CN104049184B - 一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，属于发电、变电或配电开关装置技术领域。本发明的检测装置，包括高电压直流电源、充电电阻、电容、电压测量装置和行程测量装置，电容与断路器的触头间隙并联，并联后的电容与充电电阻和高电压直流电源相互串联；所述的电压测量装置和行程测量装置分别与断路器相连。本检测装置通过断路器的一次合分闸操作，即可获得其合闸操作的触头间隙动态介质强度特性和分闸操作的触头间隙动态介质强度特性，操作简单，控制方便。

Description

一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置

技术领域

本发明涉及一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，属于发电、变电或配电开关装置技术领域。

背景技术

断路器在电网中担负电路开断和关合的职能。断路器通过触头的机械分离和灭弧室的灭弧实现电路开断；通过触头的机械关合实现电路的关合。

断路器的触头间隙动态介质强度特性包含合闸操作的触头间隙动态介质强度特性和分闸操作的触头间隙动态介质强度特性，是指在断路器不开断电流的情况下，在断路器合闸操作或是分闸操作的过程中，断路器触头间隙的介质强度（即触头间隙击穿电压）随触头动作时间（合闸动作时间和分闸动作时间）的变化关系，或随触头间隙距离的变化关系。触头间隙距离和触头动作时间的关系为触头行程特性，可以通过试验测量获得。

断路器触头间隙动态介质强度特性从一个侧面反映了断路器的性能，它的变化能够一定程度反映断路器性能的改变。例如，当断路器的触头和喷口发生烧蚀时，其触头间隙的电场分布将发生改变，触头间隙的动态介质强度特性也将发生改变。因此，触头间隙动态介质强度特性可用于评估断路器的触头烧蚀情况、断路器的开断能力、以及断路器的电寿命。综上所述，进行断路器触头间隙动态介质强度特性的检测，对于了解和评价断路器的性能状况具有实际意义。

在断路器分闸或合闸过程中，触头运动速度达到约10m/s量级，触头间隙距离快速增大或减小，触头间隙的介质强度（击穿电压）也快速变化，要获得触头间隙动态介质强度特性，需要试验测量触头运动过程中不同触头间隙距离下的击穿电压。对此，目前还没有方便和有效的方法。

高电压击穿试验装置（《高压交流断路器的合成试验[S]》，2008）是目前唯一的断路器触头间隙介质强度检测装置，它是对一个绝缘间隙施加高电压，产生击穿，获得一定间隙距离下的一个击穿电压。用这种检测装置获得断路器触头间隙的动态介质强度特性，需要精确的试验控制和多次的试验才能够得到完整的击穿电压随触头间隙距离（或触头动作时间）变化的数据。显然，这样的检测装置操作复杂，成本高昂，是非常不方便的。事实上由于上述缺点，目前没有查阅到利用高电压击穿试验装置检测动态介质强度特性的相关文献。

综上所述，现有的检测装置需要精确的试验控制和多次的试验，才能够得到完整的击穿电压随触头间隙距离（或触头动作时间）变化的数据，显然，这样的检测装置是非常不方便的，而且结构复杂，操作困难，成本高昂，应用极少。

发明内容

本发明的目的是提出一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，改变已有的检测方法和检测装置，以简化装置的结构和检测过程，降低检测设备成本。

本发明提出的断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，包括高电压直流电源、充电电阻、电容、电压测量装置和行程测量装置，所述的电容与断路器的触头间隙并联，并联后的电容与充电电阻和高电压直流电源相互串联；所述的电压测量装置和行程测量装置分别与断路器相连。

本发明提出的断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，通过断路器的一次合分闸操作，即可获得其合闸操作的触头间隙动态介质强度特性和分闸操作的触头间隙动态介质强度特性，操作简单，控制方便。

附图说明

图1是本发明提出的断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置的结构原理图。

图2是利用本发明检测装置检测得到的断路器触头间隙动态介质强度特性的示意图。

图3是利用本发明检测装置检测得到的断路器触头间隙动态介质强度特性的另一种示意图。

图4是本发明检测装置的使用状态图。

具体实施方式

本发明提出的断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，其结构如图1所示，包括高电压直流电源（DC）、充电电阻（R）、电容（C1）、电压测量装置和行程测量装置，所述的电容（C1）与断路器的触头间隙并联，并联后的电容（C1）与充电电阻（R）和高电压直流电源（DC）相互串联。电压测量装置和行程测量装置分别与断路器相连。

其中的所述的电容（C1）既可以是断路器断口自身的电容，也可以是断路器外部电路并联的电容。

上述检测装置，还可以包括一个并联电容C2，该并联电容与高电压直流电源并联。以减小充电电流对直流电压的影响，维持直流电压的基本稳定。

本发明检测装置中，高电压直流电源（DC）经过充电电阻（R）对电容（C1）充电；电容（C1）的充电电压导致断路器触头间隙击穿；触头间隙击穿导致电容（C1）放电；电容（C1）电压消失导致触头间隙绝缘恢复；高电压直流电源再次对电容（C1）充电。由此形成电容（C1）的重复充电和触头间隙的重复击穿。通过改变电容（C1）和充电电阻（R）的参数，可改变高电压直流电压（DC）对电容（C1）充电的时间参数，由此可调整断路器触头间隙的电压上升速度，进而调整重复击穿电压脉冲的时间间隔。例如：减小电容（C1）和减小充电电阻（R）可以减小重复击穿电压脉冲的时间间隔。

本发明检测装置，用于测量断路器触头间隙重复击穿的击穿电压，以及各次击穿对应的触头动作时间，其中的行程测量装置用于测量断路器触头间隙距离随触头动作时间的变化。

以下结合附图，详细介绍本发明检测装置的工作原理和过程：

检测过程包括一次连续的合分闸操作，在这个时间内触头间隙的距离不断变换，即：断路器起始处于分闸状态；进行合闸操作，触头由分闸位置运动到合闸位置；合闸操作结束后立即进行分闸操作，触头由合闸位置运动到分闸位置。

合闸操作中测量断路器合闸过程的动态介质强度特性，其工作原理和过程为：

（1）在断路器分闸状态下，升高高压直流电源（DC）的输出电压至需要的试验电压；高电压直流电源（DC）经过充电电阻（R）对电容（C1）充电至电源电压，此电压作用在断路器触头间隙上；

（2）断路器的控制电路发出合闸命令，断路器开始执行合闸命令，触头间隙逐渐减小，当触头间隙之间的距离小到一定数值时，触头间隙会在电容（C1）的直流电压下击穿，此为首次触头间隙击穿。击穿使得电容（C1）的电荷释放，电压消失，断路器触头间隙间的电弧熄灭，触头间隙绝缘也随后恢复。

（3）触头间隙间的电弧熄灭后，高压直流电源（DC）再次通过充电电阻（R）对电容（C1）充电，使得电容电压快速升高。

（4）当电容（C1）的电压升高到一定数值时，触头间隙再次被击穿；

（5）如此充电、击穿、放电、熄弧、再充电的过程交替重复，在触头间隙上产生重复的电压脉冲和产生重复的击穿。随着触头间隙不断减小，击穿电压不断降低，当触头间隙闭合时，电容（C1）被短路，不再发生击穿。

分闸操作中测量断路器合闸过程的动态介质强度特性，其工作原理和过程为：

（6）高电压直流电源（DC）维持在需要的试验电压；

（7）控制电路发出分闸命令，断路器开始执行分闸命令。当出现触头间隙时，高电压直流电源（DC）经过充电电阻（R）对电容（C1）充电，使得电容C1的电压快速升高；

（8）当电容C1的电压超过触头间隙的击穿电压时，触头间隙被击穿；

（9）击穿使得电容C1的电荷释放，电压消失，断路器触头间隙电弧熄灭；触头间隙绝缘恢复；

（10）触头间隙熄弧后，直流电源再次通过充电电阻（R）对电容C1充电，使得电容C1电压快速升高，并再次导致触头间隙击穿；

（11）如此，在触头间隙上产生重复的电压脉冲和产生重复的击穿。随着触头间隙不断增大，击穿电压不断增加，当触头间隙接近最大开距时，介质强度足够高，不再发生击穿。

（12）在以上合闸和分闸的操作过程中，利用电压测量装置测得断路器触头间隙各次击穿的击穿电压U_Bi（i=1,2…M），以及各次击穿对应的触头动作时间ti（i=1,2…M）；用行程测量装置测量断路器触头间隙距离随触头动作时间的变化，由此得到一组击穿电压和对应的触头动作时间的数据（如图2所示）：(U_B1，t₁)，(U_B2，t₂)，(U_B3，t₃)，…，(U_BM，t_M)，或击穿电压和对应的触头间隙距离的数据（如图2所示）：(U_B1，d₁)，(U_B2，d₂)，(U_B3，d₃)，…，(U_BM，d_M)。即断路器触头间隙动态介质强度特性。

图4所示是本发明检测装置的使用状态图，检测装置包括整流电路、充电电阻（R）、电容（C1）、电容（C2）、电压测量装置和行程测量装置，所述的电容（C1）与断路器的触头间隙并联，所述的电容（C2）与整流电路并联，并联后的电容（C1）与充电电阻（R）和整流电路相互串联。电压测量装置和行程测量装置分别与断路器相连。

在图4所示的检测装置中，用整流电路作为图1中的高电压直流电源（DC）。电容（C2）则用于减小充电电流对直流电压的影响，以满足在断路器的一次合分闸操作过程中，维持直流电压的基本稳定。

在本发明的一个实施例中，可以选取但不限于C1=200pF，C2=0.5pF，R=2.5MΩ。

在本发明的一个实施例中，电压测量装置由四川省绵竹西南电工设备有限公司生产的DZF400-400/800型电阻分压器、以及北京阿科美电子技术有限责任公司生产的FIP200工控机组成；其中电阻分压器与断路器并联，工控机与电阻分压器相连；电阻分压器输出信号，工控机测量、采集、分析信号，得到断路器触头间隙重复击穿的击穿电压，以及各次击穿对应的触头动作时间。

行程测量装置由Novotechnik公司生产的IP6501A502角度传感器、以及北京阿科美电子技术有限责任公司生产的FIP200工控机组成；其中角度传感器安装在断路器上，工控机与角度传感器相连；角度传感器输出信号，工控机测量、采集、分析信号，得到断路器触头间隙距离随触头动作时间的变化。

在上述实施例中，电压测量装置与行程测量装置共同使用FIP200工控机。

Claims (3)

1.一种断路器触头间隙动态介质强度特性的检测装置，其特征在于，该检测装置包括高电压直流电源、充电电阻、电容、电压测量装置和行程测量装置，所述的电容与断路器的触头间隙并联，并联后的电容与充电电阻和高电压直流电源相互串联；所述的电压测量装置和行程测量装置分别与断路器相连，所述的高电压直流电源经过充电电阻对电容充电；电容的充电电压导致断路器触头间隙击穿；触头间隙击穿导致电容放电；电容电压消失导致触头间隙绝缘恢复；高电压直流电源再次对电容充电，由此形成电容的重复充电和触头间隙的重复击穿，通过改变电容和充电电阻的参数，改变高电压直流电压对电容充电的时间参数，由此调整断路器触头间隙的电压上升速度，进而调整重复击穿电压脉冲的时间间隔。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的电容为断路器间隙的电容。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括一个并联电容，该并联电容与高电压直流电源并联。