High-voltage testing on UHV equipment: Overshoot and base curve for oscillating lightning impulse

As the higher impulse testing voltage, residual inductance of the test circuit or the stray capacitance of the test object increases with size. This means that the overshoot superposed on standard lightning impulse voltage would not be neglected because of its larger value during the lightning test. This paper describes the analysis of overshoot and oscillation based on the equivalent circuit containing a residual inductance. The waveform parameters such as relative overshoot magnitude, oscillation frequency are also derived to evaluate the influence of the residual inductance in the impulse testing circuit. The oscillating impulse waveform is related to the base curve of the standard lightning impulse. Furthermore, the base curve for oscillating impulse is proposed by the analysis. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于4次线性微分方程的雷电冲击试验波形分析

当冲击试验电压高时,冲击试验电压的波形叠加过冲和振荡。这是由于冲击试验回路的残余电感、被试设备的大杂散电容或二者共同作用产生的。文章用4次微分方程式对振荡冲击试验的等值回路进行了分析,结果表明,波形可分为非振荡波头、振荡波头、非极性反转波尾、非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾5个部分。非振荡的极性反转波尾和振荡极性反转波尾的产生原理是不同的。波形的高频分量定义为振荡波形,非振荡波形是不含振荡波形成份的波形。文章的研究结果是后者的产生原因和等值电阻、等值电感的关系以及4次方程的根有关。文章给出了它们之间的关系。     

Analysis and evaluation of waveform parameters for oscillating impulse voltage

This paper describes the effect of residual inductance of the impulse generator circuit. The analysis of waveform and the evaluation of waveform parameters were made for an oscillating lightning impulse. The peak value (overshoot factor or k‐factor), oscillation frequency, 30% value, 90% value, time to half‐value, and virtual origin are derived from the solution of third‐order derivative equation of the equivalent circuit. The comparison with the oscillating and standard lightning impulse was made. Also, the effects on overshoot, front time and the load‐side capacitance are theoretically clarified. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于优化模型的直流电缆雷电冲击电压试验波形参数控制

雷电冲击试验中的直流电缆为大电容试品,试验回路中电感对冲击波形的影响不可忽略,冲击电压发生器电阻参数设置不当将会导致波形过冲和振荡,为此提出一种基于优化模型的雷电冲击电压试验波形参数控制方法。首先,对试验回路进行理论推导,并分析波前时间和过冲率之间的关系,在此基础上引入一个可用于表征波形过冲率的变量Δ_m;其次,以波前时间最小为目标函数,通过限制Δ_m的数值对波形过冲率进行约束,建立电阻参数优化模型;最后,设置不同的Δ_m对模型进行求解,并通过仿真计算和实际试验验证其有效性。结果表明,随着Δ_m设置值的增加,过冲率呈上升趋势,波前时间呈下降趋势,优化模型能够对波形参数进行有效控制。为确定Δ_m的合理设置范围,研究了不同试品电容、不同回路电感下Δ_m设置值对过冲率、波前时间的影响。结果表明,Δ_m取值为0.9~1时,能够保证波形过冲率不超过标准规定的10%。     

MOA冲击电流模型的建模仿真及试验研究

为保证金属氧化物避雷器(metal oxide arrester,MOA)的质量,在出厂试验或验收试验等中常采用冲击电流发生器模拟雷电流来检验设备耐受冲击电流稳定的能力。仿真分析中直接采用雷电流函数模型代替冲击电流回路来研究MOA的非线性特性,忽略了电流波形差异对负载特性的影响。文中介绍了雷电流模型的研究现状,分析了冲击电流发生回路与常用雷电流模型的基础理论,选取双指数函数模型、Heidler函数模型、脉冲函数模型,并基于MATLAB/Simulink搭建仿真电路,结合试验数据进行仿真分析,给出了ATP-EMTP软件中常用模型的波形参数。研究结果可为后续MOA在特快速瞬态过电压的特性研究、电路模型仿真分析及防雷研究提供参考。     

带过冲和振荡雷电冲击波形的参数提取研究

针对1989年IEC 60060-1 Ed.2.0关于测量带过冲和振荡雷电冲击波形的争议问题,介绍了试验电压因子、局部滤波法以及基于双指数函数模型的曲线拟合,并对照其他方法说明了它们的优越性。论述了2008年IEC 60060-1 Ed.3.0关于带过冲和振荡雷电冲击波形的数值处理程序,对于该处理方案,指出了在实际应用中存在的波形不连贯和定义模糊的问题。最后采用TDG1.12中的解析波形作为对象实现该程序,进行波形处理、参数提取和结果分析,还对波形参数的参考数据提出了建议。     

冲击电压下CVT传递特性及其缺陷故障检测研究

电容式电压互感器（CVT）内部存在绝缘缺陷时,其整体运行状态不会出现明显变化,但CVT频率响应特性会发生改变。为准确检测出CVT内部的绝缘缺陷,通过获取CVT宽频电压传递函数进行CVT绝缘缺陷故障检测。搭建了冲击电压试验平台,通过雷电冲击、操作冲击和振荡操作冲击3种冲击波形,研究了不同类型冲击电压波形下的CVT频率响应特性。研究结果表明,由3种不同类型冲击电压获取的CVT电压传递函数主要参数特征基本一致,在主电容充电电压相同的情况下,振荡操作冲击电压可以提高输出电压,高效地获取CVT宽频电压传递函数。通过对比不同绝缘缺陷条件下由振荡操作冲击电压获取CVT电压传递函数的差异,为利用冲击电压频率响应特性检测CVT内部绝缘缺陷提供了支撑。     

冲击电压发生器雷电波的负载特性及其波形分析和改善

通过对一台4800kV/480kJ冲击电压发生器结合部分110～500kV试品在雷电波下如何满足大负荷范围内的试验要求进行了计算、波形分析和试验研究,提出一种新型的改进回路,从而提高了试验设备的负荷能力,同时也改善了试验波形的畸变,为保证试验达到IEC60—1、60—2有关标准的规定和要求创造了条件.     

特高压GIS设备现场标准雷电冲击耐压试验技术的应用

气体绝缘金属封闭组合电器(GIS)在电力系统中应用广泛,其运行安全可靠对电力系统至关重要。现场雷电冲击耐压试验受制于设备体积和回路电感,难以在GIS变电站,尤其是特高压GIS变电站应用。本文分析了目前GIS设备冲击耐压试验现状,并从波形参数、电压极性和加压间隔时间等方面阐述了GIS设备冲击电压绝缘缺陷检出影响因素。基于研发的特高压GIS变电站现场冲击耐压试验用的可移动式气体绝缘标准雷电冲击试验成套设备,成功在1000 kV南京站和苏州站开展了现场标准雷电冲击耐压试验。     

冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征

为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性。研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍。     

特高压变压器雷电冲击伏秒特性研究

随着750 kV、1000 kV输电技术的发展,相应的电力变压器和并联电抗器的容量、尺寸和入口电容随之增大,试验回路尺寸亦相应扩大,这使雷电冲击试验电压的波前时间拉长,无法达到国内外标准的要求。根据500 kV、750 kV和1000 kV变压器和电抗器的实际雷电冲击试验波形,结合油纸复合绝缘结构的雷电伏秒特性,分析了不同波前时间对特高压变压器和电抗器绝缘水平的影响。目前变压器的设计计算和试验电压的选取一般按照标准波头进行,而充油设备的雷电冲击伏秒特性表明,雷电冲击试验电压波前时间的长短与绝缘强度有密切关系,波前时间延长可能会对某些纵绝缘的考核偏松,同时对主绝缘的考核偏严。因此,应在特高压变压器、电抗器的设计研制和试验中,考虑和重视雷电冲击波形波前时间延长所带来的影响。     

标准冲击电压校准器的研制与溯源

冲击电压测试设备及仪器需要进行校准以保证冲击电压试验结果的准确性,为此研制了一种校准冲击电压测试设备仪器的冲击电压校准器。在介绍了设计原理后进行了不确定度分析和量值溯源。校准器的电压量程范围为30～1000V,能产生满足IEC60060-1:1989的标准雷电和操作冲击波,并且通过高精度直流电压源以及组成冲击回路的高精度、高稳定度的电感、电容、电阻等基本元器件,从而将冲击电压的参数经过这些元件的不确定度传递到相应的直流电压标准及元件标准上去。经过不确定度来源的分析和评估,校准器所产生冲击电压峰值的不确定度为0.05%,时间参数的不确定度<0.5%,可作为校准冲击电压测试设备以及仪器的标准波源。     

电力设备现场耐压试验用振荡冲击波产生的仿真研究

根据IEC 60060-3振荡冲击电压波形(OIV)的物理特性,提出了一种通过数值等效电路模型获得OIV波形的方法。通过对模型的理论分析,得到波形几个重要参数的解析表达式;讨论了负荷取值范围对波形参数的影响。仿真结果表明,通过调节电路元件参数值,可以得到适用于不同负荷情况下OIV波形,满足工程设计要求;在模型参数确定的情况下,根据波形参数表达式求得的解析解与模型数值解之间误差较小,为现场试验用振荡冲击发生器设计提供了理论依据。     

10 kV系统冲击与工频续流联合试验回路设计

为检验10 kV带间隙防雷装置在冲击闪络后熄灭工频续流电弧的能力,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的试验回路。为了产生较高电压下的高幅值工频续流,采用LC串并联谐振回路产生工频续流,对该回路中各元件的参数进行计算并给出合理数值,最后利用同步控制回路提取冲击信号来导通工频续流回路,实现冲击试验与工频续流试验的同步。计算结果表明,该联合试验回路能在产生1.2/50 μs冲击波的同时产生频率为50 Hz的正弦电流波且电流的振荡能够持续至少100 ms,满足带间隙防雷装置在冲击闪络后,检验工频续流下熄灭电弧能力的要求。     

一种数字化冲击电压波形重构新算法

为减少数字化冲击测量系统的测量误差,分析了冲击电压经数字化冲击测量系统后被测波形产生畸变的原因;提出了一种利用离散Gabor变换展开去噪与增量维纳滤波器相结合的冲击电压波形重构算法。IEC1083-2测试数据发生器产生的波形信号的研究表明,该法可有效去除噪声,波形复原准确度和稳定性较高。     

冲击电压下500 kV油浸倒置式电流互感器局部放电特性研究

为了研究油浸式电流互感器在运行过程中的局部放电特性,搭建500 kV油浸倒置式电流互感器在冲击电压下的局部放电试验回路,对试品施加标准雷电冲击电压和操作冲击电压,使用安装在试品末屏接地引下线处的非接触式高频局部放电传感器采集局部放电信号,通过高采样率示波器显示放电波形。在冲击试验后进行工频局部放电测量、油中溶解气体成分分析、高电压介质损耗因数测试、频域介电谱测试,以检测试品的绝缘状况。研究结果表明:油浸式电流互感器在冲击电压下发生局部放电,绝缘损坏,放电熄灭电压低于正常运行电压,放电无法自熄灭,长期累积作用造成设备故障。     

大型整流变压器雷电冲击耐受试验

介绍了大型整流变压器雷电冲击耐压试验方法,并利用HIAS742高分辨率脉冲分析系统对变压器试品的试验结果进行了判断和分析,为今后大型整流变压器的雷电冲击耐压试验提出了一些建设性意见。     

负极性冲击电压下油–屏障绝缘的放电行为

考虑到运行过程中油浸式电力设备会承受双指数型与双极性振荡型冲击电压的作用,该文旨在通过研究两类冲击电压下油–屏障绝缘的放电行为,为油–屏障绝缘结构的优化与油纸放电机理的探究提供参考.利用搭建的油纸绝缘光电联合诊断平台,该文基于阴影成像法拍摄了负极性双指数冲击电压与双极性振荡冲击电压下油–屏障绝缘中流注的典型发展过程,并...     

冲击测量软件优化计算研究

随着自动测量技术的发展,目前冲击电压二次测量系统中测量硬件所记录的波形多进入测量软件进行分析计算进而提取波形参数,在冲击电压测量系统校准试验的不确定度评定中,由二次测量系统引入的测量不确定度分量在整个测量不确定度评定中占很大比重,而冲击测量软件作为二次测量系统中的重要一项,其测量准确度极大影响整个测量系统的测量不确定度,为评价冲击二次测量系统中测量软件的测量准确度,采用IEC61083:2013中附带的波形测试发生器(TDG 2.0.6)对所编制冲击软件进行测试,发现软件测试部分波前带振荡的波形时会出现波前时间T1测量结果超出允许误差的情况。针对以上情况,采用插值处理及两次曲线拟合的方法对测量软件进行改进后保证了测量软件的准确性;将国家高电压计量站自行编制的冲击测量软件与国际上另两家单位的测量软件测试TDG波形的数据进行对比分析,结果显示三款测量软件的准确度基本在同一水平。     

Steep Impulse Voltage Characteristics of Suspension Insulators

Transmission and distribution lines are sometimes struck by lightning and there is some risk of electrical puncture of suspension insulators due to high and steep lightning surge voltage. When the insulators suffer from steep lightning surge voltages, the solid insulating body of the insulators sometimes is punctured before external flashover in the air occurs. These characteristics were investigated on the insulators in the laboratory by using different steep impulse voltages. From the investigation results, both V-t characteristics of external flashover and internal puncture were obtained on the insulators. It was found that the puncture of the insulators is a matter of probability, depending on the dimensions of the insulators, steep impulse voltages and number of impulse voltage applications. Especially, the effect of number of voltage applications on puncture probability was clarified and partial damage by a small number of voltage applications was verified before complete puncture occurred. Based on the study results, an empirical equation relating to probability of puncture (P), impulse voltage (V) and number of voltage applications (N) was established.