CN104977531A - 一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压断路器的大电流开断试验的技术领域，具体来说是一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，包括壳体及电路板、上位机及电源，该系统电路板上设有前置测量电压分压器、信号调理限幅滤波电路、隔离放大电路、数据采集单元、触发信号电路，数据采集单元通过数字化光纤连接上位机波形信号显示及数据信号处理单元，所述的数据采集单元的输入端设有触发信号电路，进行AD采样机转换，前置测量分压器的信号输入端设有左右传感器。本发明采用单台分压器悬浮电位测量的方法，减小了对分压器共模抑制比的硬件要求，同时提出了一种内导体压降的新型软件补偿方法，消除了电弧电压测量过程中的导电回路附加压降，使测量的电弧电压更为精确。

Description

一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统

[技术领域]

本发明涉及高压断路器的大电流开断试验的技术领域，具体来说是一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统。

[背景技术]

电弧电压是表征灭弧室灭弧性能的一个重要参数，在开断电流一定的情况下，在大电流阶段，电弧电压的大小与电弧的状态、气隙的游离程度有关，在相互作用阶段，电弧电压的变化可以判断注入弧隙的能量与弧隙传导给周围介质的能量的关系，以及介质恢复强度与电压恢复强度之间的关系，这对灭弧室的设计、材料的选择、装配质量的缺陷查找、机械行程特性的调整等非常有益。

电弧电压测量过程中，断路器的进出线端与灭弧室之间的内部导电回路上的阻抗压降不可避免地要迭加在被测的电弧电压上。在大电流开断试验中，即使较小的阻抗也会产生较大的压降，内导体阻抗压降使测量得到的电弧电压不准确。

目前，常用的消除外部共模电压的方法是硬件补偿法，在实验电流较大且系统接线较长时，共模电压会造成较大的测量误差。若要满足测量误差小于2％的要求，两台分压器分压比之差不能超过5.4×10^-6，显然技术上难度很大。而且，这种方法也无法消除试品断路器内部的阻抗压降。

[发明内容]

本发明的目的是研制一套合成试验中高压开关设备的电弧电压测量系统在线装置，通过分压器来检测电弧电压，解决测量过程中试品内部导体压降问题，该装置抗干扰能力强、灵敏度高，从而保证检测的有效性和成功率。

为了实现上述目的，设计一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，包括壳体及电路板、上位机及电源，该系统电路板上设有前置测量电压分压器、信号调理限幅滤波电路、隔离放大电路、数据采集单元、触发信号电路，所述的数据采集单元通过数字化光纤连接上位机波形信号显示及数据信号处理单元，所述的数据采集单元的输入端设有触发信号电路，进行AD采样机转换，所述的前置测量分压器的信号输入端设有左右传感器，该系统采用分压器悬浮电位测量技术，减小了分压器共模抑制比要求，提高了灵敏度。

电压分压器电路采用电阻式高压分压器，型号为SEC或FRC分压器。

信号调理限幅滤波电路采用高压滤波电路，型号为FC型滤波器。

隔离放大电路采用高压放大器，型号为WMA-02或HA-405放大器。

数据采集单元采用单片机控制，单片机型号为C80151F。

上位机采用LabVIEW编程的仪器，设有波形显示和数据处理。

触发信号电路采用AD转换数字积分电路，型号为AJ65SBT-64或AD7705模块。

一种126kV合成回路电弧电压在线检测系统的方法，该方法采用分压器悬浮电位测量技术，有效地工作于强电磁场干扰环境中，并在燃弧过程中定量测量电弧电压波形，在电弧电压测量过程中，承载大电流母线所产生的压降叠加在电弧电压上，通过采取软件补偿方法，将高压开关的母线压降抑制至最小，使测量的电弧电压更为精确。

软件补偿方法包括以下步骤：

设正式试验中,测得的离散电流序列为I(k),离散电压序列为U(k),其中：k＝1,2……N，

截取起弧前处于短路阶段的电压和电流波形，可知其波形均符合A sin(ωt+B)+Ce^-Dt的形式，通过曲线拟合可得到电压和电流波形的具体表达式，记为：i(t)＝A sin(ωt+B)+Ce^-Dt

u(t)＝A₁ sin(ωt+B₁)+C₁e^-Dt

上式中，ω＝2πf，f取50Hz。A，B，C，D以及A1，B1，C1为拟合得到的常数，计算出内导体参数L和R，

由可得：

解得：

R＝LD+c；

其中：

得到消去阻抗压降后的电弧电压：

本发明同现有技术相比，优点在于：

通过分压电路检测高压开关的放电电弧，具有动作时间快，灵敏度高、抗干扰等优点，有效防止由电弧引起的以外事故发生；采用单台分压器悬浮电位测量的方法，减小了对分压器共模抑制比的硬件要求，同时提出了一种内导体压降的新型软件补偿方法，消除了电弧电压测量过程中的导电回路附加压降，使测量的电弧电压更为精确。

[附图说明]

图1是本发明测量系统的构成示意图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明如图1所示，主要由前级测量分压器、信号调理及隔离放大模块、采样单元及上位机波形显示及数据处理四部分构成，该系统还设有前置测量电压分压器、信号调理限幅滤波电路、隔离放大电路、数据采集单元、触发信号电路，数据采集单元通过数字化光纤连接上位机波形信号显示及数据信号处理单元，数据采集单元的输入端设有触发信号电路，进行AD采样机转换，前置测量分压器的信号输入端设有左右传感器，该系统采用分压器悬浮电位测量技术，减小了分压器共模抑制比要求，提高了灵敏度。电压分压器电路采用电阻式高压分压器，型号为SEC或FRC分压器。信号调理限幅滤波电路采用高压滤波电路，型号为FC型滤波器。隔离放大电路采用高压放大器，型号为WMA-02或HA-405放大器。数据采集单元采用单片机控制，单片机型号为C80151F。上位机采用LabVIEW编程的仪器，设有波形显示和数据处理。触发信号电路采用AD转换数字积分电路，型号为AJ65SBT-64或AD7705模块。

基本参数和主要技术性能指标：

电阻分压器：

(1)分压比480：1；高压臂阻值1.2MΩ，低压臂阻值2.5kΩ

(2)耐压等级：126kV

(3)响应速度：≤5μs

(4)输出限幅保护电压：±8v

暂态记录仪(主机，数字光纤隔离系统和软件系统)：

(1)通道：2路单端模拟量输入

(2)信道输入阻抗：≥1MΩ

(3)测量范围：±5V

(4)频带(-3dB)：1MHz

(5)分辨率：12位

(6)最高采样速率：10MS/s

(7)共模隔离电压：≥2000V

(8)电池供电，≥8h

126kV合成回路电弧电压在线检测系统的方法，该方法采用分压器悬浮电位测量技术，有效地工作于强电磁场干扰环境中，并在燃弧过程中定量测量电弧电压波形，在电弧电压测量过程中，承载大电流母线所产生的压降叠加在电弧电压上，通过采取软件补偿方法，将高压开关的母线压降抑制至最小，使测量的电弧电压更为精确。

软件补偿方法包括以下步骤：

设正式试验中,测得的离散电流序列为I(k),离散电压序列为U(k),其中：k＝1,2……N。

截取起弧前处于短路阶段的电压和电流波形，可知其波形均符合A sin(ωt+B)+Ce^-Dt的形式，通过曲线拟合可得到电压和电流波形的具体表达式，记为：i(t)＝A sin(ωt+B)+Ce^-Dt

u(t)＝A₁ sin(ωt+B₁)+C₁e^-Dt

上式中，ω＝2πf，f取50Hz。A，B，C，D以及A1，B1，C1为拟合得到的常数，计算出内导体参数L和R，

由可得：

解得：

R＝LD+c；

其中：

得到消去阻抗压降后的电弧电压：

Claims (9)

1.一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，包括壳体及电路板、上位机及电源，其特征在于该系统电路板上设有前置测量电压分压器、信号调理限幅滤波电路、隔离放大电路、数据采集单元、触发信号电路，所述的数据采集单元通过数字化纤连接上位机波形信号显示及数据信号处理单元，所述的数据采集单元的输入端设有触发信号电路，进行AD采样机转换，所述的前置测量分压器的信号输入端设有左右传感器，该系统采用分压器悬浮电位测量技术，减小了分压器共模抑制比要求，提高了灵敏度。

2.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于电压分压器电路采用电阻式高压分压器，型号为SEC或FRC分压器。

3.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于信号调理限幅滤波电路采用高压滤波电路，型号为FC型滤波器。

4.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于隔离放大电路采用高压放大器，型号为WMA-02或HA-405放大器。

5.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于数据采集单元采用单片机控制，单片机型号为C80151F。

6.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于上位机采用LabVIEW编程的仪器，设有波形显示和数据处理。

7.如权利要求1所述的一种有关126kV合成回路电弧电压在线检测系统，其特征在于触发信号电路采用AD转换数字积分电路，型号为AJ65SBT-64或AD7705模块。

8.一种如权利要求1所述的126kV合成回路电弧电压在线检测系统的方法，其特征在于该方法采用分压器悬浮电位测量技术，有效地工作于强电磁场干扰环境中，并在燃弧过程中定量测量电弧电压波形，在电弧电压测量过程中，承载大电流母线所产生的压降叠加在电弧电压上，通过采取软件补偿方法，将高压开关的母线压降抑制至最小，使测量的电弧电压更为精确。

9.如权利要求8所述的126kV合成回路电弧电压在线检测系统的方法，其特征在于软件补偿方法包括以下步骤：

设正式试验中,测得的离散电流序列为I(k),离散电压序列为U(k),其中：k＝1,2……N，

截取起弧前处于短路阶段的电压和电流波形，可知其波形均符合Asin(ωt+B)+Ce^-Dt的形式，通过曲线拟合可得到电压和电流波形的具体表达式，记为：i(t)＝Asin(ωt+B)+Ce^-Dt

u(t)＝A₁sin(ωt+B₁)+C₁e^-Dt

上式中，ω＝2πf，f取50Hz。A，B，C，D以及A1，B1，C1为拟合得到的常数，计算出内导体参数L和R，

由可得：

$\frac{A_1}{A}=\sqrt{R^2+{\left(\mathrm{\ω}L\right)}^2}$

$\frac{C_1}{C}=R-LD$

解得： $L=\frac{-cD+\sqrt{\left(\right(D^2+{\mathrm{\ω}}^2)a^2-c^2{\mathrm{\ω}}^2)}}{D^2+{\mathrm{\ω}}^2}$

R＝LD+c；

其中： $a=\frac{A_1}{A},c=\frac{C_1}{C}$

得到消去阻抗压降后的电弧电压：

$U_{arc}\left(k\right)=U\left(k\right)-\left(I\right(k)R+L\frac{I(k+1)-I\left(k\right)}{\mathrm{\Δ}t}).$