方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法被试品光纤复合地缆通过作用间隙分别与并联在测控管理系统之间的两重雷电流分量测试回路相连接；第一测试回路向带有作用间隙的被试品输出电压大于100kV、电荷量不小于10C、平均峰值电流不小于2kA、持续时间1～5ms、波形为方波的第一雷电流分量，第二测试回路向带有作用间隙的被试品输出直流电流幅值100～400A、电荷量50～200C、持续时间0.25～0.5s的第二雷电流分量。与现有无法模拟实际雷击对OPGW的冲击力、电磁力和电阻热效应相比，本发明专利技术可以真实模拟实际雷击对OPGW的雷击直接效应。

【技术实现步骤摘要】
方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法
本专利技术属于雷击直接效应试验
，涉及方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法。
技术介绍
随着我国电网建设和电力通信的发展，光纤复合架空地线(OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW)的应用日益广泛，在电力通信调度方面发挥越来越重要的作用。OPGW雷击断股事故时有发生，OPGW的雷击断股可能影响到电力系统的安全运行和可靠通信，因此OPGW的雷击断股机理的研究和相应的防治措施非常重要。OPGW雷击断股机理的研究是国内外关注的热点和难点，而雷击断股测量技术和试验设备是雷击断股机理研究的关键技术和核心装备，OPGW雷击直接效应试验技术和试验设备不能满足OPGW雷击机理研究和技术发展的需求。在雷击效应试验规范方面，欧盟和美军标规定了航空器雷击的试验要求和雷电分量，但IEEE1138仅规定了OPGW雷击的0类、1类、2类、3类长持续时间分量试验的电流峰值、电荷量、脉冲持续时间以及作用间隙(50mm)等参数，雷电分量的参数分别为电流峰值100A-400A、电荷量50-200C、持续时间0.5s，但缺乏对雷电流分量注入方式及波形参数的明确规定。目前，OPGW雷击效应的试验仅考虑长持续时间雷电流分量，由于其工作电压极低，不能击穿50mm的作用间隙，只能用导电丝(或者是熔丝)将被试品捆绑起来与长持续时间的电流分量发生器连接起来，这种试验方法根本无法模拟实际雷击发生时实际雷击对OPGW产生的冲击力效应、电磁力效应以及后续中间分量及和长时间电流分量的热效应，致使在捆绑点出现多股光纤的烧损、断股而且试验结果分散性大、精度差。OPGW雷击直接效应试验方法没有标准可依，而试验装置的落后已经成为严重制约了OPGW的研究进程和电力系统运行安全性和稳定性提升的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法，克服目前OPGW雷击直接效应试验方法的不合理之处，能够准确模拟实际雷击对OPGW产生的冲击效应、电磁力效应以及热效应。本专利技术是通过以下技术方案来实现：方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，被试品光纤复合地缆通过作用间隙分别与并联在测控管理系统之间的两重测试回路相连接；第一测试回路向带有作用间隙的被试品输出电压大于100kV、电荷量不小于10C、平均峰值电流不小于2kA、持续时间1～5ms、波形为方波的第一雷电流分量，其包括依次相连接的第一雷电流发生回路、第一耦合/去耦网络DCN和第一电流传感器；第一雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和方波波形形成单元；第二测试回路向带有作用间隙的被试品输出直流电流幅值100～400A、电荷量50～200C、持续时间0.25～0.5s的第二雷电流分量，其包括依次相连接的第二雷电流发生回路、第二耦合/去耦网络DCN和第二电流传感器；第二雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和波形形成单元；所述的测控管理系统控制两重测试回路的时序参数，其包括控制单元和测量单元；控制单元包括主控单元以及分别与其相连接的可编程序逻辑控制器和微型处理单元，测量单元包括与主控单元相联系的示波器；可编程序逻辑控制器分别与两重测试回路的充电单元和放电单元相连接；微型处理单元分别通过光电隔离模块、高压触发模块与两重测试回路的开关相连接；示波器分别与两重测试回路的电流传感器相连接，示波器的测量数据通过无线网络上传至主控单元。所述的第一雷电流分量是对被试品施加准确地模拟雷击电流在雷击附着点的散流，能够将作用间隙击穿导通并能够将第二雷电流分量注入；第二雷电流分量是输出电压基本恒定的直流电流。所述的第一测试回路包括充电电阻，充电电阻的一端接直流高压直流电源，另一端与第一链储能电容C1和第一链形成电感L1的一端连接；第一链形成电感L1的另一端和第二链储能电容C2和第二链形成电感L2相连接，第N-1链形成电感LN-1的另一端与第N链储能电容CN和第N链形成电感LN的一端连接，第N链形成电感LN的另一端与主开关的一端电气连接，主开关的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端与耦合/去耦网络的一端口连接，第一链至第N链储能电容的另一端相连并连接到测量传感器的一端，测量传感器的另一端接地；第二测试回路包括输入端接380V供电电源的变压器，变压器的输出端接全桥整流模块，全桥整流模块的输出的高压端与平波电抗器的一端连接，平波电抗器的另一端接主开关的一端，主开关的另一端接第二耦合/去耦网络DCN的一端，全桥整流模块的输出的低压端接第二电流测量传感器，第二电流测量传感器的一端还接地；第一耦合/去耦网络DCN、第二耦合/去耦网络DCN的另一端连接在一起，并与作用间隙的一端连接，作用间隙的另一端接光纤复合架空地缆的一端，光纤复合架空地缆的另一端接地。所述的第一耦合/去耦网络DCN确保第一雷电流分量对被试品的精确施加，防止第二雷电流分量对第一测试回路的能量灌入；其由放电间隙、电容、电阻或其组合构成；所述的第二耦合/去耦网络DCN确保第二雷电流分量对被试品的精确施加，防止第一雷电流分量对第二测试回路的电磁干扰和破坏；其为低通滤波器或逆向滤波器。所述的测控管理系统通过主控制单元控制两重测试回路的时序参数，其包括：第一测试回路中的放电电压、主开关和Crowbar开关之间的放电间隔、主开关放电球隙之间的距离；以及第一测试回路、第二测试回路的作用时刻、两重雷电流发生回路之间的时间间隔；主控制单元还进行以下参数的设置：两重雷电流发生回路中充电单元的接通/断开、充电电压的升高/降低、测试回路的放电及试验过程中的紧急停止。所述的可编程序逻辑控制器在接收控制单元指令后，进行试验模式的时序控制执行：①第一测试回路中充电单元的的控制，包含高压的通/断、高压的升/降；②第一测试回路中的放电开关的调整及控制，包括主开关的间隙距离的调整，使得主开关的间隙距离随着预置放电电压的变化而调整；③第一测试回路中的主开关的手动和自动控制，初始储存的能量会通过多链波形形成元器件释放，产生预期设计的具有一定持续时间的方波雷电流分量波形；④第一测试回路中的储能电容的安全泄放控制，当系统运行过程出现故障或停止试验时，储能电容元件上的电磁场能量必须全部泄放；⑤第二测试回路的投入/切除控制。所述的微型处理单元的控制包括：①第一测试回路、第二测试回路之间时序的精确控制；②第二测试回路的投入和切除控制。所述的测量单元的控制为：通过主控单元设置与测量相关的试验参数，包括第一电流传感器、第二电流传感器的刻度因数，第一雷电流分量幅值预期值、第二雷电流分量幅值预期值以及示波器的工作方式；第一雷电流分量、第二雷电流分量的电流波形分别通过第一电流传感器、第二电流传感器提取输入到示波器中，当主控单元接收到雷电流分量发生回路的放电指令后，主控单元读取示波器的测量波形数据，进行试验数据的分析和屏幕显示。所述方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置的雷击效应试验方法，包括以下操作：1)被试品连接就绪后开机，通过主控单元设置光纤复合架空地线两重雷击直接效应试验的时序控制参数，并将所有的控制参数传输至微型处理单元；2)通过主控本文档来自技高网...

【技术保护点】
方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，其特征在于，被试品光纤复合地缆通过作用间隙分别与并联在测控管理系统之间的两重雷电流分量测试回路相连接；第一测试回路向带有作用间隙的被试品输出电压大于100kV、电荷量不小于10C、平均峰值电流不小于2kA、持续时间1～5ms、波形为方波的第一雷电流分量，其包括依次相连接的第一雷电流发生回路、第一耦合/去耦网络DCN和第一电流传感器；第一雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和方波波形形成单元；第二测试回路向带有作用间隙的被试品输出直流电流幅值100～400A、电荷量50～200C、持续时间0.25～0.5s的第二雷电流分量，其包括依次相连接的第二雷电流发生回路、第二耦合/去耦网络DCN和第二电流传感器；第二雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和波形形成单元；所述的测控管理系统控制两重测试回路的时序参数，其包括控制单元和测量单元；控制单元包括主控单元以及分别与其相连接的可编程序逻辑控制器和微型处理单元，测量单元包括与主控单元相联系的示波器；可编程序逻辑控制器分别与两重测试回路的充电单元和放电单元相连接；微型处理单元分别通过光电隔离模块、高压触发模块与两重测试回路的开关相连接；示波器分别与两重测试回路的电流传感器相连接，示波器的测量数据通过无线网络上传至主控单元。...

【技术特征摘要】
1.方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，其特征在于，被试品光纤复合地缆通过作用间隙分别与并联在测控管理系统之间的两重雷电流分量测试回路相连接；第一测试回路向带有作用间隙的被试品输出电压大于100kV、电荷量不小于10C、平均峰值电流不小于2kA、持续时间1～5ms、波形为方波的第一雷电流分量，其包括依次相连接的第一雷电流发生回路、第一耦合/去耦网络DCN和第一电流传感器；第一雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和方波波形形成单元；第二测试回路向带有作用间隙的被试品输出直流电流幅值100～400A、电荷量50～200C、持续时间0.25～0.5s的第二雷电流分量，其包括依次相连接的第二雷电流发生回路、第二耦合/去耦网络DCN和第二电流传感器；第二雷电流发生回路包括充电单元、放电单元和波形形成单元；所述的测控管理系统控制两重测试回路的时序参数，其包括控制单元和测量单元；控制单元包括主控单元以及分别与其相连接的可编程序逻辑控制器和微型处理单元，测量单元包括与主控单元相联系的示波器；可编程序逻辑控制器分别与两重测试回路的充电单元和放电单元相连接；微型处理单元分别通过光电隔离模块、高压触发模块与两重测试回路的开关相连接；示波器分别与两重测试回路的电流传感器相连接，示波器的测量数据通过无线网络上传至主控单元。2.如权利要求1所述的方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，其特征在于，所述的第一雷电流分量是对被试品施加模拟雷击电流在雷击附着点的散流，能够将作用间隙击穿导通并能够将第二雷电流分量有效引发注入；第二雷电流分量是输出电压基本恒定的直流电流。3.如权利要求1所述的方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置和方法，其特征在于，所述的第一测试回路包括充电电阻，充电电阻的一端接直流高压直流电源，另一端与第一链储能电容C1和第一链形成电感L1的一端连接；第一链形成电感L1的另一端和第二链储能电容C2和第二链形成电感L2相连接，第N-1链形成电感LN-1的另一端与第N链储能电容CN和第N链形成电感LN的一端连接，第N链形成电感LN的另一端与主开关的一端电气连接，主开关的另一端与匹配电阻的一端连接，匹配电阻的另一端与耦合/去耦网络的一端口连接，第一链至第N链储能电容的另一端相连并连接到测量传感器的一端，测量传感器的还有一端接地；第二测试回路包括输入端接380V供电电源的变压器，变压器的输出端接全桥整流模块，全桥整流模块的输出的高压端与平波电抗器的一端连接，平波电抗器的另一端接主开关的一端，主开关的另一端接第二耦合/去耦网络DCN的一端，全桥整流模块的输出的低压端接第二电流测量传感器，第二电流测量传感器的一端还接地；第一耦合/去耦网络DCN、第二耦合/去耦网络DCN的另一端连接在一起，并与作用间隙的一端连接，作用间隙的另一端接光纤复合架空地缆的一端，光纤复合架空地缆的另一端接地。4.如权利要求1所述的方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，其特征在于，所述的第一耦合/去耦网络DCN确保第一雷电流分量对被试品的精确施加，防止第二雷电流分量对第一测试回路的能量灌入；其由放电间隙、电容、电阻或其组合构成；所述的第二耦合/去耦网络DCN确保第二雷电流分量对被试品的精确施加，防止第一雷电流分量对第二测试回路的电磁干扰和破坏；其为低通滤波器或逆向滤波器。5.如权利要求1所述的方波电流波引发下光纤复合架空地线雷击效应的测试装置，其特征在于，所述的测控管理系统通过主控制单元控制两重测试回路的时序参数，其包括：第一测试回路中的放电电压、主开关放电球隙之间的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚学玲，孙晋茹，陈景亮，许雯珺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61