[发明专利]一种大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验方法和装置

权利要求书

1.一种大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，包括模拟接地体，分布式对称布置的四台冲击电流发生器及其配套的一个充电回路、四个放电回路、圆环形回流电极、一组调波电感和调波电阻、同轴圆筒式分流器，其特征在于：

模拟接地体布置在冲击场中央，埋入地下；四台冲击电流发生器对称布置在冲击场四周，其输出端分别通过四根架空铝管连接至冲击场中央的高架上进行汇流，然后通过调波电阻、调波电感、同轴圆筒式分流器再连接至模拟接地体；冲击电流经模拟接地体、土壤和圆环形回流电极以及与其连接的竖直向上的垂直铜排回流至四台冲击电流发生器的低压端；

四台冲击电流发生器均匀布置在圆环形回流电极外边缘，其并联给模拟接地体注入冲击电流，四台冲击电流发生器的四个放电回路并联； 

模拟接地体的模型根据实验目的和内容进行设计制作，通过改变接地体模型的尺寸和型式来模拟不同规模、不同型式的接地体；试验回路中可通过调节多台冲击电流发生器的组合方式、电容器组合方式以及回路中的调波电感、调波电阻方法改变回路参数，从而实现向接地体注入不同波形的冲击电流。

2.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，圆环形回流电极埋在地下一定深度的土壤中，为防腐和保证通流能力，选用铜带作为圆环形回流电极的主材；为避免回流极畸变电流场以及在地面产生过高的跨步电压，连接圆环形回流电极和四台冲击电流发生器负极的垂直铜排的地下部分采用热熔胶包裹后加装10kV电缆的绝缘护套进行绝缘屏蔽。

3.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，圆环形回流电极直径40m，模拟接地体尺寸可达十余米；四台冲击电流发生器本体对地绝缘。

4.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于：四台冲击电流发生器共用一个充电回路，该充电回路由升压变压器、高压硅堆、充电保护电阻、直流电阻分压器、充电架空线路和主电容组成；其中升压变压器的输出端接高压硅堆的输入端，高压硅堆的输出端接充电保护电阻，直流电阻分压器与冲击电流发生器本体的第一级主电容并联连接，用来测量主电容两端的充电电压；通过环绕试验场地的±100kV直流充电架空线路对四台独立的冲击电流发生器的主电容充电。

5.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，四台冲击电流发生器的四个放电回路并联后再连接试品形成总体放电回路，该总体放电回路由主电容、空气放电球隙、架空铝管、汇流铜排、调波电阻、调波电感、分流器、模拟接地体、回流极组成；四台冲击电流发生器的放电电流经四根架空铝管进入回流铜排集中，然后经过调波电阻、调波电感、同轴圆筒式分流器后注入模拟接地体；调波电阻、调波电感采用螺栓接入回路中。

6.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，各台冲击电流发生器参数相同；每台冲击电流发生器的主电容由5级电容器组串联而成，每级电容器组由3台200kV/0.6μF的圆筒式电容器并联而成，单台冲击电流发生器的额定充电电压为1000kV，电容量为0.36μF，储存能量为180kJ，能通过在顶部继续串联电容器组而进行升级，也可通过继续增加并联的冲击电流发生器升级；能在4Ω及以下的负载条件下产生峰值达到100kA的8/20μs冲击电流；电容器间的连接采用螺栓。

7.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，四台冲击电流发生器同时充电，同步放电；通过多路延时可调触发器实现同步触发点火，不同冲击电流发生器的触发信号之间的相对时间差在0.1μs以内，使不同发生器产生的冲击电流叠加后的总冲击电流波形与单台发生器的冲击电流波形基本一致。

8.根据权利要求1所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，采用基于PLC技术的控制系统为冲击电流发生器发出各种控制命令，以满足冲击电流试验的各种控制功能；采用光缆连接操作单元和控制柜以控制和显示充电回路的控制量，采用光纤连接操作单元和四台冲击电流发生器的本体控制盒，从而调节和显示球隙间距以及控制鼓风机的开关。

9.一种大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验方法，采用如权利要求1-8所述的大模拟尺寸大幅值接地体冲击特性模拟试验装置，其特征在于，试验步骤如下：

1）根据试验目的研究试验方案，制作模拟接地体模型，提出施加电压、电流幅值和波形要求，需要观测的参量和测量方法，将模拟接地体埋入冲击试验场中心地下土壤中；

2）进行冲击放电回路电气参数的测试与反演，为调制出符合接地冲击特性试验要求的冲击电流波形，需掌握整个冲击放电回路的电气参数，包括电容、电阻和电感参数，具体测试方法如下：①四台发生器及其高压引线与接地体、土壤、回流电极构成放电回路，其中不串联任何调波电阻和调波电感，放电完成后根据冲击电流波形推算整个回路的电阻R₁和电感L₁；②采用铜箔短接地下回路部分，即1#发生器、高压引线、铜箔构成放电回路，放电完成后根据冲击电路波形推算回路的电阻R₂和电感L₂；③采用LCR测试仪测量短接铜箔的电阻R₃和电感L₃；④根据式(1)计算单台发生器及其高压引线的电阻R_y和电感L_y，根据式(2)计算包括接地体、土壤、回流电极的地下回路的电阻R_f和电感L_f；

                                     (1)

                                     (2)

3）冲击电流幅值和波形调试，根据冲击电流发生器LCR冲击电流放电回路公式(3)计算提出要达到预期波形，所需的回路电容、电感、电阻参数，然后基于步骤（2）中获得的现有冲击放电回路的R_y、L_y、R_f、L_f参数，提出电容器的组合方式，以及需要的调波电感、调波电阻参数，进行相应的接线调整，制作相应的调波电感、调波电阻，并接入回路；

                                  (3)

4）测量仪器仪表接入，分流器一直串联在回路中，接在汇流铜排和模拟接地体电流注入点之间，测量回路的冲击电流；将分压器两端分别接至接地体电流注入点和环外十余米的工频零电位点，测量接地体地电位升；

5）启动冲击电流发生器，设置球隙间距，控制冲击电流发生器升至需要的电压水平，通过球隙放电获得所需的冲击电流；

6）分析试验数据，依据地电位升波形幅值除以冲击电流幅值获得模拟接地体的冲击接地电阻。