CN108181510A - 一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法 - Google Patents

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徐克成
孙宝法
李秀磊
孙博宇
郝杰
徐宁
徐宁一
王�琦
胡伟曦
杨平
陆晓波
薛尔益
徐湉湉
田小川
亓信平
韩毅
黄云兵
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current

Abstract

本发明涉及电力测试技术领域，特别是一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法,通过两次实验，第一次直流脉冲方波电源在电路输入端加一个直流电压，第二次调节直流脉冲方波电源的输出电压，分别测得航空插排对应的两端子间电压和标准电阻两端电压，记录示波器上的试验数据与试验波形，从而计算出开关柜分合闸线圈电阻。采用上述方法后，本发明首先分析开关柜内真空断路器分合闸动作原理，然后根据待测电阻等相关变量列写相应方程组，并进行一定等式变换，最后通过航空插排测量数据等，提出一种分合闸线圈直阻间接准确计算的方法；并且该方法能排除二极管导通压降对所测得阻值准确性的影响。

Description

一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法
技术领域
本发明涉及电力测试技术领域，特别是一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法。
背景技术
随着电力系统容量的不断增长，高压断路器的数量已经非常庞大，其对确保电力系统的安全运行具有重要意义。高压真空断路器是开关柜内最常见的断路器之一，分合闸线圈又叫分合闸电磁铁，是断路器操控回路中的控制元件，其电阻值的大小与断路器的可靠动作密切相关。当分合闸线圈电阻过大，在分、合闸回路通电时，流过线圈电流过小，使线圈吸合力不足；而当分、合闸线圈电阻过小时，由于回路中线路等其他部件分压造成的电压衰减，会使线圈两端电压达不到线圈动作电压阈值。在开关柜交接试验中，分合闸线圈直阻是重要的电气参数，必须对其准确测量，以确定其值是否达到相关标准。
目前，对于10kV开关柜内真空断路器分合闸线圈直阻的测量，只能通过拆卸盖板的方法，拆解出分、合闸线圈端子，然后直接测量，费时费力；而对于35kV开关柜，即使拆卸面板也很难准确找到对应分、合闸线圈出线端子，使得测量无法进行，从而导致交接试验无法完成。现阶段仍没有一套可行的方案，可通过开关柜外部引出的航空端子插排间接测量分、合闸线圈直流电阻，因此，急需一种利用开关柜外部航空端子插排来测量分合闸线圈直流电阻的方法。本发明首先分析开关柜内真空断路器分合闸动作原理，然后根据待测电阻等相关变量列写相应方程组，并进行一定等式变换，最后通过航空插排测量数据等，提出一种分合闸线圈直阻间接准确计算的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是一种能精确测算包含整流桥的开关柜分合闸线圈电阻的间接测量方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，包括以下步骤，
第一次实验：通过直流脉冲方波电源在电路输入端加直流电压UZ1，测得航空插排对应的两端子间的电压为U1，测得标准电阻R0两端电压为UR1，记录示波器上的试验数据与试验波形；
第二次实验：调节直流脉冲方波电源的输出电压为UZ2，测得航空插排对应的两端子间的电压为U2，测得标准电阻R0两端电压为UR2；
回路电流计算：通过得到的标准电阻R0和其两端电压UR1、UR2，根据式(1)分别得到两次实验的回路电流I1和I2，式(1)如下：
分合闸线圈阻值计算：根据得到的回路电流I1和I2，航空插排两端子间的电压U1和U2，根据式(2)得到分闸或合闸线圈直流电阻值RL和二极管导通压降UD，式(2)如下：
进一步的，在测量开关柜真空断路器分闸线圈直流电阻时，需要保证断路器状态为合闸位置。
进一步的，在测量开关柜真空断路器合闸线圈直流电阻时，需要保证断路器状态为分闸位置、储能状态且合闸未闭锁。
进一步的，在测试分闸线圈直流电阻时，在航空插排端子上加正向电压；在测试合闸线圈直流电阻时，在航空插排端子上加反向电压。
进一步的，所述步骤第一次实验和第二次实验中采用两台示波器，一台连接在标准电阻两端，另一台连接在航空插排的连接端子两端。
更进一步的，所述示波器在使用中需要调到波形记录功能界面。
进一步的，所述步骤第一次实验和第二次实验中直流脉冲方波电源的输出电压幅值调节范围在0-40V，持续时间为300ms。
采用上述方法后，本发明首先分析开关柜内真空断路器分合闸动作原理，然后根据待测电阻等相关变量列写相应方程组，并进行一定等式变换，最后通过航空插排测量数据等，提出一种分合闸线圈直阻间接准确计算的方法；并且该方法能排除二极管导通压降对所测得阻值准确性的影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为真空断路器分合闸线圈动作原理图。
图2a为正向电压输入的分闸线圈电流回路图。
图2b为负向电压输入的合闸线圈电流回路图。
图3为分、合闸线圈简化电流回路图。
图4为本发明实验方法电路接线图。
图5a为本发明分闸线圈直流电阻测试第二次实验航空插排端子电压示波器示意图。
图5b为本发明分闸线圈直流电阻测试第二次实验标准电阻两端电压示波器示意图。
图5c为本发明分闸线圈直流电阻测试第一次实验航空插排端子电压示波器示意图。
图5d为本发明分闸线圈直流电阻测试第一次实验标准电阻两端电压示波器示意图。
图6a为本发明合闸线圈直流电阻测试第一次实验航空插排端子电压示波器示意图。
图6b为本发明合闸线圈直流电阻测试第一次实验标准电阻两端电压示波器示意图。
图6c为本发明合闸线圈直流电阻测试第二次实验航空插排端子电压示波器示意图。
图6d为本发明合闸线圈直流电阻测试第二次实验标准电阻两端电压示波器示意图。
具体实施方式
一般开关柜内真空断路器的分、合闸回路都包含整流桥，而仅有的可测量端子是整流桥的两个交流输入端，传统的电压电流直接测量方法并不能完全适用，本发明在分析分、合闸动作原理的基础上提出的解决方案。
如图1所示，对于分闸回路，其工作时，分合闸位置辅助开关为闭合状态；对于合闸回路，其工作时，合闸闭锁限位开关与分合闸位置辅助开关均为闭合状态；由于线圈处于导通状态时，直流回路中所有开关均处于闭合状态，将所有开关省略，得到简化后的真空断路器分、合闸动作原理过程。合闸过程与分闸过程相似，均是从插排端子输入交流电压，通过整流回路完成交直流转换，输出的直流电流达到线圈动作值，完成分、合闸操作。由于导通时线圈通过电流较大，为了防止线圈烧毁，会加入时间继电器，导通时间达到设定值(大约在250ms左右)时，回路断开，线圈失电。整流部分本质上是一个单相桥式全波整流电路。
如图2a、图2b所示，将分、合闸线圈电阻等效为电阻RL，利用二极管的单向导电性，当输入的交流电压为正时，两二极管D1、D3导通，电流从D1流入，经过RL，从D3流出；当输入的交流电压为负时，两二极管D2、D4导通，电流从D2流入，经过RL，从D4流出。如图3所示，若在整流桥输入端加一个恒定正向电压U，可得两个二极管和电阻RL串联的简化电路。
具体检测方法如下：
以某地某变电站10kV开关柜为例，采用本发明方法间接测量其内真空断路器分、合闸线圈直阻。首先通过开关柜外部航空插头设计相应电路接线，并根据开关柜分、合闸回路内整流桥二极管的导通特性，施加适当电压让其导通，以形成通路；然后通过示波装置进行录波，记录电路导通时的暂态过程；其次分析电路导通暂态过程，得出U1、U2、I1、I2的数据；最后通过公式(2)计算得到分、合闸线圈直阻值。
本实验所需设备主要有：示波器、标准电阻、直流电源等。
对于示波器：因开关柜所测回路中有250ms时间继电器的存在，当回路导通超过250ms后会自动断开电路，电路导通过程为毫秒级暂态过程，所用录波仪器需具有足够精度，以记录该过程。本实验选用FLUKE公司的产品Test Tool Series II。对于标准电阻和直流脉冲电源：所测分合闸线圈电阻数值大到只有几十欧，标准要求误差为正负2％，而标准电阻值和直流电源输出电压值为计算线圈电阻的重要参数，因此在实验过程中要保证它们的稳定性。本实验选用1.5Ω标准电阻和脉冲方波直流电压发生器(常用的开关测速仪具备此直流电压发生模块)。
如图3和图4所示，简化电路中，二极管电压降、电阻RL均为待求未知量，为得到这两个值，解决方法如下：
理想情况下两个二极管完全相同，导通压降均为UD，首先在电路输入端加正向直流电压U1,得到回路电流为I1，然后改变正向直流输入电压为U2，得到回路电流为I2，可得等式：
将式(3)变形得到式(2)，即可得到二极管电压降UD和电阻RL。
按照此方法通过计算可间接得出的分、合闸线圈直流电阻值，并且该方法能排除二极管导通压降对所测得阻值准确性的影响。
根据实验设计思路，将选择合适的实验设备串并联接线，进行实验。如图5a-图5d，图6a-图6d所示，根据示波器记录相应数据。分、合闸实验中航空插头电压和外加电阻电压分别如表1、2所示。
表1分闸线圈试验数据
表2合闸线圈试验数据
由上述测试的数据，利用式(2)计算可得，分、合闸线圈直阻的计算值分别为33.5Ω和33.5Ω，而实际值分别为33.2Ω和33.0Ω，误差程度为0.9％、1.5％。通过以上两次对分、合闸线圈直流电阻的试验可知，本方法测得的阻值与实际阻值基本吻合且误差在允许范围内，实验证明本方法准确有效。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于，包括以下步骤，
第一次实验：通过直流脉冲方波电源在电路输入端加直流电压UZ1，测得航空插排对应的两端子间的电压为U1，测得标准电阻R0两端电压为UR1，记录示波器上的试验数据与试验波形；
第二次实验：调节直流脉冲方波电源的输出电压为UZ2，测得航空插排对应的两端子间的电压为U2，测得标准电阻R0两端电压为UR2；
回路电流计算：通过得到的标准电阻R0和其两端电压UR1、UR2，根据式(1)分别得到两次实验的回路电流I1和I2，式(1)如下：
分合闸线圈阻值计算：根据得到的回路电流I1和I2，航空插排两端子间的电压U1和U2，根据式(2)得到分闸或合闸线圈直流电阻值RL和二极管导通压降UD，式(2)如下：
2.按照权利要求1所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：在测量开关柜真空断路器分闸线圈直流电阻时，需要保证断路器状态为合闸位置。
3.按照权利要求1所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：在测量开关柜真空断路器合闸线圈直流电阻时，需要保证断路器状态为分闸位置、储能状态且合闸未闭锁。
4.按照权利要求1所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：在测试分闸线圈直流电阻时，在航空插排端子上加正向电压；在测试合闸线圈直流电阻时，在航空插排端子上加反向电压。
5.按照权利要求1所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：所述步骤第一次实验和第二次实验中采用两台示波器，一台连接在标准电阻两端，另一台连接在航空插排的连接端子两端。
6.按照权利要求5所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：所述示波器在使用中需要调到波形记录功能界面。
7.按照权利要求1所述的一种开关柜分合闸线圈电阻间接测量方法，其特征在于：所述步骤第一次实验和第二次实验中直流脉冲方波电源的输出电压幅值调节范围在0-40V，持续时间为300ms。
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