CN104062579B - 断路器电弧电压特性试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器电弧电压特性试验装置及试验方法。包括主电流源，用以提供分断过程中所需的试验电流；辅助电流源，用于断路器触头分断时的引弧；辅助电压测试电路，实现电弧电压精确可靠的测量；主电流源、辅助电流源和辅助电压测试电路之间通过并联方式连接；辅助电压测试电路和辅助电流源并联在被测试断路器两端。试验包括电压波形整定试验和电弧电压特性试验两个步骤，电弧电压特性试验结果与电压波形整定试验结果之差为实际电弧电压特性；电压波形整定试验和电弧电压特性试验中电容C的充电电压保持一致；电压波形通过低压探头测量。本发明能够降低对试验回路的要求，采用简单的测量设备即可实现大电流分断时电弧电压精确可靠的测量。

Description

断路器电弧电压特性试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于电学领域，尤其是涉及断路器电弧电压特性试验装置及试验方法。

背景技术

断路器是保护电力系统安全运行的核心设备，而断路器分断过程中的电弧特性是影响断路器分断性能的重要因素。为了研究短路大电流分断过程中的电弧电压特性，一般将预充电电容对电感放电产生的振荡电流作为试验所需的电流源。为了提高试验电流值，电容上的预充电电压一般会高达数千伏，并且当电流过零后，会有极高的反向电压加在断路器两端。因此会给电压测量设备带来重大的安全隐患，影响测量的可靠性。

在传统的试验方法中，为了解决电压测量问题，通过并联在断路器两端的分压器引出电压信号，并经过复杂的限压电路限压后再进入示波器。另外为了克服断路器分断时较长的机械延时，实现大电流下的电弧特性试验，电路中需要庞大的电容和电感。这一方面增加了试验回路的复杂程度，另一方面会因所选的分压器电压等级较高而使测得的电弧电压精度很差。

发明内容

本发明主要是解决现有技术需要通过并联在断路器两端的分压器引出电压信号，并经过复杂的限压电路限压后再进入示波器；并且需要庞大的电容和电感，一方面增加了试验回路的复杂程度，另一方面会因所选的分压器电压等级较高而使测得的电弧电压精度很差的技术问题；提供了一种主电流源采用较小的电容和电感，即可实现大电流时的电弧电压特性试验；从而降低了对试验回路的要求，简化了试验回路的结构，使得试验回路容易实现；并能显著提高电弧电压的测量精度的一种断路器电弧电压特性试验装置及试验方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种断路器电弧电压特性试验装置，包括：

一主电流源：用以提供分断过程中所需的试验电流；

一辅助电流源：用于触头分断时引弧，便于调整主电流投入时刻；

一辅助电压测试电路；用于试验过程中保护低压测量设备免受过电压损坏，实现电弧电压精确可靠的测量；

所述主电流源、辅助电流源、和辅助电压测试电路之间通过并联方式连接；辅助电压测试电路和辅助电流源并联在被测试断路器两端。

作为优选，所述主电流源包括依次串联的电容C、二极管D、真空触发开关S和电感L；真空触发开关S开通时，电容C通过电感L放电产生脉冲大电流。

作为优选，所述辅助电流源采用低压恒流电源EPS；所述低压恒流电源EPS并联在被测试断路器两端。

作为优选，所述辅助电压测试电路包括并联的二极管D1和低压真空间隙TVS；所述二极管D1和低压真空间隙TVS并联在被测试断路器两端。

一种断路器电弧电压特性试验方法，其特征在于，包括以下两个试验过程，分别是电压波形整定试验和电弧电压特性试验：

所述电压波形整定试验包括以下步骤：

步骤A1、试验开始前，将电容C充电至所需电压，真空触发开关S处于断开状态，辅助恒流源EPS处于断开状态，被试断路器VB处于闭合状态；

步骤A2、试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，然后开通真空触发开关S，此后电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，VB两端将会因线路阻抗的存在而产生电压；

步骤A3、以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号，

所述电弧电压特性试验过程如下：

步骤B1、试验开始前，各元器件的初始状态同电压波形整定试验中的初始状态；

步骤B2、试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，被试断路器VB中将流过稳定的电流，然后发出VB的分断信号，断路器在经过其固有分断延时∆t1后，动静触头开始有效分离，触头之间开始建立微小的电弧电压；

步骤B3、此后再经过一段延时∆t2，使触头间开距到达试验所需值，开通真空触发开关S，预先充电的电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，触头之间将会建立相应的电弧电压；

∆t2是根据试验所需的触头开距所决定的，试验所需开距不同，相应∆t2不同。

步骤B4、以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号，

在上述的一种断路器电弧电压特性试验方法，所述电压波形整定试验和电弧电压特性试验中电容C的充电电压保持一致，所述电压波形通过低压探头测量，所述电压波形整定试验和电弧电压特性试验结果之差为实际电弧电压特性。

因此，本发明具有如下优点：1、主电流源采用较小的电容和电感，即可实现大电流时的电弧电压特性试验； 2、降低了对试验回路的要求，简化了试验回路的结构，使得试验回路容易实现；3、电弧电压直接通过示波器低压探头进行测量，能显著提高电弧电压的测量精度；4、辅助恒流源的引入，可按需要在不同的触头开距位置投入主电流源电流进行试验。

附图说明

附图1为本发明的试验回路；

附图2为本发明的电压波形整定试验波形；

附图3为本发明的电弧电压特性试验波形。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一、首先介绍本发明涉及的试验电路：

参见图1，本发明的断路器电弧电压特性试验方法，试验回路包括主电流源1、辅助电流源2、被试断路器3和辅助电压测试电路4；其中主电流源、辅助电流源、被试断路器和辅助电压测试电路之间通过并联方式连接；被试断路器负极接地。

主电流源用以提供分断过程中所需的试验电流，作为示例，主电流源由电容C、二极管D、真空触发开关S和电感L串联构成，真空触发开关S开通时，电容C通过电感L放电产生脉冲大电流；

辅助电流源，用于触头分断时引弧，便于调整主电流投入时刻，作为示例，辅助电流源电路采用低压恒流电源EPS；

辅助电压测试电路，用于试验过程中在断路器两端出现高电压时对低压测量设备的保护，作为示例，辅助电压测试电路由二极管D1和低压真空间隙TVS并联构成，试验过程中较大的反向电压通过D1或TVS导通，因此被试断路器两端不会有高压存在，电压信号可直接通过低压探头引出。

二、以下介绍本发明断路器电弧电压特性试验方法的试验步骤：

由于在实际试验回路中，电压测量位置总会包含一段载流主回路，因此所测的电压信号中就包括这段线路阻抗所占的电压分量，并且由于电流及其变化率较大，导致该电压分量一般较实际电弧电压大很多，因此应该将这部分电压分量从所测电压中去掉。为此，每次试验分两步进行：第一步在保持被试断路器闭合的条件下进行线路阻抗电压波形整定试验，第二步再进行分断时的电弧电压特性试验。

上述两步试验过程中，电容C上的预充电电压及辅助电流源EPS电流保持一致，示波器的波形起始位置及时基相同，则实际电弧电压等于两步试验所测电压的差值。

（一）电压波形整定试验过程如下：

试验开始前，根据试验电流需要，将电容C按图示方向充至工作电压，真空触发开关S处于断开状态，辅助恒流源EPS处于断开状态，被试断路器VB处于闭合状态；

试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，然后开通触发开关S，此后电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，VB两端将会因线路阻抗的存在而产生电压；

以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号；

试验电压电流示意波形如图2所示，其中t0为辅助恒流源接通时刻，t1为主电流源接通时刻。

（二）电弧电压特性试验过程如下：

试验开始前，各元器件的初始状态同电压波形整定试验中的初始状态；

试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，被试断路器VB中将流过稳定的电流，然后发出VB的分断信号，在经过一段固有的分断延时∆t1后，断路器的动静触头开始有效分离，触头之间开始建立微小的电弧电压；

此后再经过一段延时∆t2，触头间开距到达试验所需值，开通真空触发开关S，预先充电的电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，触头之间将会建立相应的电弧电压；

以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号；

试验电压电流示意波形如图3所示，其中在t0时刻接通辅助恒流源，在t1时刻发出被试断路器分断信号，在t2时刻触头开始有效分离，由于恒流源电流很小，触头间只建立起微小的电弧电压，在t3时刻断路器达到所需的开距，此时投入主电流源，在大电流条件下，触头间开始建立明显的电弧电压。

这里对辅助电压测试电路的作用进行说明，在脉冲放电电流下降到零时，二极管D进入反向恢复过程，此时被试断路器VB两端会产生较高的反向电压，然而此反向电压不是电弧电压特性试验所关心的，但是它却会损坏低压测量设备。VB两端反并联的二极管D1和低压真空间隙TVS能为此反向电压提供通路，使VB两端的电压仍然处于测量设备的安全范围以内，因此可以使用示波器的低压探头直接将电压信号引入到示波器进行记录。而在传统的试验回路中，采用高压分压器或高压探头来进行电压测量，由于电弧电压较小，导致所测的电弧电压精度很低。

另外，对于传统的机械式断路器，由于分断过程中的机械延时时间一般较长，导致其分散性也比较大。当主电流源电路采用较小的电容和电感时，产生的试验电流持续时间较短，试验时很难准确地控制主电流在需要的触头开距位置投入。辅助电流源的引入，使得在主电流投入前，触头之间一直有电弧存在，被试断路器仍然处于电气接通状态。因此可按试验需要，方便地控制主电流的投入时刻，而不会造成试验失败。

而对于近年来新兴的电动斥力开关，因其分断速度极快，机械延时时间分散性也非常小。因此在进行这类断路器的电弧电压特性试验时，辅助电流源不是必须的，试验时根据实际情况取舍。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种断路器电弧电压特性试验装置，其特征在于，包括

一主电流源：用以提供分断过程中所需的试验电流；

一辅助电流源：用于触头分断时引弧，便于调整主电流投入时刻；

一辅助电压测试电路：用于试验过程中保护低压测量设备免受过电压损坏，实现电弧电压精确可靠的测量；

所述主电流源、辅助电流源、和辅助电压测试电路之间通过并联方式连接；辅助电压测试电路和辅助电流源并联在被测试断路器两端；

所述辅助电压测试电路包括并联的二极管D1和低压真空间隙TVS；所述二极管D1和低压真空间隙TVS并联在被测试断路器两端。

2.根据权利要求1所述的一种断路器电弧电压特性试验装置，其特征在于，所述主电流源包括依次串联的电容C、二极管D、真空触发开关S和电感L；真空触发开关S开通时，电容C通过电感L放电产生脉冲大电流。

3.根据权利要求1所述的一种断路器电弧电压特性试验装置，其特征在于，所述辅助电流源采用低压恒流电源EPS；所述低压恒流电源EPS并联在被测试断路器两端。

4.一种断路器电弧电压特性试验方法，其特征在于，包括以下两个实验过程，分别是电压波形整定试验和电弧电压特性试验：

所述电压波形整定试验包括以下步骤：

步骤A1、试验开始前，将电容C充电至所需电压，真空触发开关S处于断开状态，辅助恒流源EPS处于断开状态，被试断路器VB处于闭合状态；

步骤A2、试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，然后开通真空触发开关S，此后电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，VB两端将会因线路阻抗的存在而产生电压；

步骤A3、以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号；

所述电弧电压特性试验过程如下：

步骤B1、试验开始前，各元器件的初始状态同电压波形整定试验中的初始状态；

步骤B2、试验开始时，先开通辅助恒流源EPS，被试断路器VB中将流过稳定的电流，然后发出VB的分断信号，断路器在经过其固有分断延时∆t1后，动静触头开始有效分离，触头之间开始建立微小的电弧电压；

步骤B3、此后再经过一段延时∆t2，使触头间开距到达试验所需值，开通真空触发开关S，预先充电的电容C将通过电感L放电，产生的脉冲放电电流通过被试断路器VB，触头之间将会建立相应的电弧电压；

步骤B4、以被试断路器VB中的脉冲电流信号为触发源，捕捉试验过程中的电压电流信号，然后描绘试验电压电流示意波形图。

5.根据权利要求4所述的一种断路器电弧电压特性试验方法，其特征在于，所述电压波形整定试验和电弧电压特性试验中电容C的充电电压保持一致，所述电压波形通过低压探头测量，所述电压波形整定试验和电弧电压特性试验结果之差为实际电弧电压特性。