一种便携式接地装置冲击测试系统的制作方法

1.本发明涉及高电压试验技术领域，具体的为一种便携式接地装置冲击测试系统，该系统可以广泛的应用于变电站接地网、杆塔接地体的冲击接地电阻测试中。


背景技术：

2.变电站内的大型接地网和线路杆塔的接地体统称为接地装置，接地装置作为电力系统中的运行故障电流和雷击故障电流的散流媒介，是保障电力系统安全运行的重要组成之一，其性能和质量不仅关系到电网中重大设备的运行安全，也关系到电力运行人员的人身安全。
3.接地电阻是指在工频或直流电流流过接地装置时的电阻，通常叫做工频接地电阻；而对于防雷接地雷电冲击电流流过时的电阻，叫做冲击接地电阻。从物理过程来看，防雷接地与工频接地有两点区别，一是雷电流的幅值大，二是雷电流的等值频率高。
4.雷击是影响电力系统安全运行的重要因素。泄放雷电流、保证雷击时设备和人身的安全是接地装置的主要功能，因此接地装置的雷击暂态性能一直受到设计和生产运行部门的高度重视。为保证输电线路的可靠运行，需要定期检测杆塔的接地电阻。由于工频接地电阻测试方便、成熟，其在生产运维中得到了广泛应用。然而，对于尺寸较大的接地装置，由于接地体感抗的作用，其工频接地电阻与实际雷击下的接地电阻存在较大差异。因此非常有必要开展接地装置冲击接地电阻的测量工作。
5.目前关于接地装置的冲击接地电阻测量中所应用到主要设备为冲击电流发生器，冲击电流发生器产生冲击电流来模拟雷电流注入到接地装置中，从而用以测量接地装置的冲击接地电阻，为了准确的测量接地体的冲击接地电阻值，需要选择性能良好的冲击电流发生器来产生冲击电流，目前的冲击接地电阻测量过程中，所应用到的均为大型冲击电流发生器，而变电站和线路杆塔往往处于较为偏僻的地方，大型设备运输和安装较为困难，因此有必要研发一种小型的、便于携带的冲击电流发生器来用于接地装置的冲击接地电阻测量试验过程中。
6.本发明中一种便携式接地装置冲击测试系统的研制，就是为了解决接地装置的冲击接地电阻测量工作中面临的冲击电流发生器体型庞大、难于运输、难于安装、操作复杂等问题，可以快速、高效、便捷的产生冲击电流用于测量接地体的冲击接地电阻。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种便携式接地装置冲击测试系统，使用该系统可以产生高质量的冲击电流用于测量接地体的冲击接地电阻，为接地装置的定期维护和保养提供参考信息，确保电力系统安全稳定运行。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下内容：
9.供电装置，为系统的各个部件提供电能；
10.直流倍压筒，其用于将供电装置提供的低压交流电进行整流、升压后，输送给脉冲
电容，为脉冲电容充电，供电装置、直流倍压筒和脉冲电容器共同组成充电回路；
11.脉冲电容器，其用于将直流倍压筒输送过来的小功率电源在较长时间间隔内对电容器的充电能量储存起来，在需要的某一瞬间，在极短的时间间隔内将所储存的能量迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率；
12.铜球放电间隙，其用于控制系统冲击电流回路的开合；
13.绝缘气管，其用于输送高压气体；
14.气泵，其用于产生高压气体，经绝缘气管输送至铜球放电间隙，控制两个铜球放电间隙的碰撞与分离，进而控制咏冲电容器的充放电，实现冲击电流的释放，脉冲电容器、铜球放电间隙以及需要进行冲击试验的接地装置共同组成了放电回路；
15.控制箱，其用于控制整个接地装置冲击测试系统的正常运转；
16.为了控制注入接地装置的冲击电流波形，还需要在放电回路中串入调波电阻和调波电感，用于调整系统输出的冲击电流波形和幅值；当脉冲电容器产生的冲击电流注入接地装置后，还需要使用一系列的测量仪器来检测流入接地装置的冲击电流幅值i和接地装置上的电位升u，用以计算接地装置的冲击接地电阻r(r＝u/i)，测量仪器包括电流互感器、分压器和示波器等，通过在注入接地体上的冲击电流连接线上套上电流互感器连接示波器来读取电流幅值；通过在接地体上连接分压器，经由示波器后来读取接地体的电位升。
17.各种连接线，其用于接地装置冲击测试系统中各个组件间的连接。
18.优选的是，所述的便携式接地装置冲击测试系统总体分为充电回路、放电回路、控制系统和测量系统；充电回路由供电装置、直流倍压筒和脉冲电容器组成；放电回路由脉冲电容器、铜球放电间隙、接地装置和调波电阻和调波电感组成；控制系统集成在一个控制箱内，通过控制面板上的各个功能键或开关进行手动控制，可以增加冲击试验中的控制稳定性；测量系统读取接地装置冲击试验时流入接地装置的冲击电流幅值和接地装置上的电压，用以计算接地装置的冲击接地电阻；
19.优选的是，所述的充电回路和放电回路是相互独立的，当充电回路闭合时放电回路断开，当充电回路断开时放电回路闭合，以避免放电回路的高频高压冲击电流对充电回路造成的破坏；
20.优选的是，所述的供电装置可以使用可充电12v锂电池和12vdc/220vac逆变器，或者使用小型便携式柴油发电机输出220v交流电供系统使用；
21.优选的是，所述的直流倍压筒应用pwm智能脉宽调制技术、脉冲串逻辑阵列调制，采用大功率igbt器件，频率高达40khz，从而使输出高压稳定度更高，波纹系数更小；
22.优选的是，所述的铜球放电间隙由两个铜球形成，通过气动来控制两个铜球碰撞与分离，进而实现控制冲击电流放电回路的通断；
23.优选的是，所述的脉冲电容器容量均为0.46μf，额定电压为50kv，共2台，可串可并使用，输出为冲击电流；
24.优选的是，所述的控制箱中的控制板中含有充电回路开关、气泵开关、冲击电流触发开关等按钮，可以通过手动控制的方式进行操作接地装置的冲击特性试验；
25.优选的是，所述的放电回路中包含有调波电感、调波电阻，来实现冲击电流波形调节的目的；
26.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本
发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
27.图1为一种便携式接地装置冲击测试系统的接线原理图；
28.图2为进行接地装置冲击试验时的接地体结构及其尺寸说明图；
29.图3为示波器读取到的流入接地装置的冲击电流波形图；
30.图4为示波器读取到的接地装置上的冲击电压波形图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
32.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
33.图1为一种便携式接地装置冲击测试系统的接线原理图，整个系统包括供电装置1、直流倍压筒2、铜球放电间隙3、绝缘气管4、气泵5、脉冲电容器6、控制箱7、接地装置8、电流互感器9、分压器10、示波器11、调波电阻12、调波电感13。
34.供电装置1为系统的各个部件提供电能；直流倍压筒2可以将供电装置1提供的低压交流电进行整流、升压后，输送给脉冲电容器6，为脉冲电容充电，供电装置1、直流倍压筒2和脉冲电容器6共同组成充电回路；脉冲电容器6用于将直流倍压筒2输送过来的小功率电源在较长时间间隔内对电容器的充电能量储存起来，在需要的某一瞬间，在极短的时间间隔内将所储存的能量迅速释放出来，形成强大的冲击电流和强大的冲击功率；铜球放电间隙3用于控制系统冲击电流回路的开合；绝缘气管4用于输送高压气体；气泵5用于产生高压气体，经绝缘气管4输送至铜球放电间隙3，控制两个铜球放电间隙的碰撞与分离，进而控制脉冲电容器6的充放电，实现冲击电流的释放，脉冲电容器6、铜球放电间隙3以及需要进行冲击试验的接地装置8共同组成了放电回路；控制箱7用于控制整个接地装置冲击测试系统的正常运转；
35.图2为进行接地装置冲击试验时的接地体结构及其尺寸说明图，所使用的的接地装置为田字形接地体，长、宽均为4m，所选用材料为直径12mm的热镀锌钢，埋入地表以下0.8m。
36.为了控制注入接地装置的冲击电流波形，还需要在放电回路中串入调波电阻12和调波电感13，用于调整系统输出的冲击电流波形和幅值；当脉冲电容器6产生的冲击电流注入接地装置8后，还需要使用一系列的测量仪器来检测流入接地装置的冲击电流幅值i和接地装置上的电位升u，用以计算接地装置的冲击接地电阻r(r＝u/i)，测量仪器包括电流互感器9、分压器10和示波器11等，通过在注入接地体上的冲击电流连接线上套上电流互感器9连接示波器10来读取电流幅值；通过在接地装置8上连接分压器10，经由示波器11后来读取接地装置的电位升。
37.各种连接导线用于接地装置冲击测试系统中各个组件间的连接。
38.所述的便携式接地装置冲击测试系统总体分为充电回路、放电回路、控制系统和测量系统；充电回路由供电装置1、直流倍压筒2和脉冲电容器6组成；放电回路由脉冲电容
器6、铜球放电间隙3、接地装置8、调波电阻12和调波电感13组成；控制系统集成在一个控制箱内，通过控制箱7的控制面板上的各个功能键或开关进行手动控制，可以增加冲击试验中的控制稳定性；测量系统读取接地装置冲击试验时流入接地装置8的冲击电流幅值和接地装置上8的电压，用以计算接地装置8的冲击接地电阻。充电回路和放电回路是相互独立的，当充电回路闭合时放电回路断开，当充电回路断开时放电回路闭合，以避免放电回路的高频高压冲击电流对充电回路元器件造成的破坏。
39.控制箱7的控制面板上包含如下的功能键或开关：输出插座01、数显电压表02、数显电流表03、电源保险丝座04、电源输入插座05、接地线柱06、绿色带灯按钮07、红色带灯按钮08、电压调节电位器09、进气口10、出气口11、气泵电源12、气泵开/关13、触发按钮14、状态信号15、电源开关16。以下为控制箱的操作面板上各个模块的功能或使用方式：
40.输出插座01用于控制箱与直流倍压筒的联接，为直流倍压筒提供交流电能；
41.数显电压表02：用于读取充电回路的电压，液晶数字显示直流倍压筒的直流输出电压，单位为kv，最小分辨率为
±
0.1kv。
42.数显电流表03：用于读取充电回路的电流，液晶数字显示直流倍压筒的直流输出电流，单位为ua，最小分辨率为
±
0.1μa。
43.电源保险丝座04：保险丝为10a，用于保障充电回路的元器件免遭过电流的损坏。
44.电源输入插座05：用于为整个系统供电，对电源的参数要求为单相交流220v
±
10％，50hz，可以采用可充电12v锂电池和12vdc/220vac逆变器，或者使用小型便携式柴油发电机输出220v交流电与电源输入插座连接
45.接地线柱06：与直流倍压筒接地端子连接，再与接地装置相连，为各个电压的测量提供参考零电位点。
46.绿色带灯按钮07：绿灯亮表示电源已接通及充电回路断开。在红灯亮状态下，按绿色按钮，红灯灭绿灯亮，充电回路切断。
47.红色带灯按钮08：也可称作充电回路接通按钮，作为高压指示灯，在绿灯亮的状态下，按下红色按钮后，红灯亮绿灯灭，表示充电回路接通。此时可升压。此按钮必须在电压调节电位器回零状态下才有效。如按下红色按钮红灯亮，绿灯仍亮，但松开按钮红灯灭绿灯亮，表示机内保护电路已经工作，此时必须关机检查过压整定拨盘开关是否小于满量程的5％及有无其它故障，检查无误后再开机。
48.电压调节电位器09：该电压调节电位器为其为多圈电位器，顺时针旋转为升压，反之为降压。此电位器具备控制电子零位保护功能。因此升压前必须先回零位。电压调节精度0.1％kv，试验完毕后，该电位器应回到零位上。
49.进气口010：从气泵出气进控制箱的电磁阀进气口。
50.出气口011：从控制箱里电磁阀出口到气缸。
51.气泵电源012：由控制箱供电给气泵。
52.气泵开/关013：控制气泵的开关，按下后可自锁，气泵不能长时间供电，不做试验的时候，弹出按钮，断开电源。
53.触发按钮014：按下按钮，触发铜球受气缸推动从而触发放电回路放电。
54.电源开关016：将此开关朝按下，电源接通，绿灯亮；反之为关断。控制放电回路的闭合与否。
55.本发明具有如下有益效果：
56.本发明中一种便携式接地装置冲击测试系统的研制，可以解决接地装置的冲击接地电阻测量工作中面临的冲击电流发生器体型庞大、难于运输、难于安装、操作复杂等问题，用本发明中的装置便于运输、易于安装，可以快速、高效、便捷的产生冲击电流用于测量接地体的冲击接地电阻，可以为接地装置的定期维护和保养提供参考信息，确保电力系统安全稳定运行。
57.实施例：
58.按照说明书中的上述内容选择合适导线，正确接好每一根线。将设备按有效绝缘距离就位。检查控制测量系统无误后开始试验。将220v交流电源与电源输入插座05连接，为整个系统供电。
59.将接地装置8埋设于土壤下0.8m，将接地装置8、控制箱上的接地线柱06以及直流倍压筒2的接地端子相连接，为各个电压的测量提供参考零电位点。按下红色带灯按钮08开始为脉冲电容器6充电，旋转电压调节电位器09以调整充电回路的充电电压，数显电压表02的读数显示充电回路的电压为49.47kv，数显电压表03读取到充电电流为1.19ka，对脉冲电容器进行充电，间隔15s后，充电结束，在断开充电回路之前需要先将充电电压调至0v，旋转电压调节电位器09以调整充电回路的充电电压为0v，此时再按动绿色带灯按钮07，断开充电回路，结束充电。将控制箱上的气泵电源012接口连接至气泵以为气泵5供电，按动气泵开/关013为气泵5充气，闭合电源开关015，之后按动触发按钮014，使气泵5产生高压气体经过绝缘气管4输送至铜球放电间隙3，使两个铜球接触放电，即放电回路闭合，由示波器9读取到的流入接地装置的冲击电流幅值如图3所示，可知流入接地装置的冲击电流幅值为0.98ka，由示波器11读取到的接地装置上的暂态电压波形如图4所示，可知接地装置8的暂态电压最大值为2.43kv，此时接地装置的冲击接地电阻r＝2.43/0.98＝2.48ω。完成接地装置的冲击试验后，关闭电源开关015，使放电回路断开。
60.按动开关，值得说明的是，接地装置的冲击接地电阻值随着埋设区域的土壤环境而有所不同，主要是受土壤电阻率的影响，本实施例中的土壤环境下的接地装置的冲击接地电阻为2.48ω，故本实施例中的接地装置冲击接地电阻仅为本次试验中的一种情况。
61.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。