CN111007393A - 一种高压断路器回路电阻测试电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压断路器回路电阻测试电路，该电路通过超级电容器充电器向超级电容器充电，待达到预设充电电压后，第一电子开关切断充电回路；第一电子开关断开的同时第二电子开关闭合，超级电容器通过第一标准电阻、第二标准电阻、被测断路器、匹配电感向主回路放电，第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器分别测量第一标准电阻、第二标准电阻以及被测断路器的端电压，测量得到的端电压经过滤波器送至示波器显示并读取电压数据，进而得到待测的断路器回路电阻值。
Description
技术领域
本发明涉及高压断路器检测技术领域，更具体地，涉及一种高压断路器回路电阻测试电路。
背景技术
断路器回路电阻实际上就是其触头的接触电阻，其物理模型表现为收缩电阻和膜电阻两部分。收缩电阻是指导触头间的金属触点，其特征是点接触，即使外力将其合得再紧密，也只是接触点多少的不同；膜电阻是指触头因产生氧化膜引起的电阻电阻增加。影响回路电阻的因素很多，比如说接触方式、导体材料、接触面积以及接触压力等等，所以想要通过计算得到接触电阻的精确值是很难的。很多学者对此也进行了很多研究，得到了一些有益的经验公式，由经验公式可以看出回路电阻的变化其实是接触形式和接触面状态的一个反应，表现的是触头磨损情况。一般来说，机械磨损相比电磨损来说并不会很严重。相反，电磨损对断路器触头的影响很严重，流经导电杆的大电流会产生高温，导致触头表面会有变形和烧损等。长时间持续，导致回路电阻的不可度量的增大，因此测量断路器回路电阻是非常必要的。
《电力设备预防性试验规程》规定，对高压断路器回路电阻测量采用直流压降法，电流值不小于100A，测量值不大于制造厂规定值的1.2倍。无故障触头在大电流下会呈现正常的阻值，而且在不同测试电流下阻值较稳定，而故障触头在不同测试电流下阻值不稳定且偏大，从国内外的研究来看，采用大电流测试更能准确的判断触头状态。但目前大电流测试遇到两个问题：一是现有的回路电阻测试仪通常采用开关恒流源，虽然电流稳定，便于测量，但只能输出100A到600A的电流，要产生更大的电流，则设备成本和重量都将大大增加，其便携性差，不利于检修试验的开展；二是持续的大电流会产生产生的温度效应，导致测量结果比真实值偏大。
为了使得电流幅值满足测量要求，同时又不能产生温度效应的影响，必须采用幅值大、持续时间短的电流来进行断路器回路电阻测试，而冲击电流恰恰满足这一要求，采用超级电容器产生1000A以上的冲击电流用于断路器回路电阻测试是一种可选的方式。
发明内容
本发明提供一种较为准确的高压断路器回路电阻测试电路。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种高压断路器回路电阻测试电路，包括待测的断路器，还包括充电器，超级电容器，匹配电感，第一电压传感器，第二电压传感器，第三电压传感器，第一电子开关、第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，第一滤波器，第二滤波器，第三滤波器和多通道示波器；
所述充电器，第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，待测的断路器，匹配电感和第一电子开关顺次串联构成环形回路，充电器和第一电子开关连接后并联在超级电容器两端；第一标准电阻通过第一电压传感器与第一滤波器连接，第二标准电阻通过第二电压传感器与第二滤波器连接，待测的断路器通过第三电压传感器与第三滤波器连接，第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器海均连接至多通道示波器。
优选地，所述第一电子开关和第二电子开关是IGBT开关；所述超级电容器是电容量不小于30F的超级电容；所述第一标准电阻是100mV/1500A分流器，阻值为66.67μΩ；所述第二标准电阻是75mV/3000A分流器，阻值为25μΩ；所述第一电压传感器和第二电压传感器是0.1V/5V电压隔离传感器；所述第三电压传感器是0.6V/5V电压隔离传感器；所述第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器是3kHz高通滤波器；所述多通道示波器是采样率不低于2.5GHz，通道数不少于3的示波器；所述匹配电感是电感量为0.2mH的电感。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过超级电容器充电器向超级电容器充电，待达到预设充电电压后，第一电子开关切断充电回路；第一电子开关断开的同时第二电子开关闭合，超级电容器通过第一标准电阻、第二标准电阻、被测断路器、匹配电感向主回路放电，第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器分别测量第一标准电阻、第二标准电阻以及被测断路器的端电压，测量得到的端电压经过滤波器送至示波器显示并读取电压数据，进而得到待测的断路器回路电阻值。
附图说明
图1为本发明电路结构图；
图2为测试电流波形图；
图3为滤波前波形图；
图4为滤波后波形图；
图5为仿真电路图；
图6为被测高压断路器端电压波形；
图7为回路电流波形。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，一种高压断路器回路电阻测试电路，包括待测的断路器，还包括充电器，超级电容器，匹配电感，第一电压传感器，第二电压传感器，第三电压传感器，第一电子开关、第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，第一滤波器，第二滤波器，第三滤波器和多通道示波器；
充电器，第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，待测的断路器，匹配电感和第一电子开关顺次串联构成环形回路，充电器和第一电子开关连接后并联在超级电容器两端；第一标准电阻通过第一电压传感器与第一滤波器连接，第二标准电阻通过第二电压传感器与第二滤波器连接，待测的断路器通过第三电压传感器与第三滤波器连接，第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器海均连接至多通道示波器。
第一电子开关和第二电子开关是IGBT开关；所述超级电容器是电容量不小于30F的超级电容；所述第一标准电阻是100mV/1500A分流器，阻值为66.67μΩ；所述第二标准电阻是75mV/3000A分流器，阻值为25μΩ；所述第一电压传感器和第二电压传感器是0.1V/5V电压隔离传感器；所述第三电压传感器是0.6V/5V电压隔离传感器；所述第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器是3kHz高通滤波器；所述多通道示波器是采样率不低于2.5GHz，通道数不少于3的示波器；所述匹配电感是电感量为0.2mH的电感。
第一标准电阻和第二标准电阻用于回路放电能力和测量准确性校验，第一标准电阻、第二标准电阻、被测断路器的端电压的端电压分别记为U1、U2、Ur，则有：
K1=U1/66.67，K2=U2/25
其实K1，K2就是通过第一、第二标准电阻计算出来的测试电流，若
则证明测量准确，因为系统误差导致二者略有差异波形如下图2所示，若min（K1，K2）≥1000
则回路放电能力满足要求，若满足回路放电能力和测量准确性要求则有被测断路器电阻r=
K2*Ur（因为断路器回路电阻与25μΩ更接近）
现场背景噪声都是频率在3kHz以上的高频干扰，这比实际放电回路电压、电流波形频率要大很多，通过高频滤波处理可以滤除。考虑数字滤波器具有不需要额外增加硬件设备，只需要软件编写一个滤波程序即可，从而降低系统成本，且不存在阻抗匹配的问题，尤其是可以对很高的频率或很低的频率进行滤波，这是模拟滤波难以实现的；稳定性高，可预测；不会因温度、湿度的影响产生误差，不需要精度组件；便于根据不同传感器的输出特点及环境状况改变滤波参数，选择不同的滤波方法等优点，本申请采用数字滤波器进行软件滤波处理，对被测电压信号进行平滑加工处理，提高其有用信号的比重，最大程度的消除噪声干扰。
采用数字滤波器滤去3kHz以上的高频干扰信号后，被测电压信号波形非常平滑，接近测试回路真实放电波形，便于测量数据的读取与计算，滤波前后波形分别如图3、图4所示。
在试验过程中当电容器充电电压达到5V时，测量断路器电压所用的传感器超量程，断路器端电压数据无法准确读取，这严重影响了测量的准确性与安全性，必须采取措施解决这一问题。在放电回路串联纯电感可以解决上述问题，现进行仿真论证。
仿真电路如图5所示，为了提高放电电压值，超级电容器选用容量54F，充电电压30V，测量回路内阻R1取为15mΩ。标准电阻R2为25μΩ分流器，标准电阻R3为67μΩ分流器，L1为回路分压电感，L2为高压断路器回路电感，回路内阻R4为340μΩ，高压断路器回路电感5μH。
由于串联电感的存在必然会影响放电电流幅值，所以既要考虑解决传感器超量程问题，又要考虑回路电流大小满足测试要求。将分压电感L1分别取值0.01mH、0.1mH、0.2mH、0.3mH开展仿真研究，被测高压断路器两端电压波形、回路电流波形仿真结果分别如图6、图7所示。
通过图6、图7可以发现：当串联电感为0.01mH，电压依然超量程，回路电流可以达到达到3102A；当串联电感为0.1mH，电压峰值电压峰值为2.28V，小于数据采集输入上限10V，超量程问题已经解决，回路电流基本不变，达到3070A；当串联电感为0.2mH时，电压峰值为1.18V，远远小于数据采集输入上限10V，电流基本不变，达到3041A；当串联电感为0.3mH时，电压峰值为1.03V，而分压电感为0.2mH时为1.18V，减小幅度不大，可见继续加电感效果不明显。
通过以上分析表明，在测量回路中串联一个值为0.2mH的纯电感，这样可以有效解决超量程问题，且此时电流能达到3000A，满足项目要求。
选取一组10kV真空断路器，其A、B、C三相回路电阻出厂值（采用100A直流测试结果）分别为23.2μΩ、23.6μΩ、23.4μΩ。依次调节超级电容器的充电电压为20V、25V、30V，利用示波器读取断路器两端的传感器电压输出信号，读取并记录标准传感器上的输出波形的峰值。试验测量结果见表1。
表1试验结果
根据以上测量数据可得到两点结论，一是超级电容器对断路器所在回路放电电流的最大值有2048A，千安级电流持续时间在0.5s以上，说明在真实试验条件下回路的放电能力满足要求，与仿真计算结果相吻合，可见利用超级电容器获得千安级的冲击电流是完全可行的，同时也验证了仿真模型的正确性；二是通过将回路电阻的冲击电流测试值与出厂直流电阻测试值对比发现，最大绝对偏差不超过2μΩ，测量结果准确，满足测试精度要求，而且冲击电流测试结果相比直流电流测试结果略微偏大，证明冲击电流测试对回路电阻测试结果的考核更加严格。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高压断路器回路电阻测试电路，包括待测的断路器，其特征在于，包括充电器，超级电容器，匹配电感，第一电压传感器，第二电压传感器，第三电压传感器，第一电子开关、第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，第一滤波器，第二滤波器，第三滤波器和多通道示波器；
所述充电器，第二电子开关，第一标准电阻、第二标准电阻，待测的断路器，匹配电感和第一电子开关顺次串联构成环形回路，充电器和第一电子开关连接后并联在超级电容器两端；第一标准电阻通过第一电压传感器与第一滤波器连接，第二标准电阻通过第二电压传感器与第二滤波器连接，待测的断路器通过第三电压传感器与第三滤波器连接，第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器海均连接至多通道示波器。
2.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第一电子开关和第二电子开关是IGBT开关。
3.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述超级电容器是电容量不小于30F的超级电容。
4.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第一标准电阻是100mV/1500A分流器，阻值为66.67μΩ。
5.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第二标准电阻是75mV/3000A分流器，阻值为25μΩ。
6.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第一电压传感器和第二电压传感器是0.1V/5V电压隔离传感器。
7.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第三电压传感器是0.6V/5V电压隔离传感器。
8.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述第一滤波器，第二滤波器和第三滤波器是3kHz高通滤波器。
9.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述多通道示波器是采样率不低于2.5GHz，通道数不少于3的示波器。
10.根据权利要求1所述高压断路器回路电阻测试电路，其特征在于，所述匹配电感是电感量为0.2mH的电感。
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