一种多柱避雷器能量分布测试系统

技术领域

本申请涉及高压电气设备试验技术领域，特别是涉及一种多柱避雷器能量分布测试系统。

背景技术

避雷器具有限制过电压，泄放过电压能量的作用，但由于电阻片材料及制造水平的限制，单柱电阻片柱泄放能量的能力有限。在某些场合，如特高压交流变电站、特高压直流换流站等在系统切换运行方式或者发生接地短路故障时，会产生极大的过电压能量，此时需使用多柱电阻片柱并联泄放能量，各电阻片柱应能平均分配能量，避免某一柱芯体泄放能量过大，造成单柱芯体的老化甚至故障。GB/T 11032标准中要求多柱并联避雷器的电阻片柱间允许的最大电流分布不均匀系数应不大于1.10。

准确评估多柱并联避雷器的能量分布性能极为重要，现有试验方法仅测量8/20μs雷电冲击电流或30/80μs操作冲击电流下最大电流分布不均匀系数，与实际特高压工程中的ms级的故障波形有差异，不能代表长持续波形下多柱并联避雷器的电流分布性能。现有试验方法仅从电流分布测量维度判定多柱电阻片柱的能量分布，未考虑其他评估方法，如测量各电阻片柱的热场分布差异，缺少多维度评估方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本申请提供了一种多柱避雷器能量分布测试系统。

根据本申请的一个方面，提供了一种多柱避雷器能量分布测试系统，包括：长持续时间冲击电流试验单元、移动式试验台、电流测量分析单元以及温度测量分析单元，其中

长持续时间冲击电流试验单元通过铜排与移动式试验台连接，提供能量输出；

移动式试验台上布置有预定数量的电阻片柱，用于根据试验需要放置电阻片试品；

电流测量分析单元用于采集流过移动式试验台上电阻片柱的电流，进行计算并显示出最大电流分布不均匀系数；

温度测量单元用于测量电阻片柱的热场分布，并显示各电阻片柱的温度分布和最高温度，计算出各电阻片柱之间的最大温差。

可选地，长持续时间冲击电流试验单元用于输出2ms～50ms方波，电流0～2kA，符合特高压工程中操作过电压能量和故障能量波形。

可选地，移动式试验台包括高压引线和低压引线，长持续时间冲击电流试验单元通过铜排连接在移动式试验台的高压引线和低压引线端，提供能量输出。

可选地，移动式试验台还包括：多组塑料滑轮、覆铜合金底座、环氧管、电阻片支架、压紧闭锁装置、覆铜合金顶板，其中

塑料滑轮通过螺栓固定于覆铜合金底座、底部，便于试验台的移动；

环氧管通过螺栓固定于覆铜合金底座上部，用于试验台的结构固定；

电阻片支架包括：内螺纹铜电极、凸型环氧板以及铜螺杆，其中铜螺杆焊接于覆铜合金底座上部，周围布置有凸型环氧板，内螺纹铜电极固定于铜螺杆上；

压紧闭锁装置包括：锁紧销、铜带、压紧弹簧以及铜电极，其中压紧弹簧上端通过螺栓与覆铜合金顶板连接，下端通过螺栓与铜电极连接，铜带连接于压紧弹簧两端，具有活动裕度，便于电流流过；

覆铜合金顶板四周钻有对齐孔，便于穿过环氧管；环氧管上部钻有若干孔，便于锁紧销的插入，电阻片试品安装后，压上覆铜合金顶板，压紧后插入锁紧销实现电阻片试品的固定和紧密接触。

可选地，高压引线布置于覆铜合金顶板中心位置，低压引线布置于覆铜合金底座中心位置。

可选地，覆铜合金顶板和覆铜合金底板，主体材料是钢板合金材料，在面向电阻片的一面覆盖有2mm铜板。

可选地，电流测量分析单元包括电流测量线圈、信号电缆线以及电流采集分析单元，电流测量线圈分别布置在各个电阻片柱底端，采集流过电阻片柱的电流，经信号电缆线传输至电流采集分析单元进行分析。

可选地，电流测量分析单元包括第一报警模块，当计算出的最大电流分布不均匀系数超过第一预警值时，报警显示电流分布性能不合格。

可选地，温度测量单元包括红外成像仪、信号线以及热场采集分析单元，其中红外成像仪布置在移动式试验台的两侧，每台红外成像仪测量预定数量一半电阻片柱的热场分布，通过信号线传输至热场采集分析单元进行分析。

可选地，热场采集分析单元包括第二报警模块，当计算出的最大温差超过第二预警值时，报警显示热场分布性能不合格。

从而，本申请中通过长持续时间冲击电流试验单元提供ms级长持续冲击电流波形更符合多柱避雷器应用的实际工况或故障波形，可有效解决了试验波形与实际工况波形差异带来的测量误差问题，可有效提升电阻片柱的配组质量，保证多柱电阻片间的能量均匀分布。并通过温度测量单元进行热场测量分析，可同时检查各柱间温度差异和同一柱上不同电阻片的温度差异，挑选出缺陷电阻片，进一步提升多柱电阻片间的能量均匀分布。通过测量各电阻片柱的电流分布和热场分布，能从电流分布和热场分布两个维度来评估多柱并联避雷器的能量分布性能，比单一电流分布维度的分析更为贴近实际，更为准确。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请实施例所述的多柱避雷器能量分布测试系统的示意图；

图2是图1所示移动式试验台的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1是根据本申请实施例所述的多柱避雷器能量分布测试系统的示意图。参考图1所示，多柱避雷器能量分布测试系统，包括：长持续时间冲击电流试验单元1、移动式试验台2、电流测量分析单元3以及温度测量分析单元4，其中

长持续时间冲击电流试验单元2通过铜排与移动式试验台2连接，提供能量输出；

移动式试验台2上布置有预定数量的电阻片柱，用于根据试验需要放置电阻片试品；

电流测量分析单元3用于采集流过移动式试验台2上电阻片柱的电流，进行计算并显示出最大电流分布不均匀系数；

温度测量单元4用于测量电阻片柱的热场分布，并显示各电阻片柱的温度分布和最高温度，计算出各电阻片柱之间的最大温差。

其中，最大电流分布不均匀系数

可选地，长持续时间冲击电流试验单元1用于输出2ms～50ms方波，电流0～2kA，符合特高压工程中操作过电压能量和故障能量波形。

具体地，长持续时间冲击电流试验单元1，可输出2ms、10ms、50ms方波，电流0～2kA，更符合特高压工程中操作过电压能量和故障能量波形。

可选地，参考图1和图2所示，移动式试验台2包括高压引线206和低压引线214，长持续时间冲击电流试验单元1通过铜排连接在移动式试验台2的高压引线206和低压引线214端，提供能量输出。

可选地，参考图2所示，移动式试验台2还包括：多组塑料滑轮201、覆铜合金底座202、环氧管203、电阻片支架、压紧闭锁装置、覆铜合金顶板204，其中

塑料滑轮201通过螺栓固定于覆铜合金底座202、底部，便于试验台的移动；

环氧管203通过螺栓固定于覆铜合金底座202上部，用于试验台的结构固定；

电阻片支架包括：内螺纹铜电极211、凸型环氧板212以及铜螺杆213，其中铜螺杆213焊接于覆铜合金底座202上部，周围布置有凸型环氧板212，实现电流测量线圈301与试验台的电气隔离，内螺纹铜电极211固定于铜螺杆213上；

压紧闭锁装置包括：锁紧销205、铜带207、压紧弹簧208以及铜电极209，其中压紧弹簧208上端通过螺栓与覆铜合金顶板204连接，下端通过螺栓与铜电极209连接，铜带207连接于压紧弹簧208两端，具有活动裕度，便于电流流过；

覆铜合金顶板204四周钻有对齐孔，便于穿过环氧管203；环氧管203上部钻有若干孔，便于锁紧销205的插入，电阻片试品安装后，压上覆铜合金顶板204，压紧后插入锁紧销205实现电阻片试品的固定和紧密接触。

可选地，高压引线206布置于覆铜合金顶板204中心位置，低压引线214布置于覆铜合金底座202中心位置。保证引线与电阻片柱的等距离，减少布置方式引起的电流测量误差。

可选地，覆铜合金顶板204和覆铜合金底板202，主体材料是钢板合金材料，在面向电阻片的一面覆盖有2mm铜板，钢板保证结构稳定，铜板保证电流通流能力。

可选地，电流测量分析单元3包括电流测量线圈301、信号电缆线302以及电流采集分析单元303，电流测量线圈301分别布置在各个电阻片柱底端，采集流过电阻片柱的电流，经信号电缆线302传输至电流采集分析单元303进行分析。

可选地，电流测量分析单元3包括第一报警模块，当计算出的最大电流分布不均匀系数超过预警值时，报警显示电流分布性能不合格。

具体地，电流采集分析单元303同步采集各柱电流信号，分析电流峰值、电流波形的差异，计算并显示出最大电流分布不均匀系数。所述电流测量分析单元3在正式试验之前应先进行自校准，并排布置于同一导线上，在同一长持续时间冲击电流下校正各电流测量线圈的变比，更改电流采集分析单元变比设置，以保证测量准确性。电流测量分析单元3具有报警功能，当计算出的最大电流分布不均匀系数超过第一预警值时，可报警显示电流分布性能不合格。预警值可根据需要更改。

可选地，温度测量单元4包括红外成像仪401、信号线402以及热场采集分析单元403，其中红外成像仪401布置在移动式试验台2的两侧，每台红外成像仪401测量预定数量一半电阻片柱的热场分布，通过信号线402传输至热场采集分析单元403进行分析。热场采集分析单元403同步显示各电阻片柱的温度分布和最高温度，计算出各电阻片柱之间的最大温差。

可选地，热场采集分析单元4包括第二报警模块，当计算出的最大温差超过第二预警值时，报警显示热场分布性能不合格。

通过分析试验电流下各柱间电流分布不均匀系数和各柱的最大温差，综合评估多柱避雷器的能量分布性能。一般可认为电流分布不均匀系数小于1.10，即第一预警值，各柱间最大温差小于2K，即第二预警值，可满足多柱并联避雷器的能量均匀分布要求。

此外，多柱并联避雷器的生产制造过程中会先根据每片电阻片的参考电压、残压等参数进行初次配组，然后根据配组将多柱电阻片分段进行电流分布试验，验证配组是否满足电流分布要求。

首先，对4只电流测量线圈进行自校准，确保测量功能完好以及测量准确性。

其次，在挑选电阻片时可直接将配组好的电阻片码放到移动式试验台上，便于在生产车间和试验车间转运。

随后，将移动式试验台转运至多柱避雷器能量分布试验工位，高压引线、接地引线分别与长持续时间冲击电流试验平台的高压端和接地端连接，连接电流测量线圈至电流采集分析单元；在移动式试验台两侧间隔0.5m布置红外成像仪，连接至热场采集分析单元，记录初始热场数据。

随后，调整长持续时间冲击电流单元的输出波形，对初次配组的电阻片柱进行能量分布测试，记录各电阻片柱的电流分布数据和热场分布数据。若电流分布系数不大于1.10且电阻片柱的最大温差不大于2K，则认为能量分布性能满足要求，可储存待后续使用；若电流分布系数大于1.10或电阻片柱的最大温差大于2K，可发出报警信息，显示能量分布性能不合格，此时应挑选出缺陷电阻片，重新配组，再次试验，直到试验合格。

从而，本申请中通过长持续时间冲击电流试验单元提供ms级长持续冲击电流波形更符合多柱避雷器应用的实际工况或故障波形，可有效解决了试验波形与实际工况波形差异带来的测量误差问题，可有效提升电阻片柱的配组质量，保证多柱电阻片间的能量均匀分布。并通过温度测量单元进行热场测量分析，可同时检查各柱间温度差异和同一柱上不同电阻片的温度差异，挑选出缺陷电阻片，进一步提升多柱电阻片间的能量均匀分布。

本发明所述多柱避雷器能量分布测量系统能测量各电阻片柱的电流分布和热场分布，能从电流分布和热场分布两个维度来评估多柱并联避雷器的能量分布性能，比单一电流分布维度的分析更为贴近实际，更为准确。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。