CN103760421B - 基于超级电容器的gis回路电阻评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，以超级电容器作为放电电流源，当充满电荷的超级电容器对要测量的回路电阻放电时，会产生很强大的冲击电流，而回路电阻的阻值通常小于100μΩ，不易直接得到回路电阻随电流的变化率k，因此，在通过回路电阻随电流的变化率k评估触头的接触状态之前，先对测量的数据根据归一化公式：<maths num="0001"></maths>进行归一化处理，将不同尺度的数据统一到统一的尺度，可便于清晰明了的得到回路电阻随电流的变化率k，并通过变化率k评估触头的接触状态，k≤1.4时，触头接触良好，k＞1.4时，触头接触不良；方便测量结果的比较和触头的接触状态的评估判断。

Description

基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法

技术领域

本发明属于测量评估方法技术领域，特别涉及一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备（Gasinsuiatedmetalenclosedswitchgear，GIS）的与其他元器件接触时会存在接触电阻，而接触电阻的大小会直接影响回路中的载流能力，所以，对GIS回路电阻的评估很有必要。

导电连接件的导电回路电阻是由动、静触头与连接件间的回路电阻和线路中其他连接线的电阻组成，其中回路电阻的电阻值远远大于连接线的电阻值，因此导电回路电阻主要是由回路电阻决定。回路电阻一般由收缩电阻和表面电阻两部分组成。

当导电连接件的接触状态正常时，大电流流过在接触位置发热很小，因此回路电阻随着电流的变化时其变化率不大；但是当导电连接件的接触状态异常，其回路电阻远远高于正常状态时的阻值，大电流流过会使接触位置严重发热。而且，导体连接件发热将进一步使得导电连接件的导电回路电阻增大，导体连接件发热更加严重，此时随着电流的变化回路电阻变化更明显。

但是，对于导电连接件回路电阻随电流的变化率，测量较困难，影响测量结果的比较和判断。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的回路电阻随电流的变化率测量较困难，影响测量结果的比较和判断的缺陷，提供一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法。

其技术方案如下：

一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，评估超级电容器、整流装置、总回路电阻和被测试品电感分量依次连接形成的回路中的回路电阻，且以所述超级电容器为放电电流源，通过所述超级电容器产生冲击电流，包括以下步骤：

测量多次不同冲击电流下的回路电阻值；

归一化处理测量数据，且归一化公式为

根据归一化处理后的数据得到回路电阻随电流增长的变化率k；

评估触头的接触状态，k≤1.4时，触头接触良好，k＞1.4时，触头接触不良。

下面对进一步技术方案进行说明：

所述归一化处理的测量数据包括电流数据和回路电阻数据，将所述电流数据和回路电阻数据中有量纲的表达式，化为无量纲的表达式，成为纯量。

归一化公式中的x指代回路电阻数据R或电流数据I，所述回路电阻的归一化公式为所述电流的归一化公式为

根据归一化处理后的电流数据和回路电阻数据，绘制R-I曲线，并通过得到回路电阻随电流增长的变化率k。

所述超级电容产生千安级的长波头冲击电流。

所述超级电容器的放电回路构成非振荡RLC电路。

所述测量多次不同冲击电流下的回路电阻值的次数为3次。

测量的回路电阻数据为弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关均在充电电压为15V、20V和25V下的回路电阻数据。

下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明：

1.以超级电容器作为放电电流源，当充满电荷的超级电容器对要测量的回路电阻放电时，会产生很强大的冲击电流，而回路电阻的阻值通常小于100μΩ，不易直接得到回路电阻随电流的变化率k，因此，在通过回路电阻随电流的变化率k评估触头的接触状态之前，先对测量的数据根据归一化公式：

$\stackrel{\&OverBar;}{x}=\frac{x-x_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}$

进行归一化处理，将不同尺度的数据统一到统一的尺度，可便于清晰明了的得到回路电阻随电流的变化率k，方便测量结果的比较和触头的接触状态的评估判断。

2.归一化处理电流数据和回路电阻数据，将电流数据和回路电阻数据中有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为纯量；可避免具有不同物理意义和量纲的输入变量不能平等使用的情况，可将测得的数据归一到0～1之间的概率分布，能直接得到回路电阻随电流的变化率k，便于测量结果的比较和触头的接触状态的评估判断。

3.通过绘制R-I曲线，并通过得到回路电阻随电流增长的变化率k，能从R-I曲线比较直观的了解到回路电阻随电流增长的变化率k。

4.超级电容器产生千安级的冲击电流，可满足精确测量高电压、大容量导电连接件的回路电阻的要求。

5.当作用于回路中的冲击电流变化率为零时，被测试品电感分量上的电压降就等于零，则需要测量的回路电阻值，就等于冲击电流峰值时刻对应的被测导电连接件的电压与冲击电流峰值之比。

6.在15V、20V和25V的充电电压下测量弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关的回路电阻数据，在多电压、多接触方式下措辞测量，可使测量结果完整无遗漏，也使得到的评估结论和判断完整和准确。

附图说明

图1是本发明的回路电阻测量的原理图；

图2是本发明基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法的流程图；

图3是本发明测量弹簧触头冲击电流以及回路电阻数据归一化的示意图；

图4是本发明测量自力触头冲击电流以及回路电阻数据归一化的示意图；

图5是本发明测量梅花触头冲击电流以及回路电阻数据归一化的示意图；

图6是本发明测量高压隔离开关冲击电流以及回路电阻数据归一化的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，为本发明的回路电阻测量的原理图；超级电容器110的放电电路等效于一个RLC的串联电路，设超级电容器110的初始电压为U，在t=0时，开关闭合，超级电容器110对标准电阻和被测导电连接件放电。此放电过程是二阶电路的零输入响应。在设定的电压、电流参考方向下，列出KVL方程。

-U_C+U_L+U_R=0，

电流 $i=-C\frac{{\mathrm{dU}}_C}{\mathrm{dt}},$ 电压 $U_{\mathrm{RL}}=\mathrm{Ri}+L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}=-\mathrm{RC}\frac{{\mathrm{dU}}_C}{\mathrm{dt}}-\mathrm{LC}\frac{d^2{U}_C}{{\mathrm{dt}}^2},$

代入得： $\mathrm{RC}\frac{{\mathrm{dU}}_C}{\mathrm{dt}}+\mathrm{LC}\frac{d^2{U}_C}{{\mathrm{dt}}^2}{U}_C=0,$

本装置中由于测量回路中的电感值L很小，而且超级电容器110的C极大，因此回路中的放电电流为非振荡波。电流幅值：

$I_m=U\sqrt{C/L}\exp \left[\frac{-\mathrm{\&alpha;}}{\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}\mathrm{arctanh}\frac{\sqrt{{\mathrm{\&alpha;}}^2-1}}{\mathrm{\&alpha;}}\right],$

从上式可以看出U，C，L和R决定电流的最大幅值，当U，C，R一定时，L越小，电流幅值越大；同理，限制R同样可提高放电电流的幅值。为了获得最大电流，必须尽可能减小回路中的电感和回路内阻。

如图2所示，一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，评估超级电容器110、整流装置120、总回路电阻130和被测试品电感分量140依次连接形成的回路中的回路电阻，且以超级电容器110为放电电流源，通过超级电容器110产生冲击电流，包括以下步骤：

S110：测量多次不同冲击电流下的回路电阻值；

S120：归一化处理测量数据，且归一化公式为

S130：根据归一化处理后的数据得到回路电阻随电流增长的变化率k；

S140：评估触头的接触状态，k≤1.4时，触头接触良好，k＞1.4时，触头接触不良。

以超级电容器110作为放电电流源，当充满电荷的超级电容器110对要测量的回路电阻放电时，会产生很强大的冲击电流，而回路电阻的阻值通常小于100μΩ，不易直接得到回路电阻随电流的变化率k，因此，在通过回路电阻随电流的变化率k评估触头的接触状态之前，先对测量的数据根据归一化公式：

$\stackrel{\&OverBar;}{x}=\frac{x-x_{\min }}{x_{\max }-x_{\min }}$

进行归一化处理，将不同尺度的数据统一到统一的尺度，可便于清晰明了的得到回路电阻随电流的变化率k，方便测量结果的比较和触头的接触状态的评估判断。

归一化处理的测量数据包括电流数据和回路电阻数据，将电流数据和回路电阻数据中有量纲的表达式，化为无量纲的表达式，成为纯量。归一化处理电流数据和回路电阻数据，将电流数据和回路电阻数据中有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为纯量；可避免具有不同物理意义和量纲的输入变量不能平等使用的情况，可将测得的数据归一到0～1之间的概率分布，能直接得到回路电阻随电流的变化率k，便于测量结果的比较和触头的接触状态的评估判断。

归一化公式中的x指代回路电阻数据R或电流数据I，回路电阻的归一化公式为 $\stackrel{\&OverBar;}{R}=\frac{R-R_{\min }}{R_{\max }-R_{\min }},$ 电流的归一化公式为 $\stackrel{\&OverBar;}{I}=\frac{I-I_{\min }}{I_{\max }-I_{\min }}.$

根据归一化处理后的电流数据和回路电阻数据，绘制R-I曲线，并通过得到回路电阻随电流增长的变化率k。通过绘制R-I曲线，并通过得到回路电阻随电流增长的变化率k，能从R-I曲线比较直观的了解到回路电阻随电流增长的变化率k。

超级电容产生千安级的长波头冲击电流。超级电容器110产生千安级的冲击电流，可满足精确测量高电压、大容量导电连接件的回路电阻的要求。

超级电容器110的放电回路构成非振荡RLC电路。当作用于回路中的冲击电流变化率为零时，被测试品电感分量140上的电压降就等于零，则需要测量的回路电阻值，就等于冲击电流峰值时刻对应的被测导电连接件的电压与冲击电流峰值之比。

测量多次不同冲击电流下的回路电阻值的次数为3次。测量次数为3次，即可精确测量结果，又可节约测量时间、提高效率。

测量的回路电阻数据为弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关均在充电电压为15V、20V和25V下的回路电阻数据。在15V、20V和25V的充电电压下测量弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关的回路电阻数据，在多电压、多接触方式下措辞测量，可使测量结果完整无遗漏，也使得到的评估结论和判断完整和准确。

如图3～6所示，依次为测量弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关后，将测量时的冲击电流和测量的回路电阻进行归一化，且测量三次不同冲击电流下的GIS回路电阻以及电流值归一化后，绘制的R-I曲线，通过R-I曲线可得到回路电阻随电流增长的变化率k。

如表1，为弹簧触头在充电电压为15V、20V和25V下的冲击电流和测试电阻数据：

表1

如表2，为自力触头在充电电压为15V、20V和25V下的冲击电流和测试电阻数据：

表2

如表3，为梅花触头在充电电压为15V、20V和25V下的冲击电流和测试电阻数据：

表3

如表4，为高压隔离开关在充电电压为15V、20V和25V下的冲击电流和测试电阻数据：

表4

如表5，为将上述测量的回路电阻随电流变化的数据进行归一化的处理后，通过计算回路电阻随电流增长的变化率k值，取k绝对值的最大值所得到的表格；可以看出：当变化率k≤1.4时，触头接触状态良好；当k＞1.4时，触头接触不良。

表5

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，评估超级电容器、整流装置、总回路电阻和被测试品电感分量依次连接形成的放电回路中的回路电阻，且以所述超级电容器为放电电流源，通过所述超级电容器产生冲击电流，其特征在于，包括以下步骤：

测量多次不同冲击电流下的回路电阻值；

归一化处理测量数据，且归一化公式为

根据归一化处理后的数据得到回路电阻随电流增长的变化率k；

评估触头的接触状态，k≤1.4时，触头接触良好，k＞1.4时，触头接触不良。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，所述归一化处理的测量数据包括电流数据和回路电阻数据，将所述电流数据和回路电阻数据中有量纲的表达式，化为无量纲的表达式，成为纯量。

3.根据权利要求2所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，归一化公式中的x指代回路电阻数据R或电流数据I，所述回路电阻的归一化公式为所述电流的归一化公式为

4.根据权利要求3所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，根据归一化处理后的电流数据和回路电阻数据，绘制R-I曲线，并通过得到回路电阻随电流增长的变化率k，其中，所述ΔR为回路电阻变化量，所述ΔI为电流变化量。

5.根据权利要求1所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，所述超级电容器产生千安级的长波头冲击电流。

6.根据权利要求5所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，所述放电回路构成非振荡RLC电路。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，所述测量多次不同冲击电流下的回路电阻值的次数为3次。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的基于超级电容器的GIS回路电阻评估方法，其特征在于，测量的回路电阻数据为弹簧触头、自力触头、梅花触头以及高压隔离开关均在所述超级电容器的充电电压为15V、20V和25V下的回路电阻数据。