0 引 言

电力系统中的电气设备在运行过程中可能会遭受雷电过电压或操作过电压的冲击，对电气设备带来诸如绝缘损坏等危害[1]，冲击电压发生器可产生电力设备试验所需的雷电波形和操作过电压波形[2]。电气设备在投运之前，需经过冲击电压试验来检验其在雷电过电压和操作过电压下的绝缘特性或保护性能[3-6]。传统的高输出参数的冲击电压发生器设备的体积和重量庞大，需分级拆装运输，如文献[7]研制的户外冲击电压发生器高达20.5 m；传统结构3 000 kV/300 kJ冲击电压发生器的典型尺寸为长4 800 mm×宽2 800 mm×高12 300 mm，试验前现场安装过程不仅需要厂家专业技术人员配合，且准备时间较长，费用较高，效率低下[8-10]。因此，对具有高输出能力且机动灵活性的高电压试验设备的需求日益强烈。

车载式冲击电压发生器是解决传统冲击电压发生器运输转移不便的有效手段，但其相关报道较少。文献[11]研制了一种移动式冲击电压试验装置，可输出230 kJ冲击能量的2 100 kV振荡冲击雷电波和1 800 kV振荡冲击操作波。文献[12]设计了一款采用封闭式气体绝缘结构的3 000 kV/300 kJ紧凑型冲击电压发生器，其使用车载运输，无需现场拼装。综合分析可得，已有研制的空气绝缘型车载式冲击电压发生器的输出能力较弱，标称电压一般不超过3 000 kV，而采用绝缘气体封闭式结构的冲击电压发生器又存在充气、漏气等问题。

因此，文章研制了一台采用主体结构一体化设计的3 000 kV/300 kJ车载式冲击电压发生器，其输出能力为3 000 kV，该装置采用卧式运输、立式使用设计方案。通过对该车载式冲击电压发生器本体的端部挠度、弯曲应力、液压缸选型的机械强度计算和三维电压电场强度分布仿真，实现了满足该型式冲击电压发生器机械性能和电气性能的各关键部件和主体结构的设计，并进行了同步性能试验、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、带负载试验共十项型式试验，验证了该型式冲击电压发生器的功能可行性。

1 车载式冲击电压发生器结构设计

1.1 整体结构设计

本装置的结构模式采用回路紧凑、电感较小的四柱型结构，由四只法兰构成的钢体支架平行外挂两只电容器，因此采用双边充电的Marx回路结构[13-16]，电气原理如图1所示。图1中T是充电变压器、输出电压为200 kV、D1、D2是高压硅堆、R1、R2是电阻分压器、K是接地开关，、R0是充电保护电阻、R是充电电阻、G是多级点火装置、C是主电容器、Rf和Rt分别为波头电阻和波尾电阻、C1、C2是弱阻尼电容分压器。冲击电压发生器设计为15级结构，每级升压单元可以升压200 kV，共可将冲击电压升到3 000 kV，当多级点火装置同时闭合时可输出额定电压3 000 kV的冲击电压。

图1 电气原理图Fig.1 Electrical schematic diagram

装置采用主体结构一体化设计，运输过程中冲击电压发生器本体横卧在拖车上，便于移动运输。工作使用时，利用液压装置使冲击电压发生器本体竖立起来，以进行相应的冲击试验和绝缘试验等，装置的运输和使用状态如图2所示。

图2 车载式冲击电压发生器位置状态示意图Fig.2 Schematic diagram of position state ofvehicle-mounted impulse voltage generator

1.2 组成部件设计

本车载式冲击电压发生器主要由直流充电装置、冲击电压发生器本体和弱阻尼电容分压器3部分组成。

直流充电装置结构如图3所示，装置的充电变压器为铁外壳油浸式变压器，采用双边对称式充电，额定参数为30 kV·A/160 kV，换极性装置安装在变压器内部，极大的缩短了底盘长度。整流方面采用高压硅堆整流技术，电动转换极性。充电保护电阻采用漆包镍铬丝绕制而成，直流电阻分压器为100 kV/200 MΩ。接地开关采用电磁铁分合接地机构，试验停止时自动接地。

冲击电压发生器本体的横截面如图4所示，其中GR为底盘、DQ为多极点火装置、R为充电电阻、C为脉冲电容器、IS为绝缘支柱、Rf为波头电阻、Rt为波尾电阻、JD为接地装置。主电容采用干式圆柱形脉冲电容器，单台脉冲电容器为2 μF/100 kV，电容器固有电感≤0.2 μH，可以承受0.5 g加速度或减速度，连接处确保无损坏现象或变形。充电电阻采用漆包镍铬丝绕制而成，雷电波波头电阻和波尾电阻采用无感绕制方式，接头均为弹簧压接式。本体整体为4柱H型一体化设计，四周安装绝缘拉杆，拆装检修方便，整体结构稳定。

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