CN108414928B - 一种断路器线圈分合闸时间检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种断路器线圈分合闸时间检测方法及装置，该装置用于实现此方法，该装置通过电源、开关K1、开关K2、电阻r、电阻R1、红外光敏二极管以及示波器共同组成了断路器线圈分合闸线圈检测电路拓扑，通过在红外光敏二极管下方放置一个透镜和红外线发射器，红外光线通过透镜可发散照射到红外光敏二极管上，示波器接在干路电阻r两端显示Ur的电压波形。本发明适用于所有继电器线圈分合闸时间检测，结构简单，测试操作方便，节省工时，提高效率。

Description

一种断路器线圈分合闸时间检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电网调度通信领域，特别涉及一种断路器线圈分合闸时间检测方法及装置。

背景技术

断路器是电力系统最重要的设备，主要作用是在正常或故障时，自动地控制各种电力线路和设备的开断和关合，以保证系统的正常运行。作为断路器机构的主要元件，分合闸线圈长期以来未得到足够重视，没有国家标准及全面的检测要求，各厂家产品质量参差不齐，而分合闸线圈能否正确动作是断路器进行开断的关键因素。未来伴随电网设备越来越多，断路器总量不断增长，尤其在沿海地区，高盐高湿高热环境不利于设备的运行。一旦线圈出现问题，会影响故障切除，扩大事故，影响供电可靠性，电网内也多次发生因分合闸线圈异常导致的事故扩大。因此分合闸线圈的测试装置的需求将越来越迫切因此亟需开发一种针对断路器分合闸线圈的测试装置，保证产品的质量能够满足线圈测试要求，及时发现潜在隐患，提升断路器运行的可靠性。目前对于断路器线圈的基本测试中，包含温升试验、机械寿命试验。温升试验为通电1s，断电99s，连续动作8个小时直至温度稳定(一般外壳表面会达到50多℃)，试验结束拿出来检测线圈的出力、动作时间等参数是否有异常。机械寿命试验在1％通电比下连续动作5万次，监测外壳表面温度是否不超过80℃，以及其他的力、动作时间等参数是否有异常。在以上两个试验中，可以发现断路器线圈的测试试验中，动作时间是一项重要的检测指标。但目前对于断路器线圈动作时间的测试没有国家标准及全面的检测要求，各线圈生产厂家对于线圈动作时间的测试一般采用搭建简易平台的方式，缺乏统一的规范标准。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种断路器线圈分合闸时间检测的方法，旨在克服以上问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种断路器线圈分合闸时间检测装置，包括电源、开关K₁、开关K₂、电阻r、示波器、电阻R₁、电阻R₂、红外光敏二极管、红外激光发射器及连接以上元件的检测电路，电源的正极连接开关K₁输入端，开关K₂、待测断路器和电阻R₁串联成第一支路，红外光敏二极管与电阻R₂串联成第二支路，第一支路与第二支路并联连接的输入端连接开关K₁输出端，第一支路与第二支路并联连接的输出端连接电阻r，示波器连接电阻r的输入端及输出端，在断路器和红外光敏二极管之间设有红外发射器，红外发射器红外发射口朝向红外光敏二极管，待测断路器的动铁芯的弹出位置摭挡红外发射器红外发射口，电阻R₁、电阻R₂、电阻r的阻值均为R，红外光敏二极管的阻值为R_D，且R>>R_D。

优选地，在所述红外发射器红外发射口与红外光敏二极管之间还设有透镜，透镜将红外发射器红外发射口发出的发散红外线聚焦于红外光敏二极管。

优选地，所述示波器采用UNI－T UTD2052CL型号双通道100M带宽7寸彩屏数字示波器。

优选地，所述电源通过220v工频交流电经过ZHEQI S-350-110型号整流器转变成的110v直流电源。

本发明还公开了一种断路器线圈分合闸时间检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

当如上所述开关K1和开关K2开断，且红外发射器发射的红外光线照射到红外光敏二极管时，红外光敏二极管处于导通状态，电阻r的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U1视为当前电阻r的Ur，

当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯开始弹出，但未到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管导通状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U2视为当前电阻r的Ur，

当当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯弹出到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管截断状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U3视为当前电阻r的Ur，由此可知，通过示波器Ur由U2变U3的时间差t1即继电器动铁芯的动作时间，示波器Ur由U3变U1的时间差t2即继电器的开断过程，示波器Ur＝0的持续时间为继电器的分闸时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、具体阐明了断路器线圈分合闸时间的检测方法，适用于所有断路器线圈动作时间的检测；

2、拓扑结构简易高效，结合示波器将断路器线圈动作时间测试方法简化；

3、采用示波器监测干路电阻r上的电压，整个过程可以准确的显示出电阻r两端电压的变化曲线和时间；

4、接线方式简单，测试操作简单，节省工时效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的开关K1和开关K2开断，且红外发射器发射的红外光线照射到红外光敏二极管时，红外光敏二极管处于导通状态的电路图；

图2为当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯开始弹出，但未到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管导通状态的电路图；

图3为本发明当闭合K2，待测断路器通电，其动铁芯弹出到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管截断状态的电路图，

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-3所示，本发明提出的一种断路器线圈分合闸时间检测装置，包括电源、开关K₁、开关K₂、电阻r、示波器、电阻R₁、电阻R₂、红外光敏二极管、红外激光发射器及连接以上元件的检测电路，电源的正极连接开关K₁输入端，开关K₂、待测断路器和电阻R₁串联成第一支路，红外光敏二极管与电阻R₂串联成第二支路，第一支路与第二支路并联连接的输入端连接开关K₁输出端，第一支路与第二支路并联连接的输出端连接电阻r，示波器连接电阻r的输入端及输出端，在断路器和红外光敏二极管之间设有红外发射器，红外发射器红外发射口朝向红外光敏二极管，待测断路器的动铁芯的弹出位置摭挡红外发射器红外发射口，电阻R₁、电阻R₂、电阻r的阻值均为R，红外光敏二极管的阻值为R_D，且R>>R_D。

在本发明的实施例中，本发明通过以上元件组成继电器线圈分合闸时间检测的拓扑电路，用于实现继电器线圈分合闸时间检测方法。电源采用110V直流电，红外光敏二极管在受到红外光线照射时，二极管导通，当没有红外光线照射时，二极管截断。电阻r、R1、R2阻值均为固定值R，R2的阻值远远大于二极管的导通电阻R_D，，即为：R>>R_D，当线圈通直流电时，铁芯的动作不会造成线圈的阻抗值呈非线性变化，而直流线圈的阻抗值等于空心电感的电阻阻值。本发明适用于所有断路器线圈动作时间的检测，结构简单，测试操作方便，节省工时提高效率。

优选地，在所述红外发射器红外发射口与红外光敏二极管之间还设有透镜，透镜将红外发射器红外发射口发出的发散红外线聚焦于红外光敏二极管。

优选地，所述示波器采用UNI－T UTD2052CL型号双通道100M带宽7寸彩屏数字示波器。

优选地，所述电源通过220v工频交流电经过ZHEQI S-350-110型号整流器转变成的110v直流电源。

本发明还公开了一种断路器线圈分合闸时间检测的方法，包括如下步骤：

当上所述开关K1和开关K2开断，且红外发射器发射的红外光线照射到红外光敏二极管时，红外光敏二极管处于导通状态，电阻r的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U1视为当前电阻r的Ur，

当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯开始弹出，但未到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管导通状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U2视为当前电阻r的Ur，

当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯弹出到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管截断状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>RD，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U3视为当前电阻r的Ur，由此可知，通过示波器Ur由U2变U3的时间差t1即继电器动铁芯的动作时间，示波器Ur由U3变U1的时间差t2即继电器的开断过程，示波器Ur＝0的持续时间为继电器的分闸时间。

在本发明实施例中，当开始检测时，将继电器线圈从外壳内引出的两根抽头分别与开关K2与电阻R2相连，构成断路器线圈支路。打开红外激光发射器，将红外光线通过透镜散射到红外光敏二极管上，使得红外光敏二极管处于导通状态。打开总开关K1，此时由于开关K2处于开断状态，继电器线圈所在支路未通电，其动铁芯不会动作。红外激光发射器通过透镜将红外线照射至二极管上，红外光敏二极管处于导通状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R₁＞＞R_D，因此忽略二极管的导通电阻，记此时电阻r上电压为U1。

随后闭合K2后，线圈通电，动铁芯受到到磁力作用而弹出。在动铁芯的支杆尚未遮挡住红外光线时，二极管支路仍然处于导通状态。此时电阻r上的电压为(忽略二极管导通电阻)：

记此时电阻r上电压为U2。

当动铁芯完全弹出挡住红外光线时，二极管由于失去红外光线的触发从而由导通状态转变成截止状态，此时干路电阻r上的电压为：

记此时电阻r上电压为U3。

由此可知，二极管支路的通断会造成电阻r上电压的变化，从而在示波器上产生一个波形的变化。因此可以通过Ur的波形变化来判断二极管支路的通断情况，反映出动铁芯的动作与位置。开关K2闭合的时刻，电阻r上的电压会由U1变为U2。线圈通电产生一个电磁力推动铁芯从初始位置开始向外动作，在未完全弹出到达行程终点前，电阻r上电压保持U2不变(由于是直流线圈，故铁芯位置的改变不会造成线圈阻抗的变化从而对Ur上电压造成影响)。经过一个时间差t1，动铁芯完全弹出挡住红外激光发射器，光敏二极管由于失去红外线的触发，由导通状态变为截止状态(红外光敏动作时间为纳秒级)，此时Ur由U2变为U3，整个过程会在示波器上显示出一个波形的变化。在闭合K2后，电阻r上电压从U1变化至U3的过程中，过渡电压U2所持续的时间即为线圈的动作时间t1，t1即为线圈的合闸时间。

当打开开关K2后，R1支路开断。由于线圈断电瞬间动铁芯仍处于弹出状态，红外光线被动铁芯遮挡，光敏二极管仍然处截止状态，因此此时电阻r上电压Ur为0。随后由于动铁芯由于弹簧作用复位，红外光敏二极管重新受到触发变为导通状态，此时电阻r上电压为U1，Ur从U3变为0再变为U1的过程，即为线圈的开断过程。其中，Ur等于0的持续时间即为线圈的分闸时间。

因此，在闭合K1之后，闭合K2即可检测出线圈的合闸时间，随后断开K2可以检测出线圈的分闸时间。在示波器上通过观察Ur的波形变化，将毫秒级别的断路器线圈分合闸时间检测转变为干路电阻r两端电压变化的时间检测。通过开关K2的闭合与开断，控制断路器线圈的通电与否，从而分别检测出断路器线圈合闸与分闸的动作时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种断路器线圈分合闸时间检测的方法，其特征在于，所述方法基于断路器线圈分合闸时间检测装置实现，所述检测装置包括电源、开关K₁、开关K₂、电阻r、示波器、电阻R₁、电阻R₂、红外光敏二极管、红外激光发射器及连接以上元件的检测电路，电源的正极连接开关K₁输入端，开关K₂、待测断路器和电阻R₁依次串联成第一支路，红外光敏二极管与电阻R₂串联成第二支路，第一支路与第二支路并联连接的输入端连接开关K₁输出端，第一支路与第二支路并联连接的输出端连接电阻r，示波器连接电阻r的输入端及输出端，在断路器和红外光敏二极管之间设有红外发射器，红外发射器红外发射口朝向红外光敏二极管，待测断路器的动铁芯的弹出位置摭挡红外发射器红外发射口，电阻R₁、电阻R₂、电阻r的阻值均为R，红外光敏二极管的阻值为R_D，且R>>R_D，所述方法包括如下步骤：

当开关K₁和开关K₂开断，且红外发射器发射的红外光线照射到红外光敏二极管时，红外光敏二极管处于导通状态，电阻r的电压Ur为：

由于R>>R_D，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U1视为当前电阻r的Ur，E表示电源电压；

当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯开始弹出，但未到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管导通状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>R_D，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U2视为当前电阻r的Ur；

当K1开断，K2闭合，待测断路器通电，其动铁芯弹出到遮挡红外发射器红外发射口的弹出位置时，红外光敏二极管截断状态，电阻r上的电压Ur为：

由于R>>R_D，忽略红外光敏二极管的导通电阻，将示波器上显示的U3视为当前电阻r的Ur，由此可知，通过示波器Ur由U2变U3的时间差t1即断路器线圈的动作时间，也即断路器线圈的合闸时间，示波器Ur由U3变U1的时间差t2即断路器线圈的开断过程，示波器Ur=0的持续时间为断路器线圈的分闸时间。

2.如权利要求1所述的断路器线圈分合闸时间检测的方法，其特征在于，在所述红外发射器红外发射口与红外光敏二极管之间还设有透镜，透镜将红外发射器红外发射口发出的发散红外线聚焦于红外光敏二极管。

3.如权利要求1所述的断路器线圈分合闸时间检测的方法，其特征在于，所述示波器采用UNI－T UTD2052CL型号双通道100M带宽7寸彩屏数字示波器。

4.如权利要求1所述的断路器线圈分合闸时间检测的方法，其特征在于，所述电源通过220V工频交流电经过ZHEQI S-350-110型号整流器转变成的110V直流电源。

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