CN104749520A - 一种断路器固有分闸时间的测量方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器固有分闸时间的测量方法与装置，包括信号采集天线、信号调理放大模块、信号采集转换模块以及处理模块；信号采集天线检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，信号调理放大模块对接收到的电磁波信号进行放大处理及包络检波，信号采集转换模块进行模数转换，在由处理模块根据获取到两个数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。本发明在检测时无需停电，可在线进行；天线与断路器间无直接接触，无需接线，检测方便快捷，旣保证了检测结果的准确，又降低了安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及断路器固有分闸时间测试领域，尤其涉及一种断路器固有分闸时间的测量方法与装置。
背景技术
断路器是电网中数量最为庞大的电力设备，起着控制和保护的作用，一旦发生故障，不但会直接导致电网事故，还会导致现有事故的扩大，给国民经济和社会稳定带来巨大的负面影响。统计表明，70%以上的断路器故障属于机械性质。分合闸时间是表征断路器机械特性的重要指标，直接影响开关的开断和关合性能，特别是分闸时间。如果分闸时间过长，分闸速度自然降低，灭弧性能受到影响而导致开关分断失败，使得断路器承受过电压进而发生故障。断路器的分闸时间包括固有分闸时间和熄弧时间两部分。固有分闸时间是指从操动机构分闸线圈接通到触头分离这段时间。熄弧时间是指从触头分离到各相电弧熄灭为止这段时间。所以，分闸时间也称为全分闸时间。由于燃弧时间受多种因素影响，而固有分闸时间主要由断路器的机械性能决定，因而通常测量的断路器分闸时间是指其固有分闸时间。
现有断路器固有分闸时间的测量方法主要包括：电秒表法、示波器法及动特性测试仪法等。电秒表法测量结果直观，但精度较差，现在已很少使用。示波器法虽然接线较为复杂，仪器昂贵，但测量精度高，自由度大，适宜在一些特殊测量中应用，如仅需测量单个断口固有分闸时间等。开关动作特性测试仪将所有测量步骤程序化，使用简单方便，是当前使用最为广泛的固有分闸时间测量方法。当前断路器固有分闸时间测试技术存在的主要问题包括：1）无法在线进行检测。当前所有的测试方法都需要在断路器断口上接线，这样所有的测试手段都必须停电，将断路器退出运行，不能实现带电监测。断路器实际运行中，开断开关过程中负荷电流引起的电动力的参与。当断路器存在某种缺陷时，离线测试的结果可能满足相关要求，从而掩盖了缺陷。但由于电动力的存在，存在缺陷的断路器带负荷进行分断时，其时间参数就很可能不满足相关要求，继而引起开关事故。2）测量周期长。由于无法在线测量，断路器固有分闸时间测试只能在停电期间进行，测试间隔长，数据缺乏连续性，无法及时反映断路器性能的变化。3）接线复杂。传统固有分闸时间测量需要断开断路器与系统的连接，在各端口两端接线，还要在断路器的操作控制回路中接线，对于大型的多断口断路器来说，接线点多，需要登高操作，在运行中的变电站，存在安全风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种断路器固有分闸时间的测量方法与装置，基于天线原理对断路器的固有分闸时间进行测量，能够实现断路器固有分闸时间的带电检测，具有检测结果准确，安全风险低的优点。
本发明采用下述技术方案：
一种断路器固有分闸时间的测量装置，包括信号采集天线、信号调理放大模块、信号采集转换模块以及处理模块；
所述的信号采集天线，用于检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块；
所述的信号调理放大模块，用于消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理；并对电磁波信号进行包络检波，然后传送至信号采集转换模块；
所述的信号采集转换模块，用于对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；
所述的处理模块，用于接收信号采集转换模块传送的数字信号，并对数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两个数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
所述的信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线。
所述的信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz。
所述的信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器。
所述的信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB。
所述的信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
所述的信号采集转换模块的信号采样率不低于1MS/s。
一种断路器固有分闸时间的测量方法，包括以下步骤：
A：利用信号采集天线，检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块；
B：利用信号调理放大模块消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理，并对电磁波信号进行包络检波，然后传送至信号采集转换模块；
C：利用信号采集转换模块对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；
D：利用处理模块对接收到的两组数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两组数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线，信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz。
信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器，信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB，信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
本发明信号采集天线检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并利用信号调理放大模块和信号采集转换模块对采集到的信号进行处理，最终根据处理模块获取到两个数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。本发明在检测时无需停电，可在线进行；天线与断路器间无直接接触，无需接线，检测方便快捷，旣保证了检测结果的准确，又降低了安全风险。
附图说明
图1为本发明所述的断路器固有分闸时间的测量装置的原理框图；
图2为本发明所述的断路器固有分闸时间的测量方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：
如图1所示，本发明所述的断路器固有分闸时间的测量装置，包括信号采集天线、信号调理放大模块、信号采集转换模块以及处理模块；
所述的信号采集天线，用于检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块。本发明中，为了提高采集效果，信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线，信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz，可以避开变电站的电晕等干扰，并保证能够捕捉到较广范围内的信号。
所述的信号调理放大模块，用于消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理，提高信噪比；并对电磁波信号进行包络检波，以降低对信号采集转换模块的要求，然后传送至信号采集转换模块。本发明中，信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器。信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB。信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
所述的信号采集转换模块，用于对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；本发明中，信号采集转换模块的信号采样率不低于1MS/s。
所述的处理模块，用于接收信号采集转换模块传送的数字信号，并对数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两个数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
如图2所示，本发明所述的断路器固有分闸时间的测量方法，包括以下步骤：
A：将信号采集天线对准断路器的分闸线圈（操动机构箱处）放置，利用信号采集天线，检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块；本实施例中，信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线，信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz。
B：利用信号调理放大模块消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理，并对电磁波信号进行包络检波，然后传送至信号采集转换模块；本实施例中，信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器，信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB，信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
C：利用信号采集转换模块对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；本实施例中，信号采集转换模块的信号采样率不低于1MS/s。
D：利用处理模块对接收到的两组数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两组数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
Claims (10)
1.一种断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：包括信号采集天线、信号调理放大模块、信号采集转换模块以及处理模块；
所述的信号采集天线，用于检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块；
所述的信号调理放大模块，用于消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理；并对电磁波信号进行包络检波，然后传送至信号采集转换模块；
所述的信号采集转换模块，用于对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；
所述的处理模块，用于接收信号采集转换模块传送的数字信号，并对数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两个数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
2.根据权利要求1所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线。
3.根据权利要求2所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz。
4.根据权利要求3所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器。
5.根据权利要求4所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB。
6.根据权利要求5所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
7.根据权利要求6所述的断路器固有分闸时间的测量装置，其特征在于：所述的信号采集转换模块的信号采样率不低于1MS/s。
8.一种断路器固有分闸时间的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：将信号采集天线对准断路器的分闸线圈放置，利用信号采集天线，检测断路器的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号以及断路器触头在分离时产生的电磁波信号，并将电磁波信号输送至信号调理放大模块；
B：利用信号调理放大模块消除信号采集天线在变电站内接收到的电磁波干扰信号，同时对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行放大处理，并对电磁波信号进行包络检波，然后传送至信号采集转换模块；
C：利用信号采集转换模块对接收到的分闸线圈在通电时刻产生的电磁波信号和断路器触头在分离时产生的电磁波信号进行包络检波后的模拟信号进行模数转换，并将转换后的数字信号传送至处理模块；
D：利用处理模块对接收到的两组数字信号进行存储，然后根据处理模块获取到两组数字信号的时间差进行断路器固有分闸时间的计算。
9.根据权利要求8所述的断路器固有分闸时间的测量方法，其特征在于：信号采集天线采用平面等角螺旋射频天线，信号采集天线的工作频带为500MHz-2GHz。
10.根据权利要求9所述的断路器固有分闸时间的测量方法，其特征在于：信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器，信号调理器的下限截止频率不低于500MHz，信号调理器的上线截止频率不高于2GHz，信号调理器在500MHz-2GHz频带内的增益为不低于50dB，信号调理器进行包络检波的持续时间不低于150μS。
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