是现有的塔式冲击电压发生器示意图。

图2是本公开一个实施例的小型一体化陡前沿脉冲发生装置的结构示意图。

图3是Marx回路的原理图。

图4是本公开第一组装示意图。

图5是本公开第二组装示意图。

图6是本公开第三组装示意图。

图7是本公开第四组装示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本公开。要注意的是，以下的描述在本质上仅是解释性和示例性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。除非另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤的相对布置以及数字表达式和数值并不限制本公开的范围。另外，本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论，但在适当的情况下意在成为说明书的一部分。

有鉴于此，本公开下述实施例提供了一种全封闭、紧凑型、便于运输的一体化小型化陡前沿脉冲发生装置。由于整个脉冲发生器浸泡在耐电强度高的变压器油中，可以减小结构尺寸，因此减小了回路电感，此外，由于脉冲发生器采用了线性设计，结构紧凑，减少了没有必要的连线，同样缩小了脉冲发生装置的体积。因此，该一体化与小型化的设计可以有效减小整个装置的回路电感，在针对大容量试品进行耐压试验时，能使输出脉冲上升沿达标。

图2是本公开一个实施例的小型一体化陡前沿脉冲发生装置的结构示意图。

如图2所示，该脉冲发生装置可以包括油箱1和通过绝缘支架6-1、6-2、6-3斜拉悬吊于油箱1内部的油浸式冲击电压发生器2，这种冲击电压发生器通过斜拉悬吊浸入变压器油中的方式可以减小结构尺寸，提高沿面闪络电压，其中，

油浸式冲击电压发生器2又可以包括：

基于多个脉冲电容器9、多个气体火花开关8与多个电阻5形成的冲击电压发生器回路，其中的电容并联充电、串联放电；

多个圆环形电容器屏蔽结构4-1至4-6；

第一绝缘件3-1；

第二绝缘件3-2；以及

第三绝缘件3-3；

其中，

多个脉冲电容器9与多个气体火花开关8沿同一轴线交替排列地固定在第二绝缘件3-2上，这种脉冲电容器与气体火花开关呈线性排列的方式显著缩短了回路长度，有效降低了回路电感；

在多个脉冲电容器9的周围布置多个圆环形电容器屏蔽结构4-1至4-6，以改善整个装置的电场分布，并防止电容器角部因局部高场强产生局放，损害电容器，并且将多个圆环形电容器屏蔽结构固定在第一绝缘件3-1上；

将多个电阻5设置在第三绝缘件3-3的正反面上，以使整个冲击电压发生器的结构更加紧凑，实现小型化设计；

通过高压线和第三绝缘件3-3上的通孔实现冲击电压发生器回路中的多个电阻5、多个脉冲电容器9与多个气体火花开关8之间的电连接；

将第三绝缘件3-3固定在第二绝缘件3-2上；

将绝缘支架6-1、6-2、6-3与第一绝缘件3-1相连。

该实施例提供的小型一体化陡前沿脉冲发生装置具有全封闭、紧凑型和便于运输的特点，由于结构紧凑，因此可以有效减小整个装置的回路电感，进而使得装置能够输出达标的陡前沿脉冲。

其中，多个气体火花开关8可以采用三电极场畸变开关，以保证开关放电的一致性，这些气体火花开关通过气路串联于冲击电压发生器回路中，如图3所示的冲击电压发生器回路。

进一步地，在冲击电压发生器回路中，自直流充电端起多个气体火花开关8按照其自身击穿电压由低到高排列，靠近直流充电端的几个开关自击穿电压低容易放电，其后面的几个开关也因为倍压而易于放电，因此，可以提高装置动作时的同步性。

多个气体火花开关8处于密闭的腔体中，每个气体火花开关有一个进气孔和一个出气孔，将多个气体火花开关串联起来后整体还剩一个进气孔和一个出气孔，由于不同气体其耐电强度不同；相同气体其放电电压随气压也会改变，因此，根据试验电压（即，每个气体火花开关所需承受的直流充电电压）控制整个气体火花开关系统所在腔体内的气体种类和气压。例如，如果试验电压较高，则可以采用耐电强度较高的气体，或者是增加气体开关内的气压，使开关放电同步。

此外，绝缘支架6-1、6-2、6-3的表面为等间距伞裙结构，可以增大爬闪距离。

其中，伞间距和伞裙厚度相等，伞裙边沿为圆角。并且伞裙厚度和伞的个数根据绝缘要求确定。

进一步地，为了使得油浸式冲击电压发生器输出的脉冲前沿可调，可以在发生器的输出端设置调波电阻7，该调波电阻设置在圆环形电容器屏蔽结构4-6、4-7和4-8上，圆环形电容器屏蔽结构4-6、4-7和4-8又固定在第四绝缘件3-4上。因为这两个环中间承担压降比较高，所以有伞群，增加爬电距离。

调波电阻7分档可调，用于调节波形参数，其电阻值与整个装置的回路电感相关，既要保证脉冲上升沿足够陡且使整个回路处于欠阻尼状态，又要兼顾限制放电电流，不至使放电电流过大而对试验设备和试品造成损害。该调波电阻7可以采用双线对绕方式。

上述实施例中的脉冲电容器可以为小电感脉冲电容器。

本公开上述实施例与传统敞开式冲击电压发生器相比，采用了开关电容器一体化结构，通过绝缘支架斜拉悬吊方式将冲击电压发生器浸入变压器油中，实现整个装置一体化设计，保证装置的可靠性。同时配合圆环形电容器屏蔽结构和第三绝缘件，优化了电场分布，减小了结构尺寸；气体火花开关置于密闭充气的腔体中，根据试验电压改变腔体内气体的种类和气压，气体火花开关的排列顺序可以根据其自击穿电压由低到高排列，能增强装置工作时开关动作的同步性。一体化小型化设计有效减小整个装置的回路电感，在针对大容量试品进行耐压试验时，能保证输出脉冲的陡度。

此外，本公开实施例中的陡前沿脉冲发生器还可以配合中间储能油线和峰化开关，通过调波电阻和峰化开关间隙调整单元的配合，得到所需的陡前沿脉冲。具体地，将陡前沿脉冲发生器产生的陡波储存在中间储能油线中，然后峰化开关达到自击穿电压后放电，在峰化开关的后端将产生比脉冲发生器输出端更陡的波形。

上述封闭式的设计使得整个装置受环境因素影响较小。

接下来，通过附图详细说明小型一体化陡前沿脉冲发生装置的组装过程。

（1）如图4所示，先将多个圆环形电容器屏蔽结构4用第一绝缘件3-1和第二绝缘件3-2固定成一个整体。

（2）如图5所示，将多个脉冲电容器9与多个气体火花开关8依次安放在第二绝缘件3-2上进行电连接，并将多个气体火花开关8通过气管串联起来。

（3）如图6所示，将电阻5以“Z”字型排列在第三绝缘件3-3的两侧，各个电阻5之间通过第三绝缘件3-3上的通孔19进行电连接，并将电阻5按照图3所示的电路图通过高压导线和多个脉冲电容器9相连。

（4）如图7所示，将绝缘支架6-1与第一绝缘件连接，并最终固定在油箱的顶部。

最终装配后的示意图如图2所示。

在一个具体实例中，冲击电压发生器可以通过6个绝缘支架斜拉悬吊于油箱中，采用5级双边充电回路，通过10个小电感脉冲电容和5个气体火花开关来实现电压的叠加。

其中，脉冲电容器可以选用100kV、100～300nF的小电感脉冲电容器；气体火花开关中可充N₂和SF₆，气压可以根据充电电压而定。在冲击电压发生器周围加装有圆环形电容器屏蔽结构，其环直径和数量可以根据实际尺寸选取，所产生的陡前沿脉冲的电压幅值可以达到1MV，上升沿可达数十纳秒级，若再配合中间储能油线和峰化开关，其上升沿可小于10ns。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同和相似的部分可以相互参见。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处可以参见方法实施例部分的说明。

本公开上述实施例中的油浸式冲击电压发生器采用开关电容器一体化结构，采用小电感脉冲电容器与气体火花开关直线型排列的方式，缩短回路长度，降低回路电感，增加了向下级峰化开关输送能量的速度，为实现波头极陡的陡前沿脉冲创造了条件。本公开实施例中的一体化小型化陡前沿脉冲发生装置体积小、便于运输，可以方便在实验室和现场进行不同的试验，例如，1000kVGIS绝缘子、500kVGIS绝缘子、SF6间隙等试验。

虽然已参照示例性实施例描述了本公开，但应理解，本公开不限于上述的示例性实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本公开的范围和精神的条件下修改上述的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，包括油箱和通过绝缘支架斜拉悬吊于所述油箱内部的油浸式冲击电压发生器，其中，

所述油浸式冲击电压发生器包括：

基于多个脉冲电容器、多个气体火花开关与多个电阻形成的冲击电压发生器回路；

多个圆环形电容器屏蔽结构；

第一绝缘件；

第二绝缘件；以及

第三绝缘件；

其中，

所述多个脉冲电容器与所述多个气体火花开关沿同一轴线交替排列地固定在所述第二绝缘件上；

在所述多个脉冲电容器的周围布置所述多个圆环形电容器屏蔽结构，并且将所述多个圆环形电容器屏蔽结构固定在所述第一绝缘件上；

将所述多个电阻设置在所述第三绝缘件的正反面上；

通过高压线和所述第三绝缘件上的通孔实现所述冲击电压发生器回路中的所述多个电阻、所述多个脉冲电容器与所述多个气体火花开关之间的电连接；

将所述第三绝缘件固定在所述第二绝缘件上；

将所述绝缘支架与所述第一绝缘件相连。

2.根据权利要求1所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，所述多个气体火花开关采用三电极场畸变开关，通过气路串联于所述冲击电压发生器回路中。

3.根据权利要求1或2所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，在所述冲击电压发生器回路中，自直流充电端起所述多个气体火花开关按照其自身击穿电压由低到高排列。

4.根据权利要求1所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，每个气体火花开关的放电电压通过其所在腔体内的气体种类和气压控制。

5.根据权利要求1所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，所述绝缘支架的表面为等间距伞裙结构。

6.根据权利要求5所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，伞间距和伞裙厚度相等，伞裙边沿为圆角。

7.根据权利要求6所述的小型一体化陡前沿脉冲发生装置，其特征在于，伞裙厚度和伞的个数根据绝缘要求确定。