CN102033195B - 高压断路器动态电阻测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种高压断路器动态电阻测量装置，其特征是：该装置至少设有超级电容模块(5)、超级电容充电装置(10)、电流采样器(4)、电压采样器(2)；利用超级电容模块(5)为测量高压断路器(3)的合闸电阻(11)和回路电阻(14)提供不同要求的测量电源，通过数字处理器(1)控制充电控制器(7)和电子开关(16)，对超级电容进行充放电的控制，采集电信号，再由数字处理器(1)快速处理，现场迅速得到测量结果。本发明将高压断路器的合闸电阻、回路电阻以及合闸电阻投入时间测量融为一体，仅通过一次测量操作，即可获得以上三个参数测量结果。

Description

高压断路器动态电阻测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种高压断路器动态电阻测量技术，特别是涉及一种集高压断路器合闸电阻，回路电阻，合闸电阻投入时间测量于一体的测量装置及方法。 

背景技术

高压断路器是高压电网中的主要控制器件，负责切断和接通线路及各种电器设备。当系统发生故障时，可以迅速切断故障，防止事故扩大，所以高压断路器的好坏直接影响到系统的安全运行。 

高压断路器在设计的时候，如果需要控制长线空载过电压的，需要加装合闸电阻。合闸电阻的接入可以有效抑制操作过电压，避免因操作过电压引起的绝缘破坏。合闸电阻的阻值是根据系统安全要求计算得到的，一般在400Ω至1000Ω之间。由于合闸时的过电流流过，会造成阻值变化，所以合闸电阻的预防性试验要求每年进行检测，变化不允许超过5％的情况下才能继续投入使用。同时还要做导电回路电阻检测，而且测量电流要求不小于100A。回路电阻是指断路器动静触头间的电阻。回路电阻的变化直接影响到断路器分合的可靠性和断路器的安全性，一般出厂值在50μΩ左右，不同厂家不同型号间都有所不同。回路电阻值的增大将影响断路器的截流能力，导致事故的发生。在电力系统运行中，需要定期检测断路器的合闸电阻阻值、回路电阻阻值，合闸电阻提前投入时间，并根据测量结果确定断路器运行和检修的方案。因此，断路器的合闸电阻和回路电阻的准确测量对确保电力系统的安全运行十分重要。 

目前，断路器回路电阻的测量一般通过断路器回路电阻测试仪来完成，但合闸电阻值的专用测试仪器很少，而且仪器的使用有很大的局限性，个别类型的断路器合闸电阻常规测试方法无法完成测量；合闸电阻投入时间的测量需要另外采用专用机械特性测量仪完成。常见的此类高压断路器测试仪功能单一，通常只针对断路器的合闸电阻或者断路器的回路电阻进行单独测量。而对于具有合闸电阻的高压断路器，在日常检修和预防性试验中，若要测量断路器的合闸电阻和回路电阻，必须使用不同的测试仪分别进行测量，其接线复杂，工作效率低，测量准确性不高。为了简化高压断路器合闸电阻和回路电阻的测量过程，提高断路器检修工作效率，缩短检修工作时间，急需研制一种可以同时测量高压断路器合闸电阻和回路电阻测试手段。

发明内容

为了克服高压断路器电阻测量时，无法在一次测量过程中同时完成断路器的合闸电阻和回路电阻测量的不足，本发明的目的是提供一种高压断路器动态电阻测量装置及方法，该方案实现了在一次测量过程中，同时完成高压断路器合闸电阻、回路电阻以及合闸电阻投入时间的测量。 

所述高压断路器动态电阻测量装置，该装置以数字处理器为核心，至少设有电压采样器、显示器和键盘，其特征是：还设有超级电容模块、超级电容充电装置、电流采样器、其中超级电容充电装置和超级电容模块连接，超级电容模块、电流采样器和高压断路器串联，电压采样器与高压断路器并联，同时电流采样器、电压采样器的采样端口分别与数字处理器的数据线或输入输出接口连接。所述电流采样器是由电子开关与分流器串联，同时采样电阻与保护电阻串联，之后两个串联电路并联而成。 

可以使用以下优化方案，所述超级电容充电装置由充电器和充电控制器连接构成。 

所述充电控制器的输入控制端与数字处理器输出接口连接。 

所述数字处理器是DSP(数字信号处理器)或单片机。 

作为一种实施例，上述中的电子开关是可控硅。 

基于上述装置的高压断路器动态电阻测量方法，经过如下步骤： 

1)、打开高压断路器的供电装置； 

2)、高压断路器投入工作，合闸开关首先闭合，电压采样器监测到电压信号，传输到数字处理器，数字处理器经过电流采样器对采样电阻采样电压信号，以便得到电流值，同时经过电压采样器对合闸电阻采集电压信号，以便得到合闸电阻的阻值； 

3)、高压断路器的主触头自动闭合，电压采样器监测到电压信号变化，通知数字处理器，电压采样器对合闸电阻采集电压信号； 

4)、在高压断路器投入工作过程中，数字处理器通过电压采样器监测到合闸开关闭合的电压信号变化，启动计时器，监测到主触头闭合的电压信号变化，停止计时器，由此得到投入时间值。 

5)、数字处理器计算得到合闸电阻的阻值和合闸电阻投入时间值，并通过显示器显示结果。 

其特征在于： 

在步骤1)中使用超级电容模块给高压断路器供电，数字处理器控制充电器的工作或关闭，通过电压采样器监控超级电容模块的电压到设定值则断开充电器； 

在步骤3)中电压采样器监测合闸开关首先闭合后，通知数字处理器控制电子开关闭合，切换到大电流，数字处理器经过电流采样器对采样电阻采样电压信号，以便得到比例对应的回路电流值，同时通过电压采样器对合闸电阻采集电压信号，以便计算回路电阻的阻值； 

在步骤5)中超级电容模块放电完毕，数字处理器计算得到合闸电阻的阻值、回路电阻阻值和合闸电阻投入时间值，并通过显示器显示结果。 

本发明将高压断路器的合闸电阻、回路电阻以及合闸电阻投入时间测量融为一体，仅通过一次测量操作，即可获得以上三个参数测量结果。 

①、运用超级电容模块为合闸电阻，回路电阻测量提供了不同要求的电源，实现了合闸电阻及回路电阻一次测量完成。超级电容模块放电电流大，可使本装置在300A的大电流下进行断路器回路电阻的测量，提高了测量结果的准确性。超级电容模块充、放电时间短，工作 效率高。 

②、采用高速处理器进行数据采集和处理，以及对充放电的控制，实现了现场的高速处理。 

③、可以适用于500kV及以上电压等级高压断路器合闸电阻，回路电阻，合闸电阻投入时间的测量。 

附图说明

图1是本发明原理示意图， 

图2是本发明电路结构框图， 

图3是本发明实施例测试流程框图。 

图中：1-数字处理器，2-电压采样器，3-高压断路器，4-电流采样器，5-超级电容模块，6-充电器，7-充电控制器，8-显示器，9-键盘，10-超级电容充电装置，11-合闸电阻，12-合闸开关，13-主触头，14-回路电阻，15-采样电阻，16-电子开关，17-保护电阻，18-分流器，19-等待中断。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：如图2中所示高压断路器动态电阻测量装置，以数字处理器1为核心，至少设有超级电容模块5、超级电容充电装置10、电流采样器4、电压采样器2、显示器8和键盘9，其中超级电容充电装置和超级电容模块5连接，超级电容模块5、电流采样器4和高压断路器3串联，电压采样器2与高压断路器3并联，同时电流采样器4、电压采样器2的采样端口分别与数字处理器1的数据线或输入输出接口连接。 

实施例中，超级电容模块5采用锦州百纳公司的13个15V超级电容模块BPAK0052 P015 B01串联，串联后的基本参数如下： 

额定电压：45V DC 

额定电容：16.7F 

等效直流电阻：53mΩ 

电阻误差：±20％ 

工作温度：-45到+65℃ 

断路电流：1500A 

尺寸：216*207*38mm 

重量：1.5kg 

所述超级电容充电装置10由充电器6和充电控制器7连接构成。所述充电控制器7的输入控制端与数字处理器1输出接口连接。也就是说超级电容模块5可由数字处理器1控制进入充电状态。 

实施例中，充电器2采用与超级电容模块配套的充电装置。采用开关电路，体积小，重量轻。主要技术指标如下： 

外形尺寸：200mm*110mm*58mm 

重量：1kg 

输入电压：AC180-264V 

频率：50Hz±10％ 

输出稳压值DC：10-60V 

输出最大电流：10A 

整机过热保护阀值：80-85℃ 

输出对机壳耐压：≥500V 

输入对机壳耐压：≥1500V 

所述数字处理器1是DSP或单片机。为满足测量采样速度，建议使用DSP作为数字处理器。可以同时满足多路电压、电流的采样测试，和显示、键盘管理的要求。实施例中使用DSP的型号为TMS320F2812。 

所述电压采样器2以A/D转换器为核心。本实用新型实施例使用A/D转换器型号为AD526J，AD526J的主要参数如下： 

增益误差：＜0.02％ 

温度漂移：0.5ppm/8C 

响应时间：10V信号下，0.01％ in 4.5μs 

线性度：±5％ 

偏移电压：＜0.5mV 

偏移电压变化：＜3mV/℃ 

作为一种实施例，所述电流采样器4内包括电子开关、分流器和电压传感器，电子开关与分流器串联后与采样电阻并联。电子开关主要考虑到通断300A的直流电流，电流采样器4可以同时满足本实用新型对合闸电阻，回路电阻的采样测试，也就是同时满足对300A工作电流和毫安级小电流的测试。可控硅的在实施例中的使用型号：可控硅SKET 330，其具体参数如下： 

额定电流：330A 

开通时间：2μs 

触发电压：3V 

分流器实施例的参数如下： 

精度：1％，75mv/200A 

电压传感器实施例的参数如下： 

产品型号：V121G07 

输入范围：0～200mV 

输出规格：0～3.5V 

输出特性：跟踪电压 

精度等级：＜0.2％ 

响应时间：＜15μs 

温度漂移：150ppm/℃ 

供电电源：±12VDC 

静态功耗：29mA 

安装采用：35mmDIN卡轨 

如图1采样测量的原理图中所示，本装置由数字处理器1通过充电控制器7对超级电容模块5进行充电，充电到设定电压值断开充电回路等待高压断路器3合闸。高压断路器动态电阻测量过程分为两个过程。第一个过程，高压断路器3的合闸电阻11闭合，数字处理器1对合闸电阻11的电流电压值采样，测量并计算高压断路器3的合闸电阻11，同时记录合闸电阻11的投入时间。第二个过程，高压断路器3的主触头13闭合，合闸电阻11被短接，数字处理器1控制可控硅导通，超级电容模块5放电，数字处理器1采样，测量并计算高压断路器3的回路电阻阻值，放电完成后，测量结果传输到显示器8显示。通过下列步骤可以在一次合闸过程中快速测量合闸电阻、回路电阻和合闸电阻投入时间三项高压断路器的基本参数： 

1、采用充电器6对超级电容模块5进行充电，数字处理器1控制充电器6的工作或关闭，通过电压采样器2监控超级电容模块5的电压到设定值则断开充电器6； 

2、高压断路器3投入工作，合闸开关12首先闭合，电压采样器2监测到电压信号，传输到数字处理器1，数字处理器1经过电流采样器4对采样电阻15采样电压信号，以便得到电流值，同时经过电压采样器2对合闸电阻11采集电压信号，以便得到合闸电阻11的阻值； 

3、高压断路器3的主触头13自动闭合，电压采样器2监测到电压信号变化，通知数字处理器1控制电子开关16闭合，切换到大电流，数字处理器1经过电流采样器4对采样电阻15采样电压信号，以便得到比例对应的电流值，同时通过电压采样器2对合闸电阻11采集电压信号，以便得到回路电阻14的阻值； 

4、在高压断路器3投入工作过程中，数字处理器1通过电压采样器2监测到合闸开关12闭合的电压信号变化，启动计时器，监测到主触头13闭合的电压信号变化，停止计时器，由此得到合闸电阻投入时 间值。 

5、超级电容模块5放电完毕，数字处理器1计算得到合闸电阻11的阻值、回路电阻14阻值和合闸电阻投入时间值，并通过显示器8显示结果。 

在实施例中电子开关16可以是可控硅。数字处理器1可以是DSP，充电控制器7可以是继电器。 

在实施例中使用DSP的型号为TI公司的DSP芯片TMS320F2812。 

超级电容模块5与采样电阻15、保护电阻17组成断路器合闸电阻测量电路，其中采样电阻15为精密电阻，测量其电压计算可得到流过电阻的电流。超级电容模块5与可控硅、分流器5组成断路器回路电阻测量电路。当超级电容模块5充电完成后，即可操作断路器电阻测量。在断路器合闸操作的第一个过程中，断路器合闸电阻11合上，获取采样电阻15上的电压，可计算断路器的合闸电阻11的阻值，保护电阻17限制测量回路电流。在断路器合闸操作的第二个过程中，断路器的主触头13闭合，合闸电阻11被短接，利用DSP触发可控硅导通使超级电容模块5放电，采集分流器18的输出，完成断路器对回路电阻14的阻值测量。放电完成后，测量结果传输到显示器8显示。 

高压断路器动态电阻测试装置利用超级电容模块5为测量高压断路器3的合闸电阻11和回路电阻14提供不同要求的测量电源。利用高精度，低噪声的运放AD526，AD629进行电信号的采集，DSP自带12位A/D转换和工业仪器用液晶显示器组成了主要架构，完成对合闸电阻、回路电阻及合闸电阻投入时间的测量。通过DSP芯片控制充电控制器和可控硅，对超级电容进行充放电的控制，采集电信号，再由DSP芯片快速处理，现场迅速得到测量结果。 

图3中给出了一种数字处理器1中测试流程图，等待中断19是指等待键盘9输入的中断信号，按下键盘9按钮时，向系统发出中断信号，系统判断有中断信号后，开始测量程序。高压断路器3闭合操作，此时高压断路器3两端电压发生跳跃变化，当电压采样器2中的电压传感器检测到电压输入信号小于设定值1时，开始合闸电阻11时间计 时，此时合闸电阻11投入工作。接着高压断路器3主触头13自动接通，回路电阻14工作时，高压断路器3两端电压再次发生跳跃变化，当电压采样器2中的电压传感器检测到电压输入信号小于设定值2时，时间计时停止，这一段时间就是合闸电阻投入时间。合闸电阻11、合闸电阻投入时间、回路电阻14测量融为一体。 

Claims (1)

1.一种高压断路器动态电阻测量方法，该测量方法基于高压断路器动态电阻测量装置，所述测量装置以数字处理器(1)为核心，至少设有超级电容模块(5)、超级电容充电装置(10)、电流采样器(4)、电压采样器(2)、显示器(8)和键盘(9)，其中超级电容充电装置(10)和超级电容模块(5)连接，超级电容模块(5)、电流采样器(4)和高压断路器(3)串联，电压采样器(2)与高压断路器(3)并联，同时电流采样器(4)、电压采样器(2)的采样端口分别与数字处理器(1)的数据线或输入输出接口连接；所述电流采样器(4)是由电子开关(16)与分流器(18)串联，同时采样电阻(15)与保护电阻(17)串联，之后两个串联电路并联而成；

该测量方法经过如下步骤：

1)、打开高压断路器(3)的供电装置；

2)、高压断路器(3)投入工作，合闸开关(12)首先闭合，电压采样器(2)监测到电压信号，传输到数字处理器(1)，数字处理器(1)经过电流采样器(4)对采样电阻(15)采样电压信号，以便得到电流值，同时经过电压采样器(2)对合闸电阻(11)采集电压信号，以便得到合闸电阻(11)的阻值；

3)、高压断路器(3)的主触头(13)自动闭合，电压采样器(2)监测到电压信号变化，通知数字处理器(1)，电压采样器(2)对合闸电阻(11)采集电压信号；

4)、在高压断路器(3)投入工作过程中，数字处理器(1)通过电压采样器(2)监测到合闸开关(12)闭合的电压信号变化，启动计时器，监测到主触头(13)闭合的电压信号变化，停止计时器，由此得到投入时间值。

5)、数字处理器(1)计算得到合闸电阻(11)的阻值和合闸电阻投入时间值，并通过显示器(8)显示结果；

其中：

步骤1)具体为使用超级电容模块(5)给高压断路器(3)供电，数字处理器(1)控制充电器(6)的工作或关闭，通过电压采样器(2)监控超级电容模块(5)的电压到设定值则断开充电器(6)；

步骤3)具体为电压采样器(2)监测合闸开关(12)首先闭合后，通知数字处理器(1)控制电子开关(16)闭合，切换到大电流，数字处理器(1)经过电流采样器(4)对采样电阻(15)采样电压信号，以便得到比例对应的回路电流值，同时通过电压采样器(2)对合闸电阻(11)采集电压信号，以便计算回路电阻(14)的阻值；

步骤5)具体为超级电容模块(5)放电完毕，数字处理器(1)计算得到合闸电阻(11)的阻值、回路电阻(14)阻值和合闸电阻投入时间值，并通过显示器(8)显示结果。

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