CN109166754B

CN109166754B - 一种高压断路器及包含高压断路器的电力测量系统

Info

Publication number: CN109166754B
Application number: CN201811225077.3A
Authority: CN
Inventors: 陈博; 卢铁兵; 张远航; 黎长青; 王东来
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2018-10-20
Filing date: 2018-10-20
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2038-10-20
Also published as: CN109166754A

Abstract

本发明公开了一种高压断路器及包含高压断路器的电力测量系统。所公开的高压断路器包括：单刀双掷式断路器，单刀双掷式断路器包括由第一单刀部、第一固定部、第二固定部、悬空部、第一单刀部的支撑部，其中，第一单刀部的固定端用于连接至高压导线；第一单刀部的动端用于水平连接至第一固定部或竖直连接至第二固定部，第一固定部用于连接至高压电源的输出端，第二固定部用于连接至悬空部，第一固定部设置在高于第二固定部的位置上；悬空部连接至第二固定部；第一单刀部的支撑部用于在第一单刀部的动端依靠重力作用从与第一固定部连接转换至与第二固定部连接的过程中、提供对第一单刀部的支撑作用。所公开的技术方案可以加快断路速度。

Description

一种高压断路器及包含高压断路器的电力测量系统

技术领域

本发明涉及高压输电领域，尤其涉及一种高压断路器及包含高压断路器的电力测量系统。

背景技术

电力断路器是一种十分重要的电力部件，在实际电力系统及用于进行测试的电力系统中都有着十分重要的作用。

例如，以高压直流供电为例，当高压直流线路导线表面场强超过起晕场强后，导线表面附近的空气会发生电离，产生空间电荷。空间电荷在直流电场的作用下定向运动，形成离子流场。空间电荷的存在使得地面电场强度增大。

由于输电走廊有限，高压直流线路不可避免地临近农用大棚。此外，直流输电线路还会经过雾霾多发地区。直流线路电晕放电产生的空间电荷，会在农用大棚和雾霾颗粒等绝缘介质上不断积累和消散，最终达到动态平衡。介质的存在影响了空间电荷的分布规律，从而进一步影响地面电场强度。

因此，研究绝缘介质上空间电荷的消散规律及其对地面电场的影响，不仅有助于揭示事物的物理特性，而且可以为离子流场建模计算提供边界条件的设置依据，从而对优化输电线路、改善线路附近的电磁环境提供技术支撑。

为了研究介质上空间电荷的消散特性，现有技术通常使用缩尺的电晕放电实验平台来进行实验。首先将薄膜或颗粒物置于细导线周围的空间中，然后在导线上施加直流电压，使导线产生电晕放电，从而构建模拟测试环境。当需要在所构建的模拟测试环境空间中观测电荷消散现象时，应当使导线停止电晕放电，使所构建的模拟测试环境空间中不再产生新的空间电荷。使导线停止电晕放电后，就可以通过测量地面电位或电场强度，利用电荷反演的方法计算空间电荷。

现有技术一般通过以下两种方法来使导线停止电晕放电：1)逐渐降低电压源上的电压来使电晕导线接地；2)使用断路器断开高压回路。

然而，在采用上述第一种方法时，将导线电位从工作电压降到0电位需要10秒以上。图1示例性地示出了采用现有技术中逐渐降低电压源上的电压来使电晕导线接地的方法时所实际测量到的介质上携带的电荷的消散特性曲线。如图1所示，前30秒内没有测量数据，这是由于降压的过程恰好是电荷消散较快的阶段，从而导致了空间电荷的消散特性不能被准确测量。与此同时，导线上的这种人为电压变化也可能影响实际空间电荷的消散过程，因此，图1所示的电荷消散特性曲线的数据也不太准确。

在采用上述第二种方法时，虽然测量回路中的电压很高，但是由于电流很小，所以不会出现电弧不能熄灭的问题。另外，传统的高压断路器价格昂贵。因此，没有必要使用传统的高压断路器。然而，如果使用普通的低压断路器，在回路被切断后，电晕导线与高压电源之间的间隙很小。空间消散过程中，如果导线或电源的电压发生变化，会造成间隙的再次击穿。因此，也不能直接使用普通的低压断路器。

因此，需要提出新的高压断路器。

发明内容

根据本发明的高压断路器，包括：

单刀双掷式断路器，单刀双掷式断路器包括由金属软导线构成的第一单刀部、第一固定部、第二固定部、悬空部、第一单刀部的支撑部，

其中，第一单刀部的固定端用于连接至高压导线；第一单刀部的动端用于可选地水平连接至第一固定部或可选地竖直连接至第二固定部，第一固定部用于连接至高压电源的输出端，第二固定部用于连接至悬空部，第一固定部设置在高于第二固定部的位置上；悬空部连接至第二固定部；第一单刀部的支撑部用于在第一单刀部的动端依靠重力作用从与第一固定部连接转换至与第二固定部连接的过程中、提供对第一单刀部的支撑作用，使得第一单刀部的动端能够与第二固定部连接到位。

根据本发明的高压断路器，其第一单刀部的动端由导电的永磁材料制成。

根据本发明的高压断路器，其第二固定部由导电的永磁材料制成，第一单刀部的动端与第二固定部的极性相反。

根据本发明的高压断路器，其支撑部是竖直或水平设置的杆状或柱状支撑机构。

根据本发明的高压断路器，还包括：

单刀双掷式开关，单刀双掷式开关包括第二单刀部、第三固定部、第四固定部，

其中，第二单刀部的固定端用于连接至悬空部，第二单刀部的动端用于可选地接地或可选地连接至高压导线。

根据本发明的包含高压断路器的电力测量系统，包括：

如上文所述的高压断路器；

高压电源，用于提供用于构建模拟测试环境的高压电力；

接收红外控制的继电器，用于控制高压电源的输出端与高压断路器的单刀双掷式断路器的第一固定部之间的连接与断开；

高压导线，用于基于高压电源的输出端与高压断路器的单刀双掷式断路器的第一固定部之间的连接与断开、来构建模拟测试环境；

被放置在模拟测试环境中的电力测量设备，用于测量模拟测试环境中的电场信息。

根据本发明的电力测量系统，还包括：

被放置在模拟测试环境中的待测样品。

根据本发明的电力测量系统，还包括：

屏蔽罩，用于对接收红外控制的继电器进行电磁屏蔽保护。

根据本发明的电力测量系统，其高压导线包括单极线路、双极线路、分裂导线。

根据本发明的电力测量系统，其电力测量设备包括场磨、静电计和离子流板，场磨用于测量模拟测试环境的地面场强，静电计用于在地面场强稳定后测量模拟测试环境各处的空间电位，离子流板用于测量模拟测试环境的离子流密度。

根据本发明的上述技术方案，可以加快断路速度。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与相关的文字描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了采用现有技术中逐渐降低电压源上的电压来使电晕导线接地的方法时所实际测量到的介质上携带的电荷的消散特性曲线。

图2示例性地示出了根据本发明的高压断路器及包含高压断路器的电力测量系统的示意结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图2中左侧的虚线框所示，根据本发明的高压断路器，包括：

单刀双掷式断路器201，单刀双掷式断路器201包括由金属软导线构成的第一单刀部202、第一固定部203、第二固定部204、悬空部205、第一单刀部202的支撑部206，

其中，第一单刀部202的固定端208用于连接至高压导线207(即，电晕导线207)；第一单刀部202的动端209用于可选地水平连接至第一固定部203或可选地竖直连接至第二固定部204，第一固定部203用于连接至高压电源的输出端，第二固定部204用于连接至悬空部205，第一固定部203设置在高于第二固定部204的位置上；第一单刀部202的支撑部206用于在第一单刀部202的动端209依靠重力作用从与第一固定部203连接转换至与第二固定部204连接的过程(即，断路过程)中、提供对第一单刀部202的支撑作用，使得第一单刀部202的动端209能够与第二固定部204连接到位。

即，第一单刀部202采用了光滑导线，以避免断路时产生放电现象。

例如，第一单刀部202的固定端208(即，固定连接处)采用了均压球结构。

例如，悬空部205可以是设置在绝缘子结构上的硬质金属棒。

例如，可以使用设置在绝缘子结构上的环氧支架结构来固定悬空部205。

可选地，第一单刀部202的动端209由导电的永磁材料(即，磁铁)制成。

可选地，第二固定部204由导电的永磁材料(即，磁铁)制成，第一单刀部202的动端209与第二固定部204的极性相反。

可选地，支撑部206是竖直或水平设置的杆状或柱状支撑机构。

可选地，如图2中右侧的虚线框所示，根据本发明的高压断路器，还包括：

单刀双掷式开关210，单刀双掷式开关210包括第二单刀部211、第三固定部、第四固定部，

其中，第二单刀部211的固定端212用于连接至悬空部205，第二单刀部211的动端213用于可选地接地或可选地连接至高压导线207。

例如，可以使用设置在绝缘子结构上的环氧支架结构来同时固定悬空部205和第二单刀部211的固定端212。

如图2所示，包含根据本发明的高压断路器的电力测量系统，包括：

如上文所述的高压断路器；

高压电源214，用于提供用于构建模拟测试环境的高压电力；

接收红外控制的继电器215，用于控制高压电源214的输出端与高压断路器的单刀双掷式断路器201的第一固定部203之间的连接与断开；

高压导线207，用于基于高压电源214的输出端与高压断路器的单刀双掷式断路器201的第一固定部203之间的连接与断开、来构建模拟测试环境；

被放置在模拟测试环境中的电力测量设备(在图2中未示出)，用于测量模拟测试环境中的电场信息。

例如，可以使用设置在绝缘子结构上的环氧杆结构来固定高压导线207。

可选地，包含根据本发明的高压断路器的电力测量系统，还包括：

被放置在模拟测试环境中的待测样品216。

例如，所述待测样品216可以是薄膜、电荷消散系统或装置。

可选地，如图2所示，包含根据本发明的高压断路器的电力测量系统，还包括：

屏蔽罩217，用于对接收红外控制的继电器215(包括其低压控制电源、红外接收器或红外开关)进行电磁屏蔽保护。

例如，可以使用设置在绝缘子结构上的支架结构来固定屏蔽罩217。

可选地，高压导线包括单极线路、双极线路、分裂导线。

即，如图2所示，右侧可以设置为离子流场测量区域(即，上述模拟测试环境)，左侧是电源及控制区域。

同轴开关1(即，上述单刀双掷式断路器201)的作用为：电晕导线和控制电路通过一段软导线连接。软导线一端挂在电晕导线端部，另一端挂在电磁继电器上，并连有一段磁铁(磁铁是导体)。为保证稳定、快速地断开，开关以磁铁作为触点。当电磁继电器断开后，磁铁受重力作用掉落，吸附在另一块磁铁上。

同轴开关2(即，上述单刀双掷式开关210)的作用为：另一块磁铁根据实验需要，与电晕导线(即，电位悬浮)或大地(即，接地)相连。

控制电路由电源、红外接收器、电磁继电器串联，整体置于屏蔽罩内，处于高电位。

诸如介质薄膜的样品的表面电位消散在前期消散速度较快，如图1所示，若通过逐渐降低电压源上的电压来使电晕导线接地，则时间过长，难以测得消散初期消散最快的部分。因此，根据本发明的上述技术方案在进行测量时，能够减少断路时间，对获得准确的测量数据起到了举足轻重的作用。

可选地，电力测量设备包括场磨、静电计和离子流板，场磨用于测量模拟测试环境的地面场强，静电计用于在地面场强稳定后测量模拟测试环境各处的空间电位，离子流板用于测量模拟测试环境的离子流密度。

例如，根据本发明的上述电力测量系统，可进行介质薄膜荷电特性实验，及存在空间颗粒物情况下电磁环境测量实验。在实际实验中，需先确定实验类型。根据大数据分析得到的实际线路电磁环境，调整电晕导线直径、表面状态、电压，使得电晕导线所产生的电场、离子流密度与实际线路电磁环境相匹配。在测量区域通入空间颗粒物，或放入介质薄膜。待颗粒物(介质薄膜)电荷积累饱和后，断开高压开关，电晕导线悬浮或接地，认为空间电荷快速消散。则此时测得的场强及为空间颗粒物或介质薄膜上积累电荷所产生的场强。

测量得到介质薄膜表面电位，可通过表面视在电荷法(即，求解下列方程)进行反演计算，得出样品表面电荷密度分布。

其中，σ_i为第i个网格的电荷密度，为测量得到的第c个网格的电位值，R_ic为第i个网格的中心到第c个网格的中心的距离。S_i为第i个网格单元的面积。R_i为第i个网格单元S_i的等效半径，

根据本发明的上述技术方案，具有以下优点：

1、可以利用强力磁性材料的重力和磁力引导开关运动，加快断路速度，断开后触点接触稳定。例如，能够更准确地测量介质电荷的消散特性曲线。

2、使用改进的单刀双掷开关切断放电回路，产生较大的绝缘间隙。即，回路断开后，电晕导线(即，高压导线)与高压电源之间具有明显的间隙。

3、在回路断开后，电晕导线既可以选择电位悬浮，也可以选择接地。

4、引入了接收红外控制的继电器，能够在低压侧控制高压开关动作。

5、在测量空间电荷消散系统(即，一种待测样品)的性能时，能够更快速、更有效地测量起始时段(例如，前10s)的电荷消散特性。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种高压断路器，包括单刀双掷式断路器，其特征在于，

所述单刀双掷式断路器包括由金属软导线构成的第一单刀部、第一固定部、第二固定部、悬空部、第一单刀部的支撑部，

其中，所述第一单刀部的固定端用于连接至高压导线；所述第一单刀部的动端用于可选地水平连接至所述第一固定部或可选地竖直连接至所述第二固定部，所述第一固定部用于连接至高压电源的输出端，所述第二固定部用于连接至悬空部，所述第一固定部设置在高于所述第二固定部的位置上；所述悬空部连接至所述第二固定部；所述第一单刀部的支撑部用于在所述第一单刀部的动端依靠重力作用从与所述第一固定部连接转换至与所述第二固定部连接的过程中、提供对所述第一单刀部的支撑作用，使得所述第一单刀部的动端能够与所述第二固定部连接到位。

2.如权利要求1所述的高压断路器，其特征在于，所述第一单刀部的动端由导电的永磁材料制成。

3.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，所述第二固定部由导电的永磁材料制成，所述第一单刀部的动端与所述第二固定部的极性相反。

4.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，所述支撑部是竖直或水平设置的杆状或柱状支撑机构。

5.如权利要求1或2所述的高压断路器，其特征在于，还包括：

单刀双掷式开关，所述单刀双掷式开关包括第二单刀部、第三固定部、第四固定部，

其中，所述第二单刀部的固定端用于连接至所述悬空部，所述第二单刀部的动端用于可选地接地或可选地连接至所述高压导线。

6.一种包含高压断路器的电力测量系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的高压断路器；

高压电源，用于提供用于构建模拟测试环境的高压电力；

接收红外控制的继电器，用于控制所述高压电源的输出端与所述高压断路器的单刀双掷式断路器的第一固定部之间的连接与断开；

高压导线，用于基于所述高压电源的输出端与所述高压断路器的单刀双掷式断路器的第一固定部之间的连接与断开、来构建模拟测试环境；

被放置在所述模拟测试环境中的电力测量设备，用于测量所述模拟测试环境中的电场信息。

7.如权利要求6所述的电力测量系统，其特征在于，还包括：

被放置在所述模拟测试环境中的待测样品。

8.如权利要求6或7所述的电力测量系统，其特征在于，还包括：

屏蔽罩，用于对所述接收红外控制的继电器进行电磁屏蔽保护。

9.如权利要求6或7所述的电力测量系统，其特征在于，所述高压导线包括单极线路、双极线路、分裂导线。

10.如权利要求6或7所述的电力测量系统，其特征在于，所述电力测量设备包括场磨、静电计和离子流板，所述场磨用于测量所述模拟测试环境的地面场强，所述静电计用于在地面场强稳定后测量所述模拟测试环境各处的空间电位，所述离子流板用于测量所述模拟测试环境的离子流密度。