车载式冲击电压发生器的设计研究(3)
图10 发生器本体三维仿真模型Fig.10 3-D simulation model of generator
采用有限元分析的方法仿真计算本装置的电场分布。在模型输出端加载3 000 kV(该装置最高工作电压为3 000 kV)直流激励电压模拟满电压时的工作状态,计算采用Newton-Rapson法求解节点电位的非线性代数方程组,设定Newton-Rapson方程的收敛次数为20,误差范围为1%,电位函数采用三阶近似多项式,收敛梯度为10-10,得到装置的电位和场强分布如图11所示。
图11 装置的电位分布和场强分布图Fig.11 Potential distribution and field intensity distributionof the device
由图11可得,该装置的最高电位为3 000 kV,位于顶部第一级回路,之后电位以200 kV/级逐级下降分布,至接地电位为0 V。从场强分布图可以看出,本装置的空间电场分布在顶部前3级位置场强较高,场强高点主要集中在连接脉冲电容与电阻的金属法兰处以及电容、电阻等元器件的固定连接处。选取具有代表性的部件连接部位,其局部表面场强如图12所示。
图12 装置局部连接处表面场强分布图Fig.12 Surface electric field intensity distributiondiagram of local connection of the device
分析图12可知,脉冲电容与电阻的金属法兰连接处的最大场强为20.4 kV/cm,低于空气击穿场强,不会发生局部击穿放电现象,保证了该车载式冲击电压发生器的电气绝缘性能。
4 型式试验
设计研制的3 000 kV/300 kJ车载式冲击电压发生器必须通过全部型式试验才能正式投入生产使用,冲击电压发生器本体的技术参数如表1所示。依据GB/T .1-2011、GB/T .2-2013等标准对本成套试验装置进行了如下试验:同步性能试验、充电电压校核、波形调节试验、抗干扰试验、弱阻尼分压器阶跃波响应试验、弱阻尼分压器刻度因数校准、弱阻尼分压器短期稳定性试验、弱阻尼分压器线性度试验、测量装置干扰试验、带负载试验。
表1 车载式冲击电压发生器技术参数表Tab.1 Technical parameter list of vehicle-mountedimpulse voltage generator参数值标称电压±3 000 kV标称能量300 kJ总级数15级冲击总电容0.067 μF额定级电压±200 kV每级电容量1 μF尺寸2 000 mm×2 000 mm×10 456 mm重量8 500 kg
型式试验结果如下:
试验1:同步性能试验
单级充电电压30 kV~160 kV,自放电概率约为5%。
试验2:充电电压校核
试品单级充电电压示值与标准值的最大偏差<1%,充电电压测量不确定度Urel=6.0×10-3(k=2)。
试验3:波形调节试验
雷电全波,T1调节范围:(0.83~1.83) μs,T2调节范围:(40~60)μs;雷电振荡波上升时间约为12.33 μs,振荡频率约为30 kHz。操作全波Tp调节范围:(295~305) μs,T2调节范围:(2645~2657) μs,操作振荡波上升时间约为61 μs,振荡频率约为10.8 kHz。
试验4:抗干扰试验
棒板间隙间距为1 000 mm,发生器单级充电电压为55 kV时发生闪络3次,控制系统运行良好,干扰峰值为0.6 V,干扰幅值为实际输出电压的0.45%,满足标准要求。
试验5:弱阻尼分压器阶跃波响应试验
部分响应时间: 322.7 ns;试验响应时间: 193.7 ns;过冲:7.1%;稳定时间:4.0 μs。
试验6:弱阻尼分压器刻度因数校准
400 kV实测分压比的平均值为: 6 515:1,分压比测量结果的扩展不确定度Urel=1.8×10-2(k=2),时间参数测量结果的不确定度为:UT1=3.2×10-2(k=2),UT2=3.0×10-2(k=2);800 kV实测分压比的平均值为: 6 707:1,分压比测量结果的扩展不确定度为Urel=1.8×10-2(k=2),时间参数测量结果的不确定度为:UT1=3.2×10-2(k=2),UT2=3.0×10-2(k=2)。
试验7:弱阻尼分压器短期稳定性试验
在420 kV下重新校准分压器分压比,实测分压比的平均值为:6 477:1,前后两次校准的刻度因数变化-0.58%。
试验8:弱阻尼分压器线性度试验
从1 300 kV~2 200 kV电压区间内,负极性线性度变化0.6 %,正极性线性度变化为0.6 %。弱阻尼分压器线性度引入的不确定度分量uBlrel= 3.4×10-3。
试验9:测量装置干扰试验
单级充电电压为160 kV时,测量得到的干扰电压峰值2.0 V,约为实际测量电压的0.86%。
试验10:带负载试验
连接3 000 pF负载,施加雷电全波时输出电压效率约为113%,连接6 000 pF负载,施加雷电全波时输出电压效率约为94%,连接9 000 pF负载,施加操作波时输出电压效率约为89%,装置输出效率未见大幅度降低。
5 结束语
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/qikandaodu/2021/0305/502.html