CN110346711A - 一种隔离开关动态放电过程模拟装置及其试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离开关动态放电过程模拟装置及其试验装置和方法，包括：动球隙臂、调节球隙臂和电气箱；动球隙臂和调节球隙臂均包括：连接座、导轨座、导轨、滑块、卡座、连接杆以及放电球；动球隙臂还包括气缸，动球隙臂的连接杆与气缸轴相连接；调节球隙臂还包括：锁死机构；锁死机构用于将调节球隙臂的滑块固定在调节球隙臂的导轨上；电气箱内设置有气动控制回路。本发明的模拟装置，能够模拟实际隔离开关的分、合放电过程，与隔离开关的实际工作情况差别较小。

Description

一种隔离开关动态放电过程模拟装置及其试验装置和方法

技术领域

本发明属于电力系统中的电磁兼容技术领域，特别涉及一种隔离开关动态放电过程模拟装置及其试验装置和方法。

背景技术

随着电力工业的发展，输变电电压等级不断提高，基于微电子检测技术和计算机控制技术的弱电设备被越来越广泛地应用于变电站，电磁兼容已成为一个对社会安全稳定、生存环境的质量保障等具有重要意义的社会、经济问题。

从2009年始美国、欧盟与日本等国相继出台了自己的智能电网发展规划。我国国家电网公司也于2009年公布了我国智能电网的发展规划，目标是建设以特高压电网为骨干网架，其它各等级电网协调稳定发展的坚强电网，它能够实现资源和能源在较大范围内的优化配置，能保障安全可靠的电力供应，并且要在坚强电网的基础上实现电网的信息化、自动化和互动化，这就是我国提出的“坚强智能电网”中“智能”的含义。智能电网“三化”特征的基础就是电子技术，这就要求在电力系统中起检测作用的电子式互感器必须能够适应智能电网的需求。

在电力系统运行时开关要经常操作，如隔离开关切合高压空载母线、断路器切合高压母线、断路器切合高压线路、断路器投切电容器组以及空载变压器和电抗器的投切操作等。隔离开关、断路器等作为电力系统中最为重要的开关设备，对电力线路和电力设备起着控制、调节和保护的重要作用，它的身影遍布电力系统的各个角落。开关操作时，在高压母线上会产生复杂的瞬态电压和电流，并且在母线周围空间产生瞬态电磁场。这些瞬态电磁过程不仅幅值较高，而且包含的频率分量从几十kHZ到上百MHZ，这就会对变电站内工作的电子式互感器产生电磁骚扰，从而影响电子式互感器的正常工作，进而造成电网保护误动，严重影响电网的安全运行。

变电站中会产生电磁骚扰导致电子式互感器发出错误信号，进而会引发保护误动作事故，严重时甚至造成设备无法投运的事故；其中以隔离开关最为典型，随着电压等级的不断升高以及电网容量的不断增大，隔离开关操作产生的骚扰越来越强。开关设备的开关分、合动作速度与因其操作产生的瞬态电压、电流和磁场幅值和频率之间的影响及特性测试研究势在必行。

目前，进行上述相关研究采用的模拟骚扰源均是采用球隙器的固定球隙击穿放电来代替和模拟隔离开关的触头在动态分、合过程中的击穿放电引起的暂态电磁骚扰，与隔离开关的实际工作情况差别较大。

综上，亟需一种新型的模拟隔离开关动态放电过程的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔离开关动态放电过程模拟装置及其试验装置和方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的模拟装置，与隔离开关的实际工作情况差别较小。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种隔离开关动态放电过程模拟装置，包括：动球隙臂、调节球隙臂和电气箱；动球隙臂和调节球隙臂分别通过绝缘支柱安装在电气箱上；动球隙臂和调节球隙臂均包括：连接座、导轨座、导轨、滑块、卡座、连接杆以及放电球；连接座安装在绝缘支柱上，导轨座安装在连接座上，导轨固定设置在导轨座上；导轨上可滑动的设置有滑块，滑块上固定设置有卡座，连接杆安装于卡座上；连接杆的自由端安装有放电球；动球隙臂还包括气缸；气缸固定设置在动球隙臂的导轨座上；动球隙臂的连接杆未安装放电球的一端与气缸的气缸轴相连接；调节球隙臂还包括：锁死机构；锁死机构用于将调节球隙臂的滑块固定在调节球隙臂的导轨上；电气箱内设置有气动控制回路，气源通过气动控制回路与气缸相连通，驱动气缸能够使动球隙臂的连接杆和滑块沿着动球隙臂的导轨运动。

进一步地，还包括：光传感器和黑白条标尺；光传感器安装于动球隙臂的导轨座上，黑白条标尺设置于动球隙臂的连接杆上；光传感器的采集端位置与黑白条标尺的位置相适应，光传感器通过黑白条标尺能够采集动球隙臂的放电球的运动速度和位置信息；光传感器的输入端用于接入照射光信号，光传感器的输出端用于输出采集的反射光信号。

进一步地，所述气动控制回路包括：气源、第一储气罐P1、自排水过滤器L1、第二储气罐P3、空气干燥器L2、精密减压阀L3、两位五通电磁阀V1、单向减压阀L4；气源的出气口与第一储气罐P1的进气口相连通，第一储气罐P1的出气口通过第一输气管路与第二储气罐P3的进气口相连通，第二储气罐P3的出气口安装有第二输气管路，第二输气管路的出气口安装在两位五通电磁阀V1上；两位五通电磁阀V1的气源侧安装有第一消声器和第二消声器，两位五通电磁阀的气缸侧安装有第三输气管道和第四输气管道，通过第四输气管道与气缸的无杆腔相连通，通过第三输气管道与气缸的有杆腔相连通；其中，第一输气管道上设置有机械式压力开关、自排水过滤器L1和压力表；第二输气管道上设置有机械式压力开关、空气干燥器L2、精密减压阀L3和压力表；第三输气管道上设置有单向减压阀L4和排气节流速度控制阀F1；第三输气管道上设置有排气节流速度控制阀F2。

进一步地，动球隙臂和调节球隙臂分别还包括外罩；动球隙臂的连接座、导轨座、导轨、滑块、卡座、气缸以及部分连接杆全部设置于动球隙臂的外罩内；调节球隙臂的连接座、导轨座、导轨、滑块、卡座、滚珠丝杠、传动杆、轴承以及部分连接杆全部设置于调节球隙臂的外罩内。

进一步地，调节球隙臂还包括：滚珠丝杠和传动杆；调节球隙臂的连接杆未安装放电球的一端与滚珠丝杠的一端相连接，滚珠丝杠的另一端安装有传动杆；滚珠丝杠和传动杆均可转动的设置于安装在导轨座上的轴承内；转动传动杆能够使调节球隙臂的滑块和连接杆沿调节球隙臂的导轨移动。

进一步地，绝缘支柱为中空管状结构；放电球为中空球体。

进一步地，动球隙臂的放电球的移动速度在50mm/s至1000mm/s之间可调。

一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，采用本发明上述的任一种隔离开关动态放电过程模拟装置。

进一步地，包括：控制台、调压器、屏蔽网、水阻器、高压试验变压器、被试物、高压电容、测量探头、数据采集设备、计算机以及本发明上述的隔离开关动态放电过程模拟装置；

控制台和调压器设置于屏蔽网外；水阻器、高压试验变压器、隔离开关动态放电过程模拟装置、高压电容、测量探头和数据采集设备设置于屏蔽网内；控制台用于发出操作指令，控制调压器的升、降压操作以及隔离开关动态放电过程模拟装置的分、合操作；控制台通过控制调压器内的电机启、停和转速，控制调压器的输出电压幅值和升压速率，输出电压在0-250V范围连续可调；调压器输出端连接高压试验变压器的输入端；通过调控输入高压试验变压器的输入电压幅值控制高压试验变压器的高压输出幅值；高压试验变压器的高压输出通过水阻器连接到隔离开关动态放电过程模拟装置的动球隙臂；调节球隙臂通过导线连接高压电容；测量探头放置在球隙附近，并通过同轴电缆连接在数据采集设备的信号输入端；数据采集设备的信号输出端通过通信光缆与计算机的输入端相连接。

一种模拟隔离开关动态放电过程的试验方法，基于本发明的模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，包括以下步骤：

S1，设置动球隙臂和调节调节球隙臂的相对位置，使两放电球能够接触；将调节球隙臂锁定；

S2，设定动球隙臂的放电球的运动速度为一预设试验速度；

S3，通过控制台升压至试验电压，操作隔离开关动态放电过程模拟装置进行分、合操作实验；试验中，隔离开关动态放电过程模拟装置的测速光传感器传回的信号接入光电转换器，转变为TTL电信号，通过BNC输出至数据采集装置；其中，数据采集装置包括示波器；

S4，改变动球隙臂的放电球的运动速度为另一预设试验速度，并重复步骤S3；直至遍历动球隙臂放电球的所有预设试验速度，跳转至步骤S5；

S5，对采集的数据进行分析，获得模拟的隔离开关在不同的分、合操作速度下VFTO的影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的模拟装置，能够模拟实际隔离开关的分、合放电过程，与隔离开关的实际工作情况差别较小。具体的，目前模拟装置的缺陷主要有：一、实际隔离开关的触头具有一定的运动速度，而现有球隙距离固定，速度为零；二、实际隔离开关的触头间距离不断变化，由于电压的幅值按照50HZ的频率变化，在合闸过程中两触头之间距离从接近到结合，电弧从击穿、燃弧到息弧，分闸过程则相反，这个过程之间的相互影响，以及由此产生的暂态电磁过程和特点、VFTO冲击与固定球隙模拟骚扰源差别较大。本发明具体采用了可以运动的动球隙臂和调节球隙臂结构，使得其合、分的放电过程与真型隔离开关的分、合放电过程相同；而且本发明采用压缩空气作为驱动，具有反应速度快、调速范围宽的优点，相比于现有的装置能够更准确地模拟实际工况。

进一步地，本发明中通过光传感器可测量动球隙臂的放电球的实时移动速度和相对位置；由于动球隙的分、合运动是从静止状态到加速运动再到静止的一个速度不断变化的过程，而我们的目的是研究隔离开关分、合速度对VFTO和暂态电磁场的影响，因此速度的测量误差对测试结果分析将带来严重影响。本发明实时速度测量对减小测量误差，提高试验准确性和效果的好处是显而易见的。

进一步地，本发明中速度可以通过L4单向减压阀和L3精密减压阀调节工作气压，排气端通过F1、F2排气节流速度控制阀控制排气流速来调节；速度包含隔离开关的分、合速度。第一输气管道中，机械式压力开关用于确保第一储气罐的压力在安区范围内；自排水过滤器用于过滤压缩空气中的颗粒等异物以免对各控制阀芯等造成损害。其和气路后面干燥空气的空气干燥器配合使用，确保压缩空气的绝缘强度，压力表显示第一储气罐P1的罐内压力；第二输气管道中，机械式压力开关S1用于确保第二储气罐P3的安全压力，减压阀L3用于初步调节工作气压，压力表S2用于显示工作压力。综上，机械式压力开关在储气罐因气温等原因压力过高时自动打开排气泄压，起到安全保护的作用，自排水过滤器过滤压缩空气，提高压缩空气的洁净度并初步干燥空气，空气干燥器进一步干燥压缩空气，保证压缩空气的绝缘强度。精密减压阀调节系统工作压力，配合单向减压阀和排气节流速度控制阀组成的双压回路，可以增大气缸的调速范围，即气缸工作的负载不变的情况下，通过调节气体工作压力，改变气缸运动速度；通过改变排气速度，改变气缸的运动速度；因此通过调节减压阀L3和/或节流速度控制阀F1、F2增大气缸的调速范围，并且通过调节减压阀L4，气缸两个方向的运动可工作在不同的压力下。

本发明的试验装置，基于本发明的模拟装置，瞬时速度信号和位置信号可输入数据采集设备中显示分析。例如，数据采集设备可以包括示波器，将动球隙臂的分、合运动的速度变化信号和位置信号转换成方波电信号输入示波器，可直观且连续地反映动球隙臂的速度变化和位置变化，并为将速度与VFTO波形进行联合分析创造条件。本发明中速度信号和位置信号可以与暂态过电压信号联合分析；速度信号和位置信号与采集到的VFTO波形信号输入同一台示波器上同屏显示，方便进行速度与VFTO波形的相关性分析，VFTO频率在MHz级，用同一台示波器采集数据，时基相同，能够减少因时基不同而引入的测量误差。

本发明的试验装置可以完成两种试验，即1、代替目前在高压试验回路中使用的固定球隙器的作用完成试验；2、解决目前无模拟隔离开关操作的实验设备来研究隔离开关分、合操作速度对VFTO的影响的试验问题。

本发明的试验方法，可研究隔离开关分、合速度与隔离开关在分合过程中产生的VFTO和暂态电磁干扰间的相关性。

附图说明

图1是本发明的一种隔离开关动态放电过程模拟装置的示意图；

图2是本发明的一种隔离开关动态放电过程模拟装置的结构示意图；

图3是本发明的一种隔离开关动态放电过程模拟装置的动球隙臂的结构示意图；

图4是本发明的一种隔离开关动态放电过程模拟装置的调节球隙臂的结构示意图；

图5是本发明的调节球隙臂手动调节接口的结构示意图；

图6是本发明的隔离开关动态放电过程模拟装置的气路连接示意图；

图7是本发明的一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置的系统连接示意图；

图8是本发明的电气控制连接示意框图；

图9是本发明的速度、位移信号采集原理示意图；

图中，100、动球隙臂；200、调节球隙臂；300、电气箱；1、放电球；2、连接杆；3、导轨座；4、导轨；5、滑块；6、滑块油嘴；7、下卡座；8、上卡座；9、气缸；10、气缸支座；11、气缸轴；12、连接轴；13、缸轴螺母；14、连接柱；15、绝缘支柱；16、连接座锁紧螺母；17、下连接座；18、上连接座；19、连接卡箍；20、外罩；21、光传感器支架；22、光传感器；24、轴承座；25、丝杠螺母座；26、丝杠螺母；27、滚珠丝杠；28、轴承；29、轴承盖；30、隔套；31、螺母；32、传动杆；33、摇把；36、黑白条标尺；37、反射光传输光纤；38、照射光传输光纤；

41、控制台；42、调压器；43、高压试验变压器；45、高压电容；47、水阻器；48、屏蔽网；49、测量探头；410、数据采集设备；计算机411。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1和图2，本发明实施例的一种隔离开关动态放电过程模拟装置包括：动球隙臂100、调节球隙臂200和电气箱300。动球隙臂100和调节球隙臂200分别通过绝缘支柱15固定安装在电气箱300上。

动球隙臂100的放电球1可以快速移动来模拟隔离开关分、合过程，移动速度在50mm/s至1000mm/s之间可调。瞬时速度和位置可输入示波器等数据采集设备与暂态过电压波形合成分析。调节球隙臂200的放电球1可以伸缩调节，设定两放电球之间的放电距离。电气箱300用于安装气动回路和电气控制回路。

请参阅图2和图3，本发明的动球隙臂100采用气动驱动，组件包括：放电球1、连接杆2、导轨座3、导轨4、滑块5、滑块油嘴6、下卡座7、上卡座8、气缸9、气缸支座10、气缸轴11、连接轴12、缸轴螺母13、连接柱14、连接座锁紧螺母16、下连接座17、上连接座18、连接卡箍19、外罩20、光传感器支架21和光传感器22。

绝缘支柱15为中空管状结构，下端通过螺栓安装在电气箱300上；绝缘支柱15的上端加工有螺纹，与下连接座17通过螺纹连接，可通过螺纹的旋合长度微调水平安装的导轨座3的高低，当调节到动球隙臂100与调节球隙臂200处于同一水平时通过连接座锁紧螺母16将下连接座17与绝缘支柱15锁紧固定。下连接座17与上连接座18通过连接卡箍19连接固定，松开连接卡箍19时上连接座18可以在连接卡箍19内回转调节角度，便于调节动球隙臂100与调节球隙臂200安装于同一直线。调节好后紧固连接卡箍19固定上连接座18。导轨座3通过螺栓和销钉水平安装在上连接座18上，导轨座3上侧面一端安装有导轨4，导轨4上可滑动的设置有滑块5；导轨4为直线导轨，直线导轨与滑块5组成直线运动副，可以极大减小运动幅的摩擦力，利于提高分、合速度。驱动用的气缸9采用气垫缓冲防转高速气缸，通过气缸支座10安装在导轨座3另一端，与导轨4配合的滑块5两端装有滑块油嘴6，便于润滑维护。滑块5上面安装有下卡座7，上卡座7和下卡座8通过螺栓连接，将连接杆2卡装在上、下卡座之间。松动卡座连接螺栓可以调节连接杆2和卡座的相对位置，连接杆2可以随滑块5沿导轨4滑动。连接杆2采用管状结构，一端加工有螺纹，与放电球1连接。放电球1为中空球体，管状的连接杆和中空球体可以减小质量，利于提高分、合速度。在连接杆2上连接放电球1一端适当位置加工有黑白条标尺，用于通过光传感器采集放电球的运动速度和位置。连接杆2的另一端通过销钉和连接柱14与连接轴12连接，连接轴12通过螺纹和缸轴螺母13安装在气缸轴上。当气缸9运动时即可带动连接杆2沿导轨4运动。在导轨座3靠近放电球1一端侧面安装有光传感器支架21，光传感器22安装在光传感器支架21上。外罩20通过螺丝安装在导轨座3的两侧，所有组件安装在外罩内，外罩20外面的棱角均圆滑过渡，便于均压。在动球隙臂100接入回路时，外罩20和其内安装的所有组件处于等电位高压侧，与电气箱300之间用绝缘支柱15隔离开，等电位高压侧与电气箱300之间没有电气连接，气路和光路通过绝缘支柱中间穿过后连接在电气箱内相应的控制元件上。

请参阅图2和图4，本发明的调节球隙臂200通过手动调节两放电球之间的距离，其组件包括：放电球1、连接杆2、导轨座3、导轨4、滑块5、滑块油嘴6、下卡座7、上卡座8、连接座锁紧螺母16、下连接座17、上连接座18、连接卡箍19、外罩20、轴承座24、丝杠螺母座25、丝杠螺母26、滚珠丝杠27、轴承28、轴承盖29、隔套30、螺母31和传动杆32。

调节球隙臂300的绝缘支柱15、导轨座3、导轨4、放电球1、卡座等的安装方式与动球隙臂100中相同。其不同之处在于连接杆2的一端安装有放电球，而另一端通过螺纹安装有丝杠螺母座25，丝杠螺母26用螺丝固定在丝杠螺母座25上，滚珠丝杠27和丝杠螺母26组成丝杠副，将滚珠丝杠27的旋转运动变为连接杆2沿导轨的直线运动。滚珠丝杠27的一端穿过丝杠螺母26穿入连接杆2中心空腔内；用顶紧螺丝顶紧，防止丝杠螺母脱出丝杠；滚珠丝杠27的另一端穿过安装在轴承座24中的轴承28的内孔，并通过隔套30用螺母31压紧轴承内圈，防止滚珠丝杠27轴向窜动。滚珠丝杠27穿过轴承内孔后穿入传动杆32一端的轴向孔中，并用顶紧螺丝顶紧固定。轴承28安装在轴承座24中，通过轴承盖29压紧轴承外圈固定在轴承座24中，轴承盖29与轴承座24用螺丝连接。轴承座24安装在导轨座3上。传动杆32一端与滚珠丝杠27连接，另一端轴向中心加工有带键槽的内孔。同样穿过另一个安装在轴承座24中的轴承内孔。安装方式与安装在丝杠端的轴承座结构相同。

优选的，控制箱内安装有步进电机，步进电机的输出轴通过传动齿轮与调节球隙臂的连接杆32上安装的齿条啮合；通过传动齿轮和齿条带动球隙臂伸缩调节两球之间的距离。

调节球隙臂的连接杆的一端安装有放电球，而另一端通过卡座安装有齿条，与齿条配合的齿轮安装在绝缘传动轴的一端，绝缘传动轴穿过安装在导轨座上的齿轮轴承组件中轴承内孔，另一端穿过绝缘支柱15中心的空腔，通过安装在控制箱内的轴承座内的轴承内孔与控制箱内的步进电机输出轴固定连接。步进电机速度可在0-500mm/min内设定，安装在控制箱内的控制板接收远程控制台的控制指令并驱动步进电机，步进电机的旋转运动经过绝缘传动轴传动给调节球隙臂内的齿轮，并经过齿轮、齿条幅变为调节球隙臂的伸缩运动调节两放电球之间的距离。

请参阅图5，当需要调节球隙距离的时候，用摇把33插入传动杆32的尾端键槽孔内，摇动摇把，即可通过传动杆带动滚珠丝杠27旋转，达到调节两放电球之间的距离的目的。

请参阅图6，本发明的电气箱300内安装有气动控制元件，包括：P2气源、P1、P3储气罐、S1机械式压力开关、L1自排水过滤器、S2压力表、L2空气干燥器、L3精密减压阀、V1两位五通电磁阀、L4单向减压阀、F1、F2排气节流速度控制阀、A1双作用单向气缸以及P4消声器。气源侧采用双P1、P3储气罐，两级气压过滤干燥，避免高压气体湿度过大绝缘降低。气动速度控制采用双压控制回路，进气端通过L4单向减压阀和L3精密减压阀调节气压，排气端通过F1、F2排气节流速度控制阀控制排气流速，双向配合控制气缸运动速度。

试验时：当需要动球隙臂伸出合闸，通过控制两位五通电磁阀V1向右移动，则高压气体通过V1与单向排气节流阀F2联通，高压气体通过F2的单向通路进入气缸左室，推动气缸向右移动，同时气缸右室经过单向排气节流阀F1的节流通路和单向减压阀L4的单向通路、经过两位五通电磁阀V1与图6右侧的排气消音器P4相连通进行排气，气缸的运动速度受精密减压阀L3设定的气体工作压力和单向排气节流阀F1的节流设定控制；相反的，当需要动球隙臂缩回分闸时，通过控制两位五通电磁阀V1向左移动，则高压气体通过V1与单向减压阀L4的减压通路，相连接，并经过单向排气节流阀F1联通至气缸A1右室，高压气体通过单向减压阀L4的减压通路、单向排气节流阀F1单向通路进入气缸右室推动气缸向左运动，同时，气缸左室经过单向排气节流阀F2的节流通路和两位五通电磁阀V1与图6所示的左侧消声器P4相连通进行排气。气缸的运动速度受精密减压阀L3、单向减压阀L4两级减压设定的气体工作压力和单向排气节流阀F1的排气节流设定控制。因此气缸可以工作在两个不同的工作压力下，气缸的分、合速度可以分别设定不同的速度。

请参阅图7，本发明的一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，整套实验装置系统包括：控制台41、调压器42、屏蔽网48、水阻器47、高压试验变压器43、被试物以及本发明上述的隔离开关动态放电过程模拟装置、高压电容45、测量探头49、数据采集设备410和计算机411。

控制台41、调压器42放置在屏蔽网48的外侧；水阻器47、高压试验变压器43、以及本发明的隔离开关动态放电过程模拟装置、高压电容45、测量探头49以及数据采集设备410放置在屏蔽网48护栏的内侧。

控制台41用于发出操作指令，控制调压器42的升、降压操作和本发明所述的隔离开关动态放电过程模拟装置的分、合操作。控制台41通过控制调压器内的电机启、停和转速，控制调压器42的输出电压幅值和升压速率，输出电压在0-250V范围连续可调。调压器42输出端连接至高压试验变压器43的输入端。通过调控输入高压试验变压器43的输入电压幅值控制高压试验变压器43的高压输出幅值。高压试验变压器43的高压输出通过水阻器47连接到隔离开关动态放电过程模拟装置的动球隙臂，调节球隙臂通过导线连接到高压电容45。测量探头49放置在球隙附近，通过同轴电缆连接在数据采集设备410的信号输入端。

数据采集设备10与计算机11通过光缆通信。

请参阅图8，本发明的控制电源与实验电源相互隔离，控制电源用于给控制台、调压器操作电机、隔离开关动态放电过程模拟装置供电；实验电源用于给调压器供电，控制台安装有操作按钮、光电转换器、试验电源开关、BNC输出接口和光纤接口。BNC用于连接示波器的输入通道。隔离开关动态放电过程模拟装置的测速光传感器传回的信号通过光纤和控制台上的光纤接口接入控制台内光电转换器，转变为TTL电信号，通过BNC输出至示波器，隔离开关动态放电过程模拟装置的电气箱内安装有控制板和电磁阀，控制板装有继电器、接触器和激光器。继电器、接触器用于接收控制台按钮信号，并控制电磁阀和激光器。激光器用于发射速度检测光传感器的照射光。控制台可控制实验电源的开、关和调压电机调节试验电压的升、降，当打开气源且气压达到工作压力时可以通过操作隔离开关动态放电过程模拟装置电气箱内的电磁阀来切换气路的方向，控制气缸的运动方向，带动放电球的分、合来模拟隔离开关在分、合动作时的动态放电过程。

本发明的一种模拟隔离开关动态放电过程的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，参考图7，如前所述连接试验主回路。连接好测量探头9、数据采集设备10、计算机11等VFTO采集设备。

步骤2，用同轴电缆连接光电转换器的BNC输出端至数据采集设备10的一个信号输入通道，用光缆连接光电转换器的光信号输入端至本发明的隔离开关动态放电过程模拟装置4的速度信号光输出接口。

步骤3，使用调节摇把插入调节球隙臂的传动杆调节端，调节球隙臂至最短位置。

步骤4，打开气源阀，使储气罐储气至工作压力，手动调节精密减压阀L3、单向减压阀L4及F1、F2排气节流速度控制阀，并且试启动气缸，使可动球隙臂运行几次，并从示波器算出其放电球运动速度，调节放电球速度到实验要求。

步骤5，将动球隙臂伸出至最长位置，然后调节调节球隙臂伸出长度，使两放电球接触即可；将调节球隙臂锁定，动球隙臂缩回至原位。

步骤6，全部调节完毕后在控制台升压，当升压到试验电压后，即可操作模拟隔离开关动态放电过程装置分、合操作进行实验。

步骤7，在前述步骤中所设的隔离开关动态放电过程模拟装置4的分、合速度试验完成后，重复步骤4改变隔离开关动态放电过程模拟装置4的分、合速度，进行不同分、合速度的试验。即可的到模拟隔离开关在不同的分、合操作速度下对VFTO的影响。对这些实验数据的分析进而研究不同的操作速度、不同的电压等级对放电距离、VFTO强度、频率的规律。

请参阅图9，本发明中放电球的速度、位移信号的采集原理如图9所示，黑白条标尺36刻印在连接杆的适当位置，当连接杆带动放电球1移动时标尺跟随一起移动，光传感器22固定在安装架上，照射光传输光纤38一端连接控制板上的激光器，另一端连接光传感器光输入口，控制板上的激光源发射的光束经光纤传输至光传感器，经黑白条标尺反射后通过反射光传输光纤37传输至控制台内的光电转换器，经光电转换器变换为电信号传输至示波器。当标尺移动时随着黑白条的交替变化，反射光强度也随之明、暗变化，经光电转换后输出一系列TTL脉冲信号，由于标尺黑白条宽度(⊿d)固定，TTL信号脉冲宽度(⊿s)与移动速度(v)成正比。即：可计算出一个脉宽的平均速度，同时脉冲个数也反映了连接杆的位置。

本发明的实验过程：

将试验回路按照要求连接好，连接好VFTO采集设备；将经光电转换器变换为电信号的速度、位移信号接入VFTO采集设备示波器；使用调节摇把调节插入调节球隙臂的传动杆调节端，调节球隙臂致最短位置；打开气源阀，使储气罐储气至工作压力，手动调节精密减压阀L3、单向减压阀L4及F1、F2排气节流速度控制阀，并且试启动气缸，使可动球隙臂运行几次，并从示波器算出其放电球速度，调节放电球速度到实验要求；将动球隙臂伸出至最长位置，然后调节调节球隙臂伸出长度，使两放电球距离达到相应电压等级要求即可；将调节球隙臂锁定，动球隙臂缩回至原位。全部调节完毕后在控制台升压，当升压到试验电压后，即可操作模拟隔离开关动态放电过程装置分、合进行实验。

具体实施例本发明实施例，模拟电压等级为330KV隔离开关操作的合闸放电过程装置，动球隙臂伸缩距离范围250mm，速度范围50mm/s-1000mm/s可调，调节球隙臂调节距离范围250mm，调节速度范围0-500mm/min可设定，放电球直径200mm，壁厚0.8mm中空结构，连接杆采用壁厚1mm外径40mm管，保证强度，减轻质量，减小运动惯性。气动元件选择SMC单杆双作用气缸等元件，气缸直径气源压力0.8MP，工作压力0.6MP，储气罐容积50L。

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，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，包括：动球隙臂(100)、调节球隙臂(200)和电气箱(300)；

动球隙臂(100)和调节球隙臂(200)分别通过绝缘支柱(15)安装在电气箱(300)上；

动球隙臂(100)和调节球隙臂(200)均包括：连接座、导轨座(3)、导轨(4)、滑块(5)、卡座、连接杆(2)以及放电球(1)；连接座安装在绝缘支柱(15)上，导轨座(3)安装在连接座上，导轨(4)固定设置在导轨座(3)上；导轨(4)上可滑动的设置有滑块(5)，滑块(5)上固定设置有卡座；连接杆(2)安装于卡座上，连接杆(2)的自由端安装有放电球(1)；

动球隙臂(100)还包括气缸(9)；气缸(9)固定设置在动球隙臂(100)的导轨座(3)上；动球隙臂(100)的连接杆(2)未安装放电球(1)的一端与气缸(9)的气缸轴(11)相连接；

调节球隙臂(200)还包括：锁死机构；锁死机构用于将调节球隙臂(200)的滑块(5)固定在调节球隙臂(200)的导轨(4)上；

电气箱(300)内设置有气动控制回路，气源通过气动控制回路与气缸(9)相连通，驱动气缸(9)能够使动球隙臂(100)的连接杆(2)和滑块(5)沿着动球隙臂(100)的导轨(4)运动。

2.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，还包括：光传感器(22)和黑白条标尺(36)；

光传感器(22)安装于动球隙臂(100)的导轨座(3)上，黑白条标尺(36)设置于动球隙臂(100)的连接杆(2)上；光传感器(22)的采集端位置与黑白条标尺(36)的位置相适应，光传感器(22)通过黑白条标尺能够采集动球隙臂(100)的放电球(1)的运动速度和位置信息；

光传感器(22)的输入端用于接入照射光信号，光传感器的输出端用于输出采集的反射光信号。

3.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，所述气动控制回路包括：气源、第一储气罐P1、自排水过滤器L1、第二储气罐P3、空气干燥器L2、精密减压阀L3、两位五通电磁阀V1、单向减压阀L4；

气源的出气口与第一储气罐P1的进气口相连通，第一储气罐P1的出气口通过第一输气管路与第二储气罐P3的进气口相连通，第二储气罐P3的出气口安装有第二输气管路，第二输气管路的出气口安装在两位五通电磁阀V1上；两位五通电磁阀V1的气源侧安装有第一消声器和第二消声器，两位五通电磁阀的气缸侧安装有第三输气管道和第四输气管道，通过第四输气管道与气缸(9)的无杆腔相连通，通过第三输气管道与气缸(9)的有杆腔相连通；

其中，第一输气管道上设置有机械式压力开关、自排水过滤器L1和压力表；

第二输气管道上设置有机械式压力开关、空气干燥器L2、精密减压阀L3和压力表；

第三输气管道上设置有单向减压阀L4和排气节流速度控制阀F1；第三输气管道上设置有排气节流速度控制阀F2。

4.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，动球隙臂(100)和调节球隙臂(200)分别还包括外罩(20)；

动球隙臂(100)的连接座、导轨座(3)、导轨(4)、滑块(5)、卡座、气缸(9)以及部分连接杆(2)均设置于动球隙臂(100)的外罩(20)内；

调节球隙臂(200)的连接座、导轨座(3)、导轨(4)、滑块(5)、卡座、传动杆(32)以及部分连接杆(2)均设置于调节球隙臂(200)的外罩(20)内。

5.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，调节球隙臂(200)还包括：滚珠丝杠(27)和传动杆(32)；调节球隙臂(200)的连接杆(2)未安装放电球(1)的一端与滚珠丝杠(27)的一端相连接，滚珠丝杠(27)的另一端安装有传动杆(32)；滚珠丝杠(27)和传动杆(32)均可转动的设置于安装在导轨座(3)上的轴承(28)内；转动传动杆(32)能够使调节球隙臂(200)的滑块(5)和连接杆(2)沿调节球隙臂(200)的导轨(4)移动。

6.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，绝缘支柱(15)为中空管状结构；放电球(1)为中空球体。

7.根据权利要求1所述的一种隔离开关动态放电过程模拟装置，其特征在于，动球隙臂(100)的放电球(1)的移动速度在50mm/s至1000mm/s之间可调。

8.一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的隔离开关动态放电过程模拟装置。

9.根据权利要求8所述的一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，其特征在于，包括：控制台(41)、调压器(42)、屏蔽网(48)、水阻器(47)、高压试验变压器(43)、被试物、高压电容(45)、测量探头(49)、数据采集设备(410)、计算机(411)以及权利要求1至7中任一项所述的隔离开关动态放电过程模拟装置；

控制台(41)和调压器(42)设置于屏蔽网(48)外；

水阻器(47)、高压试验变压器(43)、隔离开关动态放电过程模拟装置、高压电容(45)、测量探头(49)和数据采集设备(410)设置于屏蔽网(48)内；

控制台(41)用于发出操作指令，控制调压器(42)的升、降压操作以及隔离开关动态放电过程模拟装置的分、合操作；

控制台(41)通过控制调压器(42)内的电机启、停和转速，控制调压器(42)的输出电压幅值和升压速率，输出电压在0-250V范围连续可调；

调压器(42)输出端连接高压试验变压器(43)的输入端；通过调控输入高压试验变压器(43)的输入电压幅值控制高压试验变压器(43)的高压输出幅值；高压试验变压器(43)的高压输出通过水阻器(47)连接到隔离开关动态放电过程模拟装置的动球隙臂(100)；调节球隙臂(200)通过导线连接高压电容(45)；

测量探头(49)放置在球隙附近，并通过同轴电缆连接在数据采集设备(410)的信号输入端；

数据采集设备(410)的信号输出端通过通信光缆与计算机(411)的输入端相连接。

10.一种模拟隔离开关动态放电过程的试验方法，其特征在于，基于权利要求8所述的一种模拟隔离开关动态放电过程的试验装置，包括以下步骤：

S1，设置动球隙臂(100)和调节调节球隙臂(200)的相对位置，使两放电球(1)能够接触；将调节球隙臂(200)锁定；

S2，设定动球隙臂(100)的放电球(1)的运动速度为一预设试验速度；

S3，通过控制台(41)升压至试验电压，操作隔离开关动态放电过程模拟装置进行分、合操作实验；试验中，隔离开关动态放电过程模拟装置的测速光传感器传回的信号接入光电转换器，转变为TTL电信号，通过BNC输出至数据采集装置；其中，数据采集装置包括示波器；

S4，改变动球隙臂(100)的放电球(1)的运动速度为另一预设试验速度，并重复步骤S3；直至遍历动球隙臂(100)放电球(1)的所有预设试验速度，跳转至步骤S5；

S5，对采集的数据进行分析，获得模拟的隔离开关在不同的分、合操作速度下对VFTO的影响。