CN106814255A - 一种sf6断路器动态接触电阻检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，所述检测装置包括：超级电容电源：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于为SF6断路器提供稳定的类电流；电流采集装置：串联在SF6断路器与超级电容电源的连接线路上，用于采集SF6断路器分合闸过程中的回路电流；电压采集装置：并联在SF6断路器的断口两端，用于采集SF6断路器分合闸过程中的回路电压；数据处理系统：分别连接电流采集装置和电压采集装置，用于接收和显示回路中的电流和电压，并根据电流和电压计算SF6断路器分合闸过程中的动态接触电阻。本发明提供的检测装置结构简单安全，操作方便，在检测SF6断路器的动态接触电阻时，测量精度更高。

Description

一种SF6断路器动态接触电阻检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体讲涉及一种SF6断路器动态接触电阻检测装置。

背景技术

断路器触头系统是SF6断路器的关键部件，由主触头和弧触头组成。在断路器合闸时，弧触头先合主触头后合，触头系统决定合闸过程中灭弧室内的电场分布；在断路器分闸时，主触头先分弧触头后分，触头系统影响开断过程中气缸的初始压气量；弧触头主要承担关合和开断电流的责任，触头系统状态的好坏直接影响断路器的性能和使用寿命。

为了确定断路器触头系统状态，一般需要对断路器的回路电阻进行检测。现有技术中针对断路器的回路电阻检测主要分为静态电阻测量和动态电阻测量两种方式：

如图1所示：静态电阻检测主要用于测量开关处于合闸状态下静态电阻，包括开关动、静主触头之间的接触电阻以及连接导杆的电阻。测量方法主要是电压降法。电压降法是在被测量回路中通以直流电流(不小于100A)，测出通过回路的电流值以及回路在通直流时产生的电压降值，然后根据欧姆定律计算出接触电阻。

通过测量断路器回路电阻，能够反映主触头表面接触状况，如主触头接触不良、触头表面氧化、粗糙度增加、触头间残存机械杂物或碳化物、触头间压力减小等。因此，长期以来，通过静态电阻检测方法测量的断路器回路电阻是反映触头系统状态的重要指标，是断路器安装、检修、质量验收的一项重要参数。但静态电阻检测方法测量的断路器回路电阻不能反映弧触头状态，不能判断弧触头状态优劣。因此，需要寻求一种新的方法实现对断路器弧触头状态的监测。

为了全面掌握SF6断路器断开和闭合过程中的弧触头状态，从而更加全面准确的反映SF6断路器触头系统的运行状；近年来，国内外研究人员对断路器动态接触电阻测量进行了研究。

如图2所示：现有技术设计了采用12V蓄电池作为放电电源的硬件电路，以对SF6断路器在分合闸过程中的动态接触电阻进行检测，该硬件电路还可以进行信号调理、A/D转换、光电隔离等功能。但这种技术方案在测量过程容易受到弧触头尺寸、形状、断路器速度、测试电流大小、测量仪器精度和储能电源等诸多因素影响，测量精度不高，杂波较多。

另一方面：采用12V蓄电池作为放电电源存在如下缺点，这些缺点会测量检测结果和检测操作的便利性：1)蓄电池作为电源测量断路器动态接触电阻，回路中的电流很难被切断，需要被测断路器进行合分操作，或在回路中串联保护接触器。如果测量操作不当经常会造成蓄电池烧毁。2)大容量的蓄电池体积大、质量重，不易搬运和移动，不适合作为现场便携式测量仪电源。3)测量回路中的电流不易调节，通常只能通过调节测量导线的电阻来调节电流，使用不方便。4)动态接触电阻测量结果在一个较大的范围内变化，现有测量方法得到的结果在小量程范围内分辨率较低。

综上所述，测量动态接触电阻虽然可以反映弧触头状态，但是测量过程受到测试电流大小、测量仪器精度和储能电源等诸多因素影响。现用技术存在测试电流大小不易控制、操作不当容易烧毁测量电源和测量结果精度不够等不足，需要寻求新的测量方法，以提高测量精度，并方便使用。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种SF6断路器动态接触电阻检测装置。

本发明提供的技术方案是：一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其改进之处在于：所述检测装置包括：

超级电容电源：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于为所述SF6断路器提供稳定的类电流；

电流采集装置：串联在所述SF6断路器与所述超级电容电源的连接线路上，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电流；

电压采集装置：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电压；

数据处理系统：分别连接所述电流采集装置和所述电压采集装置，用于接收和显示回路中的电流和电压，并根据所述电流和电压计算所述SF6断路器分合闸过程中的动态接触电阻。

优选的，所述SF6断路器包括同轴连通并充有SF6气体的灭弧室和支柱瓷套；所述灭弧室的两端同轴设置有法兰盘，顶端法兰盘内侧同轴固定有静触头底座，所述静触头底座上设有与所述灭弧室同轴的静主触头和静弧触头；静主触头与动主触头分闸或合闸，所述动主触头同轴连接中间触头，所述中间触头与低端法兰盘相连；所述静弧触头与动弧触头分闸或合闸，所述动弧触头同轴设于所述中间触头内，并与动触头拉杆的一端相连所述动触头拉杆的另一端贯穿支柱瓷套后，与支柱瓷套外的弹簧操作机构相连；

所述弹簧操作机构控制SF6气体断路器分闸或合闸；所述SF6气体断路器合闸时，静弧触头与动弧触头先合闸，静主触头与动主触头后合闸；所述SF6气体断路器分闸时，静主触头与动主触头先分闸，静弧触头与动弧触头后分闸。

进一步，所述静触头底座通过螺纹连接方式固定在所述灭弧室顶端的法兰内侧面上；所述灭弧室两端的法兰上分别固定有连接板，超级电容电源的两端分别通过电流线与两端法兰上的连接板相连；电压采集装置的两端分别通过电压线与两端法兰上的连接板相连。

进一步，检测装置还包括行程传感器，所述行程传感器固定在动触头拉杆与弹簧操作机构连接端上，随着分合闸时动触头拉杆的运动而运动，用于检测动主触头和动弧触头运动的行程。

优选的，所述超级电容电源包括通过调节开关并联的若干个超级电容串，所述调节开关通过调节超级电容串的并联数量来调节所述超级电容电源的放电电压和放电电流。

进一步，所述超级电容电源的放电电流大于1KA，放电电流持续时间大于500ms。

优选的，所述电流采集装置为霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器采集连接所述超级电容电源和所述SF6断路器的电流线上的电流，并将所述电流上传给所述数据处理系统。

优选的，所述电压采集装置包括测量精度不同的第一电压采集通道和第二电压采集通道；所述数据处理系统连接所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道，并根据所述SF6断路器的动态接触电阻控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压。

进一步，所述第一电压采集通道的电压采集精度为0.1mV；所述第二电压采集通道的电压采集精度为10mA。

进一步，数据处理系统采用如下方式控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压：

当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻小于或等于100微欧时，其控制所述第一电压采集通道采集回路电压；当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻大于100微欧时，其控制所述第二电压采集通道采集回路电压。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：

(1)本发明提供的SF6断路器动态接触电阻检测装置采用超级电容电源为SF6断路器动态接触电阻测量回路提供电源，在动态接触电阻测量回路中使用起来更加安全，不会出现电源烧坏的现象，且超级电容较小，利于方便测量。

(2)采用超级电容电源为SF6断路器动态接触电阻测量回路提供电源，使得测量回路的电流更大，动主触头与静主触头、以及动弧触头与静弧触头之间的抱紧力更大，动态接触电阻的测量值更加稳定。

(3)利用数据采集系统同时采集回路电压和回路电流、以及动主触头和动弧触头在分合闸过程中的运动的行程，可实时绘制保存SF6断路器的动态接触电阻曲线、电压电流变换曲线、以及断路器的机械特性曲线，自动化程度高，检测过程简，检测结果更加清晰可靠。

(4)利用数据采集系统控制电压采集装置使用两种精度不同的电压采集通道采集SF6断路器在分合闸过程中的回路电压，可根据SF6断路器的动态接触电阻分段测量回路电压，提高了整个测量回路的检测精度。

附图说明

图1为现有技术中静态电阻测量方法所使用的检测装置的电路结构示意图；

图2为现有技术中动态电阻测量方法所使用的检测装置的电路结构示意图；

图3为本发明提供的SF6断路器动态接触电阻检测装置的电路结构示意图；

图4为本发明提供的SF6断路器动态接触电阻检测装置的实物接线示意图；

图5为图4中灭弧室的内部结构纵剖面示意图；

图6为SF6断路器在分-合闸过程中行程曲线与动态接触电阻曲线的变换关系示意图；

图7为SF6断路器在分-合闸过程中行程曲线与电流曲线的变换关系示意图；

图8为SF6断路器在分-合闸过程中行程曲线与电压曲线的变换关系示意图；

图9为图6中分闸段的放大图。

其中1-行程传感器；2-动触头拉杆；3-灭弧室；4-电压线；5-电流线；6-静主触头；7-静弧触头；8-动弧触头；9-喷口；10-动主触头；11-中间触头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其电路原理图如图3-4所示：图3中Rs为试验断路器，所述检测装置包括：

超级电容电源：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于为所述SF6断路器提供稳定的类电流；

电流采集装置：串联在所述SF6断路器与所述超级电容电源的连接线路上，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电流；

电压采集装置：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电压；

数据处理系统：分别连接所述电流采集装置和所述电压采集装置，用于接收和显示回路中的电流和电压，并根据所述电流和电压计算所述SF6断路器分合闸过程中的动态接触电阻。

如图4-5所示，所述SF6断路器包括同轴连通并充有SF6气体的灭弧室3和支柱瓷套；所述灭弧室3的两端同轴设置有法兰盘，顶端法兰盘内侧同轴固定有静触头底座，所述静触头底座上设有与所述灭弧室3同轴的静主触头6和静弧触头7；静主触头6与动主触头10分闸或合闸，所述动主触头10同轴连接中间触头10，所述中间触头10与低端法兰盘相连；所述静弧触头7与动弧触头8分闸或合闸，所述动弧触头8同轴设于所述中间触头10内，并与动触头拉杆2的一端相连所述动触头拉杆2的另一端贯穿支柱瓷套后，与支柱瓷套外的弹簧操作机构相连；

所述弹簧操作机构控制SF6气体断路器分闸或合闸；如图5所示：所述SF6气体断路器合闸时，动弧触头8和动主触头10向左运动，静弧触头7与动弧触头8先合闸，静主触头6与动主触头10后合闸；所述SF6气体断路器分闸时，运动方向相反，静主触头6与动主触头10先分闸，静弧触头7与动弧触头8后分闸。

所述静触头底座通过螺纹连接方式固定在所述灭弧室3顶端的法兰内侧面上；所述灭弧室3两端的法兰上分别固定有连接板；

动态接触电阻测量回路采用四线法，两根电流线5，两根电压线4，电流线5接在靠近超级电容电源侧，电压线4接在靠近SF6断路器侧，可避免试验引线电阻对被试品电阻的影响。

超级电容电源的两端分别通过电流线5与两端法兰上的连接板相连；电压采集装置的两端分别通过电压线4与两端法兰上的连接板相连。

检测装置还包括行程传感器1，所述行程传感器1固定在动触头拉杆2与弹簧操作机构连接端上，随着分合闸时动触头拉杆2的运动而运动，用于检测动主触头10和动弧触头8运动的行程。

所述超级电容电源包括通过调节开关并联的若干个超级电容串，所述调节开关通过调节超级电容串的并联数量来调节所述超级电容电源的放电电压和放电电流。

所述超级电容电源的放电电流大于1KA，放电电流持续时间大于500ms。

所述电流采集装置为霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器采集连接所述超级电容电源和所述SF6断路器的电流线5上的电流，并将所述电流上传给所述数据处理系统。

所述电压采集装置包括测量精度不同的第一电压采集通道和第二电压采集通道；所述数据处理系统连接所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道，并根据所述SF6断路器的动态接触电阻控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压。

所述第一电压采集通道的电压采集精度为0.1mV；所述第二电压采集通道的电压采集精度为10mA。

数据处理系统采用如下方式控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压：

当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻小于或等于100微欧时，其控制所述第一电压采集通道采集回路电压；当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻大于100微欧时，其控制所述第二电压采集通道采集回路电压。

通过如下方法使用上述检测装置检测SF6断路器的动态接触电阻：

(1)将超级电容电源并联在被测SF6断路器的断口两端，调节电源的放电电压和放电电流；控制放电电流的大小和持续时间，调节后保证回路中的放电电流大于1kA，类直流时间持续500ms以上。

(2)通过弹簧操作机构控制SF6断路器进行合分操作，或进行单合操作，测量回路中的电流、断口两端电压、以及断路器的动主触头10和动弧触头8运动的行程。

1)回路中的电流I通过霍尔线圈采集后，输入数据处理系统。

2)动主触头10和动弧触头8运动的行程通过行程传感器1测量后，输入数据处理系统。

3)断口两端电压U分两通道采集，先利用第一电压采集通道采集，再利用第二电压采集通道采集，采集后输入数据处理系统。

(3)数据处理系统将测量的数据利用R＝U/I的公式进行计算处理，显示出SF6断路器的动态接触电阻R随行程的变化曲线。数据处理系统也可以单独显示电压、电流和断路器机械特性等曲线。

1)电压是两通道曲线组合而成，采用第一电压采集通道测量的动态接触电阻R小于或等于100微欧时的电压数据，采用第二电压采集通道测量动态接触电阻R大于100微欧时的电压数据。

2)统一时间节点，数据处理系统将动态接触电阻曲线和机械特性曲线整合，得出断路器的动态接触电阻随行程的变化曲线。

通过弹簧操作机构操作SF6断路器一个合-分过程，合-分闸之间时间间隔约250ms，测量的信号包括：行程L、电压U、电流I，动态接触电阻计算为R＝U/I。连接好试验引线，断路器进行分合操作，一次试验结束。一个合-分过程动态接触电阻曲线见图6；一个合-分过程电流曲线见图7，一个合-分过程电压曲线见图8。

由图6-8可看出，合闸的起始阶段，电流急剧上升，电压下降，电阻值由大到小并有波动，当行程达到最大值时，断路器完全合上，从电流上升处起到行程为最大值时截止，该区间视为合闸动态接触电阻；

合闸与分闸之间为SF6断路器的合闸状态，所测量的动态接触电阻为静态接触电阻；

SF6断路器分闸时，弧触头开始向分闸位置返回，行程与电流逐渐减小，电压上升，电阻增大，直到动、静弧触头7完全分离，电阻上升为无穷大，回路中断，电流降为零，电压恢复到电源电压，将行程从最大值开始减小的位置处到断路器完全分闸处视为分闸动态接触电阻。

将图6中分闸接触电阻放大，如图9所示，图9的纵坐标即表示动态接触电阻又表示行程曲线；横坐标为分闸过程中的接触行程。在动态接触电阻小于或等于100微欧的范围内，电压值采用第一电压采集通道测量，在动态接触电阻大于100微欧的范围内，电压值采用第二电压采集通道测量。分段测量可以使动态电阻的测量结果为1微欧-1000微欧，精度为0.1微欧。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：所述检测装置包括：

超级电容电源：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于为所述SF6断路器提供稳定的类电流；

电流采集装置：串联在所述SF6断路器与所述超级电容电源的连接线路上，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电流；

电压采集装置：并联在所述SF6断路器的断口两端，用于采集所述SF6断路器分合闸过程中的回路电压；

数据处理系统：分别连接所述电流采集装置和所述电压采集装置，用于接收和显示回路中的电流和电压，并根据所述电流和电压计算所述SF6断路器分合闸过程中的动态接触电阻。

2.根据权利要求1所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述SF6断路器包括同轴连通并充有SF6气体的灭弧室和支柱瓷套；所述灭弧室的两端同轴设置有法兰盘，顶端法兰盘内侧同轴固定有静触头底座，所述静触头底座上设有与所述灭弧室同轴的静主触头和静弧触头；静主触头与动主触头分闸或合闸，所述动主触头同轴连接中间触头，所述中间触头与低端法兰盘相连；所述静弧触头与动弧触头分闸或合闸，所述动弧触头同轴设于所述中间触头内，并与动触头拉杆的一端相连所述动触头拉杆的另一端贯穿支柱瓷套后，与支柱瓷套外的弹簧操作机构相连；

所述弹簧操作机构控制SF6气体断路器分闸或合闸；所述SF6气体断路器合闸时，静弧触头与动弧触头先合闸，静主触头与动主触头后合闸；所述SF6气体断路器分闸时，静主触头与动主触头先分闸，静弧触头与动弧触头后分闸。

3.根据权利要求2所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述静触头底座通过螺纹连接方式固定在所述灭弧室顶端的法兰内侧面上；所述灭弧室两端的法兰上分别固定有连接板，超级电容电源的两端分别通过电流线与两端法兰上的连接板相连；电压采集装置的两端分别通过电压线与两端法兰上的连接板相连。

4.根据权利要求2所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

检测装置还包括行程传感器，所述行程传感器固定在动触头拉杆与弹簧操作机构连接端上，随着分合闸时动触头拉杆的运动而运动，用于检测动主触头和动弧触头运动的行程。

5.根据权利要求1所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述超级电容电源包括通过调节开关并联的若干个超级电容串，所述调节开关通过调节超级电容串的并联数量来调节所述超级电容电源的放电电压和放电电流。

6.根据权利要求5所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述超级电容电源的放电电流大于1KA，放电电流持续时间大于500ms。

7.根据权利要求1所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述电流采集装置为霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器采集连接所述超级电容电源和所述SF6断路器的电流线上的电流，并将所述电流上传给所述数据处理系统。

8.根据权利要求1所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述电压采集装置包括测量精度不同的第一电压采集通道和第二电压采集通道；所述数据处理系统连接所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道，并根据所述SF6断路器的动态接触电阻控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压。

9.根据权利要求8所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

所述第一电压采集通道的电压采集精度为0.1mV；所述第二电压采集通道的电压采集精度为10mA。

10.根据权利要求9所述的一种SF6断路器动态接触电阻检测装置，其特征在于：

数据处理系统采用如下方式控制所述第一电压采集通道和所述第二电压采集通道切换采集回路电压：

当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻小于或等于100微欧时，其控制所述第一电压采集通道采集回路电压；当所述数据处理系统计算得到所述SF6断路器的动态接触电阻大于100微欧时，其控制所述第二电压采集通道采集回路电压。