冲击电压发生器功能、波形介绍.docx
电力系统中的高压电气设施在投入运行之前需要进行冲击电压试验来检验其在过电压作用下的绝缘性能。随着电力科技的进展，需要进行冲击电压试验的试 品种类日益增多。冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置。原先它只被用于讨论电 力设施患病大气过电压（雷击）时的绝缘性能，后来又被用于讨论电力设施患病 操作过电压时的绝缘性能。所以对于冲击电压发生器，要求不仅能产生消失在电 力设施上的雷电波形，还能产生操作过电压波形。冲击电压的破坏作用不仅打算 于幅值，还与波前陡度有关。对某些设施还要采纳截断波来进行试验。此外，冲击电压发生器还可用来作为纳秒脉冲功率装置的重要组成部分；在大 功率电阻束和离子束发生器以及二氧化碳激光中，可作为电源装置。依据实测，雷电波是一种非周期性脉冲，它的参数具有统计性。他的波前时间（约从零提升到峰值所需时间）为O.5|JS-1O|JS ,半峰值时间（约从零提升到峰 值后又降到1/2峰值所需时间）为20|js90|js,累积频率为百分之50的波前 和半峰值时间约为1.0|JS1.5|JS和40|js50|jso操作冲击电压波的持续时间比雷电冲击电压波长得多，外形比较简单，而且他 的外形和持续时间，随线路的详细参数和长度的不同而有异，不过目前国际上趋 向于用一种几百微秒波前和几千微秒波长的长脉冲来代表它。雷电波又可分全波 和截波两种。截波是采用截断装置把冲击电压发生器产生的冲击波突然截断，电 压急剧下降来获得。截断的时间可以调整，或发生在波前或发生在波尾。为了保证多次试验结果的重复性和各试验间试验结果的可比性，对波形及波形 定义应有明确规定。为此国际电工委员会和我国标准规定了标准雷电冲击全波及 截波的波形和标准操作冲击电压波形，如图1至图4所示。7=167Tr=o.3rf图1 :雷电冲击电压全波图I中0为原点。有时用示波器摄取到的波形，在0点四周往往模糊不清, 或是有起始之振荡。在产生冲击电压的发生器内电感大时，波形起始处也可能有 一小段较为平坦。此时波形的原点（起始点）在时间轴上不简单确定。电压波的 峰值点，由于比较平坦，在时间上也不简单确定。IEC和我国标准采纳了如图1 所示的方法来求得视在原点,再从01算起来求出波前时间Tf和半峰值时间 Tto规定所在波前时间Tf为T/0.6。规定的标准雷电冲击试验电压波的波前时间 Tf为 1.2|JS±0.3 ,半峰值时间 Tt为 50ps±0.2o试验电压波形基本波形曲线记隶波膨曲线试验电压波形过滤后的残余波形图2:纪录电压波形和试验电压波形（a）纪录和试验电压波形；（b）基本波形叠加绿波后残余波形成为试验电压波形若在波前峰值四周含有振荡或过冲波时（图2a ）,依据IEC600601新的 规定，此时应通过标准所规定的处理步骤，把纪录下来的波形转换成试验电压波 形（图2b），后者的波幅Ut=Ump+k(f) (Ue-Ump)K (f ) =1/(1 + 2.2f2)式中,f-过冲的振荡频率，MHz ;K(f) 试验电压因数，他是一个幅频函数，是多类不同的绝缘上，施加 了叠加不同高频频率过冲的冲击电压波，讨论出与绝缘击穿强度相关的幅频关 系。标准规定把纪录波形的头尾各舍弃一小部分后，用双指数波形拟合来好的基本 波形。尽管后获得的试验波形中含有滤波后残余波形的成分，标准规定由试验电压波 形求得波前时间、半峰值时间和相对过冲幅值* ,其中* =(Ut-Ump)/UtxlIEC新标准规定冲击试验电压的过冲*允许值为0.1 ,但试验电压幅值高于 2MV时，的允许值为0.2。依据笔者对高阶集中参数的冲击电压发生器的计算结果，在产生标准雷电冲击 电压波时，过冲波的频率不太可能高于0.5MHz。不过考虑到杂散振荡以及试验 回路中存在流淌波的多次反射，此时冲击波前上可能会叠加较高频率的振荡波。它的高振荡披绿fmax可按下式进行估算:fmax = C/4(Hg + Hc)式中，C电磁波在空气中的传播速度，C=300m/|js ;Hg冲击电压发生器的高度，m ;He负荷电容的高度，mo雷电冲击电压截波如图3所示。雷电冲击截断时间Tc是视在原点与截断瞬间 的时间间隔。截断期间电压段落的视在特征以截断瞬间电压值的0.7和0.1的C 点和D点来定义。电压跌落持续时间为c点和D点间时间间隔的1.67倍。电压 跌落的陡度我截断瞬间电压与电压跌落持续时间之比。图3 :雷电冲击电压截波(a )在波尾截断的雷电冲击；(b)在波前截断的雷电冲击由IEC60060一1规定的操作冲击被波形如图4所示。它的半峰值时间” 是从实际原点到波尾下降到半峰值的时间间隔。波前时间7是从实际原点到达 峰值的时间间隔。由于波幅处比较平坦，峰值点不简单精确地确定，所以新标准规正了用下列计算式来确定波前时间Tm 二 KT AB式中 f K = 2.42 - 3.08xl0-3xtab +1-51x10-4TtTt , Tab如图4中所示，均以四为单位。图4:操作冲击电压波形IEC 60060-1还炖示准操作冲击电压规定了 09峰值以上的时间, Td是指 冲击电压超过峰值0.9的持续时间。规定的标准操作冲击电压的波前时间Tm为 2 50us±0.2,半峰值时间为 2500us±0.6o IEC 60076-3: 2000 规定了试验额定电压2220 kV变压器及电抗器内绝缘的操作冲击电压波的波形如图5所示。规定视在波前时间Tf至少为1 OOps ,通常不大于250|js,百分之90峰值以上 时间Td>200|JS，从视在原点到过零时间Tz>5 00|jso有关的我国标准(GB 1094. 32003)所规定的此类操作冲击电压波,与上述IEC文件相同。图5 :试验变压器内绝缘的操作冲击电压波形依据试验标准并考虑到足够的裕度，冲击电压发生器的标称电压与被试设施而定电压间的关系大致如下表所示。表中下限值满意型式试验需要，上限值供讨论试验用。试品额定电压/KV35110220330500冲击电压发生器标称电压/MV0.40.60.81.51.82.72.43.627-4.2武汉三新电力专业研发生产冲击电压发生器，十余年相关阅历，数十名专业工程 人员，以科技实力，服务于电力高压试验事业的讨论与进展，成为集电力检测、 调试及电力技术服务为一体的高科技、多元化公司。
