CN103616636A - 电气设备导电回路多触指接触状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气设备导电回路多触指接触状态检测方法，属于电气设备高压试验方法。大容量高电压电容充电，使用真空接触器对电容器放电过程进行控制保证放电过程的稳定性，以经过反复实验确定的数学极数计算逻辑分离电阻数据，信息处理模块将这些信息高速处理，在屏幕上显示电压、电流、电阻变化全过程波形，供试验人员诊断，装置提供软件根据工作需要对记录的信息做进一步分析处理。优点在于：把大电流冲击试验方法应用于设备制造商出厂的例行试验、设备交接试验、例行试验，冲击试验设备实现了便携化、小型化，利用接触电阻在瞬时冲击电流作用下的收缩电阻变化导致的接触电阻上电压变化判断触指接触状态。

Description

电气设备导电回路多触指接触状态检测方法

技术领域

本发明属于电气设备高压试验方法。

背景技术

为向用户提供安全可靠的电力能源，近年来在电力设备上大量采用GIS组合电器，由于电器设备采用封闭结构，绝缘介质采用SF6，开关、隔离开关、母线连接等采用多触指结构。电力设备导电回路电阻测试出厂例行试验、交接试验、预防性试验采用直流压降法，测试电流不小于100A。新技术新材料使用，提高了设备的绝缘水平，但制造、安装过程中存在的多触指结构导电回路接触不良事故时有发生，成为GIS、开关等多触指结构导电回路运行中故障的频发故障，GIS、开关等电力设备损坏，修复费用高，事故处理时间长，严重影响供电可靠性。

对多触指结构的GIS、开关等触指接触不良故障案例检查、分析，采用目前使用的直流压降法测试，即使严重接触不良缺陷也不能检查出，设备带缺陷投入运行，是造成设备事故的原因。使用目前测试试验可提供的最大电流500A进行GIS、开关、母线连接等多触指结构回路电阻测试，预设置的单一触指接触且接触压力不足的严重接触不良缺陷仍然无法检出。目前国内外没有测试方法和装置能检出多触指结构的导电回路接触不良缺陷。

将试验电流增大至设备设计的额定电流并延长试验时间检查、认定GIS、开关、母线连接等多触指结构的导电回路接触状态，是开关设备设计（型式）的项目，试验装置极为笨重，设备制造企业出厂例行试验、交接性试验、预防性试验中采用不可能实现。

虽然直流压降法测量回路电阻标准已执行多年，但对多触指接触的导电回路接触状态进行检测并依据现行标准诊断缺陷被实践证明不可信。

发明内容

本发明提供一种电气设备导电回路多触指接触状态检测方法，以解决多触指导电回路接触状态检测不能准确判断的问题。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

（一）由测试人员按工程需要设置控制方式、试验电压值设定，启动测量程序，

（二）系统按设定值对电容器充电，同时监控测试系统电压，当达到设定值后真空接触器动作对试品放电，

（三）真空接触器抑制接触器吸合及断开产生的强电磁干扰，电流降至零时接触器打开，装置输出试验电压、试品端电压、试品电流信号送至采集卡进行模数转换后传输至计算机，

（四）由计算机整理去除无效数据，对数据进行滤波降噪处理，处理后的数据进行试验端电压、电流分析，程序按设计的数学模型计算试品电阻，试品电压、电流及电阻数值以曲线形式显示在计算机屏幕，计算机存储测量数据；

对所采集处理后的数据进行全方位多级降噪处理，利用数学模型计算剔出被测回路的电感、电容影响，得出工程需要和标准要求的纯电阻数据；

数学方程建立及计算：

基于暂态电路中电容参数影响与试验电源频率的倒数成正比，使用冲击方法进行电气导电回路阻抗测量，试验电源的频率超过1000kHz，回路电阻的测量范围不大于10mΩ，试品容抗与试品电阻相关超过6个数量级，忽略容抗对电阻测量的影响，认定试品测量回路仅有感抗量和电阻量，计算公式简化为                                                

，以此公式建立联立方程，分离电感量和电阻量；

应用简化后的计算公式，对低通滤波处理合适的数据按计算机程序设计的采样区间进行微分联立计算，并认定试品电感数值不变，解析出此微分段的电阻R₁；

试品试验电压、电流施加的全程计算出各微分区间的电阻R₁、R₂……R_n，按程序设定的加权平均统计逻辑计算出试品回路电阻初值；

对回路电阻初值再进行数字低通滤波后认定试品回路电阻的真值，显示在计算机屏幕上。

使计算机在实时电压、电流、电阻数据曲线显示界面上设置双坐标截取任意区间的数据，显示起点、终点的电压、电流、电阻瞬时值和区域内的测量回路电阻平均值，供检测人员对测量过程的各瞬变点、任意区间测量过程中电压、电流、电阻瞬时值变化进行分析。

存储测量过程从冲击放电开始至电压衰减为零的全过程电压、电流、电阻变化数据，供后续的细化分析使用；

根据测试工作步骤继续进行下一项测量或结束测试退出软件。

本发明的优点在于：把大电流冲击试验方法应用于设备制造商出厂的例行试验、设备交接试验、例行试验，冲击试验设备实现了便携化、小型化。

被试电路通入小于型式试验项目中冲击试验的电流，利用接触电阻在瞬时冲击电流作用下的收缩电阻变化导致的接触电阻上电压变化判断触指接触状态，克服了交、直流大电流测试方法无法走出型式试验室的困境。

在屏幕上显示电压、电流、电阻变化全过程波形， 缺陷判断直观.。

测试过程全部数据存储，试验人员可对测试过程的任一测试点、任意测试区间的测试数据进行实时分析和后续细化分析，测试全过程多触指接触状态变化一目了然。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是本发明的测量装置的原理图；

图3是本发明测量装置的接触器驱动模块电路原理图；

图4是本发明测量装置的试品端电压调理模块电路原理图；

图5是本发明测量装置的电流调理模块电路原理图；

图6是本发明测量装置的电容电压调理模块电路原理图；

图7是本发明数学模型及相关数学方程关系式见图；

DLPF—数字低通滤波，u—施加至试品上的试验电压，i—试品通过的试验电流  u₁₁、u₁₂……u_n1、u_n2各测试点微分电压，R₁、R₂……R_n不同微分间距内的试口电阻，L₁、L₂……L_n试品电感，t—微分时间，R’—计算电阻初值，R—计算电阻终值  DILPLAY—计算机屏幕显示。

具体实施方式

包括下列步骤：

（一）由测试人员按工程需要设置控制方式、试验电压值设定，启动测量程序，

（二）系统按设定值对电容器充电，同时监控测试系统电压，当达到设定值后真空接触器动作对试品放电，

（三）真空接触器抑制接触器吸合及断开产生的强电磁干扰，电流降至零时接触器打开，装置输出试验电压、试品端电压、试品电流信号送至采集卡进行模数转换后传输至计算机，

（四）由计算机整理去除无效数据，对数据进行滤波降噪处理，处理后的数据进行试验端电压、电流分析，程序按设计的数学模型计算试品电阻，试品电压、电流及电阻数值以曲线形式显示在计算机屏幕，计算机存储测量数据；

对所采集处理后的数据进行全方位多级降噪处理，利用数学模型计算剔出被测回路的电感、电容影响，得出工程需要和标准要求的纯电阻数据，数学模型及相关数学方程关系式见图7；

数学方程建立及计算：

基于暂态电路中电容参数影响与试验电源频率的倒数成正比，使用冲击方法进行电气导电回路阻抗测量，试验电源的频率超过1000kHz，回路电阻的测量范围不大于10mΩ，试品容抗与试品电阻相关超过6个数量级，忽略容抗对电阻测量的影响，认定试品测量回路仅有感抗量和电阻量，计算公式简化为，以此公式建立联立方程，分离电感量和电阻量；

应用简化后的计算公式，对低通滤波处理合适的数据按计算机程序设计的采样区间进行微分联立计算，并认定试品电感数值不变，解析出此微分段的电阻R₁；

试品试验电压、电流施加的全程计算出各微分区间的电阻R₁、R₂……R_n，按程序设定的加权平均统计逻辑计算出试品回路电阻初值；

对回路电阻初值再进行数字低通滤波后认定试品回路电阻的真值，显示在计算机屏幕上。

使计算机在实时电压、电流、电阻数据曲线显示界面上设置双坐标截取任意区间的数据，显示起点、终点的电压、电流、电阻瞬时值和区域内的测量回路电阻平均值，供检测人员对测量过程的各瞬变点、任意区间测量过程中电压、电流、电阻瞬时值变化进行分析。

存储测量过程从冲击放电开始至电压衰减为零的全过程电压、电流、电阻变化数据，供后续的细化分析使用。

根据测试工作步骤继续进行下一项测量或结束测试退出软件。

使用者为保存的数据文件自命名，并在文件名增加测量时间以保证测试数据文件保存的不重复，便于使用者分析时查找。

 本装置由测量装置及控制计算机两部分组成，所述测量装置包括：

继电器S₁经过电阻R₁与升压器T₁电连接，该升压器T₁还与高压硅堆D₁、真空接触器S₂、测量线电阻R₂、测量线电感L₁、测量回路电阻R₃、分流器R₄顺序电连接，在真空接触器S₂和分流器R₄间并联储能电容C₁，继电器S₁通过数据线与计算机6连接，电容电压调理模块1分别与储能电容C₁和计算机6连接，电流调理模块2分别与分流器R₄和计算机6连接，接触器驱动模块3分别与真空接触器S₂和计算机6连接，测量回路电阻R₃还与试品端电压调理模块4、数据采集卡5、计算机6顺序连接。

真空接触器驱动电路按选择的程序控制电容器的充放电过程控制，真空接触器被使用在电容器放电过程的回路接通和断开控制。

 高精度宽量程分流电阻获取的电流信息转换成数字信号作为真空接触器控制信号，经反向缓冲后驱动光耦进行隔离，光耦输出信号经继电器驱动芯片驱动中间继电器，再由中间继电器驱动真空接触器。

 真空接触器控制线圈驱动电源AC220V，工作电压及电流较大，产生的干扰对数据采集影响较大，严重时甚至造成模块不能正确工作。采用光耦隔离及阻容吸收技术，抑制接触器吸合及断开产生的强电磁干扰。

试品端电压调理模块：首先采用精密低噪声运放构成通滤波及放大电路分别将开关两端电压信号调理到合适电平，再由精密低噪声差分运放组成二阶压控低通滤波电路将两个电压信号差分处理，同时再进行滤波及放大，转换成合适的电平送入采集卡。

电流调理模块，使用高精度宽量程电阻分流器获取电容器放电电流的准确信息。

系统电压信号采用精密低噪声运放构成通滤波及放大电路对系统电压信号进行调理。

基于高速采集需要，采集卡速率：500k SPS，采集卡精度：16 Bit，模块采集的信息转换成数字形式通过标准USB口输出至计算机，数据分析处理由计算机完成。

工作原理：使用单相220V电源作为工作电源，将单电源升压整流后为大容量高电压电容充电，使用真空接触器对电容器放电过程进行控制保证放电过程的稳定性，采用高精度分流电阻做分流器采样，保证电流信息量的准确性，计算机将这些信息高速处理，在屏幕上显示电压、电流、电阻变化全过程波形，供试验人员诊断。

测量范围10uΩ～10 000uΩ，电容器最大放电电流18 000A，冲击放电电压1 200V，使用环境： -20℃～45℃。

对交流试验电源整流为高电压大容量电容器充电，使用真空接触器控制电容器对被测回路放电，瞬时放电最大电流可达18000A。

Claims (1)

1.一种电气设备导电回路多触指接触状态检测方法，包括下列步骤：

（一）由测试人员按工程需要设置控制方式、试验电压值设定，启动测量程序，

（二）系统按设定值对电容器充电，同时监控测试系统电压，当达到设定值后真空接触器动作对试品放电，

（三）真空接触器抑制接触器吸合及断开产生的强电磁干扰，电流降至零时接触器打开，装置输出试验电压、试品端电压、试品电流信号送至采集卡进行模数转换后传输至计算机，

（四）由计算机整理去除无效数据，对数据进行滤波降噪处理，处理后的数据进行试验端电压、电流分析，程序按设计的数学模型计算试品电阻，试品电压、电流及电阻数值以曲线形式显示在计算机屏幕，计算机存储测量数据；

对所采集处理后的数据进行全方位多级降噪处理，利用数学模型计算剔出被测回路的电感、电容影响，得出工程需要和标准要求的纯电阻数据；

数学方程建立及计算：

基于暂态电路中电容参数影响与试验电源频率的倒数成正比，使用冲击方法进行电气导电回路阻抗测量，试验电源的频率超过1000kHz，回路电阻的测量范围不大于10mΩ，试品容抗与试品电阻相关超过6个数量级，忽略容抗对电阻测量的影响，认定试品测量回路仅有感抗量和电阻量，计算公式简化为                                                

，以此公式建立联立方程，分离电感量和电阻量；

应用简化后的计算公式，对低通滤波处理合适的数据按计算机程序设计的采样区间进行微分联立计算，并认定试品电感数值不变，解析出此微分段的电阻R₁；

试品试验电压、电流施加的全程计算出各微分区间的电阻R₁、R₂……R_n，按程序设定的加权平均统计逻辑计算出试品回路电阻初值；

对回路电阻初值再进行数字低通滤波后认定试品回路电阻的真值，显示在计算机屏幕上；

使计算机在实时电压、电流、电阻数据曲线显示界面上设置双坐标截取任意区间的数据，显示起点、终点的电压、电流、电阻瞬时值和区域内的测量回路电阻平均值，供检测人员对测量过程的各瞬变点、任意区间测量过程中电压、电流、电阻瞬时值变化进行分析；

存储测量过程从冲击放电开始至电压衰减为零的全过程电压、电流、电阻变化数据，供后续的细化分析使用；

根据测试工作步骤继续进行下一项测量或结束测试退出软件。

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