用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置及方法，包括发电机和雷电流发生器主回路试验箱；整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端；储能电容C与直流分压器并联；放电开关S一端连接储能电容C的正极，另一端连接可调的调波电阻R2的一端，可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端，可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网；待测接地网的四周布置有接地测试回流极和参考电压极；接地测试回流极连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极。该装置能够真实的模拟电感效应和土壤火花放电效应，真实的测试出冲击接地电阻。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于电力系统接地
，特别涉及一种。【
技术介绍
】电力系统有工作、防雷、安全等多种形式的接地需要，它们是保证电力系统安全、稳定运行不可缺少的重要部分。随着西电东送和南北互供的全国联网战略的实现，我国电力工业将在未来15?20年内保持快速增长，需要建设大量的330kV、500kV、750kV和100kV超(特)高压变电站和杆塔，同时为了确保电网运行过程中，工作人员和电气设备的安全，需要专门为这些变电站和杆塔建设大量的接地设施。接地装置冲击阻抗测试研宄，正是为了更好地设计、建设、维护电力系统的接地设施，而展开的非常紧迫，且具有十分重要意义的工作。摸清接地装置冲击阻抗特性，是为了更好地设计接地装置。电力系统的运行经验表明，大多数输电线路事故都是由于雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。例如，根据电网故障分类统计表明，在我国跳闸率比较高的地区，高压线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数约占40?70%，这将给社会带来巨大的经济损失。国内外的运行经验和理论分析表明，有效降低杆塔接地电阻是改善输电线路直击雷保护效果的最为有效的措施。在线路杆塔的防雷性能设计中，其接地装置的暂态接地阻抗取值，直接影响到线路的防雷效果。在国内外的输电线路防雷分析计算中，输电线路杆塔接地装置暂态接地阻抗通常只采用特定值的集中参数电阻来模拟，例如，目前得到广泛应用的CDEGS等接地分析软件仍无法考虑在雷击过程中土壤电离所引起的非线性特性。而事实上，在冲击电流作用下，接地装置的暂态接地阻抗是随时间动态变化的，并呈现复杂的非线性特性。输电线路走廊不可避免地会经过高土壤电阻率山区。由于在传统的降阻思路中将接地装置等效为集中参数电阻来处理，因而只能从静态的角度提出改善接地装置散流性能的措施。而这些传统措施在土壤电阻率很高时，其降阻效率有限，对线路防雷性能的改善不明显。如果能准确地测试，并计算接地装置冲击动态过程，就可以针对造成雷击闪络最严重的冲击电流波头时段，从改善冲击电流波头时段地中电场分布的角度来提高接地装置的冲击散流效率，降低冲击电流波头时段的暂态接地阻抗。此外，冲击电流经过接地装置向土壤散流的过程中，随着土壤中电场强度的增加土壤电阻率会有所下降，呈现出非线性电学现象。同时，当接地极周围土壤的电场强度超过土壤的击穿场强时，接地极周围土壤中会产生强烈的火花放电，在接地极附近形成了一个不规则的放电区域。因此，输电线路接地装置暂态接地阻抗的计算就必须能准确地反映该动态物理过程。通过大量的接地装置冲击散流模拟测试试验得到火花放电区域与接地装置结构的关系，并通过土壤非线性特性的试验得到接地装置冲击阻抗特性，最终就能得到符合实际物理过程的计算结果。如果能够简便的进行接地装置的冲击阻抗特性测试，并正确建立输电线路接地装置在冲击电流作用下的动态特性计算模型，不仅为计算存在电离现象和介质非线性特性的动态电场问题提供了理论分析方法，还为准确预测输电线路的防雷效果、计算雷电过电压提供了有力支撑。接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置具有重要的理论意义和工程应用价值，能够为电力部门迫切需要解决的实际难题提供了新的解决思路。接地装置的冲击特性对防雷设计具有重要意义，从上世纪早期开始，国内外众多学者就对其进行了大量的研宄，也有一些显著的成果，总的说来，这些研宄可以大致分为试验研宄和理论仿真研宄两大类。(I)试验研宄根据试验条件的不同，接地装置冲击特性的试验研宄可以分为现场真型试验和实验室模拟实验两大类。现场真型试验就是用冲击电流发生器模拟雷电流的输入，对真实的接地体进行冲击试验，测量其冲击特性。在实际中，雷击杆塔时的电流是非常大的，现场真型试验要想获得大电流，就需要大容量的冲击电流发生器，而要想提高冲击电流发生器的容量，那在现有的技术条件下，不可避免的就要增大发生器的体积，又因为现场真型试验的土壤条件不是人为可以控制的，要想获得不同土壤条件下的数据，就必须经常移动笨重的冲击电流发生器。而随着发生器容量的提高，试验的危险性也会进一步的增大。这样一来，不仅仅是运输笨重的冲击电流发生器非常耗费人力物力，而且大容量冲击电流发生器做试验时带来的安全问题也更加复杂。由于现阶段现场真型试验有较大的局限性，一直以来相关的数据都比较少，只是用于验证理论推导的结果。电场的模拟实验方法有两种，一种是几何模拟，一种是数学模拟。在接地装置的试验中广泛采用的是几何模拟法。几何模拟法是建立在相似原理基础上的一种物理模拟，它将接地装置的几何尺寸、埋设深度、注入接地装置的电流、土壤电阻率等按各自的比例尺缩小，在模拟池中进行实验。模拟实验最大的好处就是方便，只需要不大的投资，就可以将实验平台建立起来，并可以长期使用。另外在实验中想改变接地体的结构尺寸或土壤电阻率都比较容易，可以方便的模拟多种条件下的冲击试验。然而模拟实验的局限性也比较明显。如果土壤模型和接地体的所有几何尺寸的比例尺为n，那么根据相似原理，所注入的冲击电流相比于真型试验电流应当缩小η倍那么波形的幅值应该缩小η倍，而且波头时间也要相应的缩小η倍。仅仅这样就会带来两个方面的问题，首先当电流幅值缩小以后，相应的会使得土壤中各点的电场强度降低很多，那么在真型试验条件下可能出现的土壤火花放电现象，在模拟实验的时候也许就不会出现；其次，想要将输入电流的波头时间缩小η倍，提高波形的陡度，实现起来难度也不小。除此以外，缩小土壤模型的尺寸并不能缩小土壤颗粒的尺寸，因而模拟实验也就不能模拟不同土壤颗粒条件下的散流状况，也就难以真实的反映接地装置在冲击电流下发生的土壤火花放电现象。模拟实验可以定性的反映接地装置冲击特性的某些规律，却很难从定量的角度准确反映接地装置的冲击特性。(2)理论仿真研宄相比于接地装置冲击特性的试验研宄，其理论研宄的发展要迅速的多，尤其是随着计算机技术的发展，使得大型计算变得容易，进一步推动了理论计算的发展。目前，针对接地装置暂态特性的仿真主要有以下几种:传输线理论，电路理论，电磁场理论，有限元方法等。I)传输线理论Mel1poilos A.P，Moharam M.G，Mazzettie C.和 Veca G.M.等人在上世纪八十年代的时候提出了用传输线的理论来模拟接地装置暂态特性的方案。传输线理论将水平接地体在冲击电流下的响应当作具有分布参数的传输线上的波过程来处理，是一种时域的方法。这种方法对于水平接地体是比较适用的，但是对于其他结构的接地装置就不适用了，比如垂直接地体或者是复杂结构的接地装置。2)电路理论基于电路理论的方法是将接地体模拟成由集中参数R-L-C-G组成的π型等值电路来计算其冲击响应，这是一种非常直接的方法。这种方法对计算资源的需求不是太高，计算结果也是可以接受的。电路理论的缺陷在于，对于复杂接地体的情况处理起来比较麻烦，为了方便计算，通常要采取简化的计算公式，这样就影响了计算结果的精度。国内有些学者进行了这方面的研宄，但很多都局限于水平的接地体，或是忽略了土壤发生火花放电时非线性特性的影响，或是采用了非常简化的模型。另外，有些学者结合电磁场理论利用电路仿真软件对接地体的冲击特性进行了研宄，电路仿真软件的缺陷在于无法自动的完成参数的迭代计算，需要人为去计算每次迭代的参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于接地装置冲击阻抗测试的便携式雷电流产生装置，其特征在于，包括发电机和雷电流发生器主回路试验箱；雷电流发生器主回路试验箱的主回路，包括隔离变压器T1、升压变压器T2、整流硅堆D、充电电阻R1、直流分压器、储能电容C、放电开关S、可调的调波电阻R2、可调的调波电感L和脉冲分压器；隔离变压器T1的输入端连接发电机的输出端，隔离变压器T1的输出端连接升压变压器T2的输入端；整流硅堆D、充电电阻R1和直流分压器串联在升压变压器T2的输出端；储能电容C与直流分压器并联；放电开关S一端连接储能电容C的正极，另一端连接可调的调波电阻R2的一端，可调的调波电阻R2的另一端连接可调的调波电感L一端，可调的调波电感L的另一端通过接地测试电流注入点连接待测接地网；待测接地网的四周布置有接地测试回流极和参考电压极；接地测试回流极连接至雷电流发生器主回路的储能电容C的负极；脉冲分压器CH2一端连接可调的调波电感L的另一端，另一端连接参考电压极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王森，成林，李志忠，陈景亮，耿波，吉宏亮，王荆，牛博，姚学玲，雷望龙，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11