CN111579977B - 一种断路器燃弧时间的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种断路器燃弧时间的测量方法，包括：根据断路器空载试验过程中的断口电压曲线上断口信号的起始变化时刻，确定在断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点位置，进而得到该刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例；根据划分比例，在断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置，将确定的刚分点的位置对应的时刻作为电弧起始时刻，并根据电弧起始时刻确定断路器燃弧时间。本发明利用断路器空载试验时和负载开断试验时所测得的触头刚分点对整个行程曲线总行程的划分比例相同的方法来确定断路器燃弧时间的起始时刻，提高了断路器燃弧时间测量的精确度。

Description

一种断路器燃弧时间的测量方法

技术领域

本发明属于高压开关研发、试验技术领域，具体涉及一种断路器燃弧时间的测量方法。

背景技术

高压断路器是电力系统中的重要的保护和控制设备，不仅要保证电力系统正常运行状态下安全、可靠地供电，而且还要保证在多种异常状态下迅速地切除故障，因此检验断路器的短路性能就成为断路器投入使用前最重要的试验。在短路性能试验中，燃弧时间是断路器开断试验过程中检验熄弧能力的重要参数，因此在试验中快速、精确、安全地测量燃弧时间对高压断路器的短路性能试验起着重要作用。

在高压断路器的开断试验中，有三个时间参量非常重要，分别是分闸时间、燃弧时间和开断时间。其中，分闸时间是指处于合闸位置的断路器，从分闸操作起始瞬间(即接到分闸指令瞬间)起到触头分离瞬间的时间间隔；燃弧时间是指电弧起始时刻(即触头分离时刻)起到电弧最终熄灭时刻之间的时间间隔；开断时间是指从断路器接到分闸指令起到电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔，一般等于分闸时间和燃弧时间之和。如图1所示，在断路器分闸操作过程中，t1表示分闸脱扣器带电时刻，即分闸操作起始；t2表示触头分离时刻；t3表示电弧最终熄灭时刻；T1表示分闸时间；T2表示燃弧时间；T3表示开断时间；K1表示合闸位置；K2表示触头运动情况；K3表示分闸位置；阴影部分表示有电流流过。

目前，高压断路器开断试验的数据采集系统能直观的显示出电弧熄灭时刻即最后半波电流零点，但是无法快速、精确、安全地标记或寻找到电弧起始时刻即触头分离时刻，这是因为在负载情况下，高电压大电流会经断口线直接对地短路，无法在负载情况下测量信号。因此，燃弧时间测量的关键在于确定断路器在开断过程中的电弧起始时刻(即触头分离时刻)。

在现有技术中，一般采取三种方法进行燃弧时间的测量：一、依据开断过程中三个时间参量之间的关系，即燃弧时间＝开断时间-分闸时间，通过量取开断时间和空载试验时测得的分闸时间差来求得燃弧时间。这种方法快速、方便，但使用此方法测得的燃弧时间不精确，因为该方法认为空载试验时的分闸时间等于负载条件下的分闸时间，但真实情况是分闸时间随开断电流的变化而变化，想要准确的测量开断试验时的分闸时间并不容易，所以在试验数据要求精确化的今天，空载状态下测得的分闸时间不再适合作为负载试验时的分闸时间使用。二、同机构三相试品试验时在非试验相附加断口信号，来确定触头分离时刻，进而确定燃弧时间。虽然该方法相较于第一种方法，精确度有所提升，但由于三相断路器的分闸同期性存在，精确度还有待提高。并且，此方法适用于三相断路器的单相试验中，不具备通用性。另外，此方法在安全性方面较差，一旦试品出现开断异常或绝缘异常，额外接入的断口线易引发非试验相短路或相间短路。三、通过新型测量设备或装置测量电弧电压来确定燃弧时间。此方法精确度高、安全，但需要投入额外的测量设备测量电弧电压，电弧电压测量需要较大的动态范围和高线性度的传感器，电弧电压在数千伏以内，然而当电弧消失后电压可达数百千伏，对测量设备和测量手段的要求极高，且由于电弧电压不稳定和不规则性，想要通过电弧电压来确定电弧起始时刻进而确定燃弧时间有着极大困难。

发明内容

本发明提供了一种断路器燃弧时间的测量方法，用以解决现有的燃弧时间测量方法测量精度较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：

本发明提供了一种断路器燃弧时间的测量方法，步骤如下：

获取断路器空载试验过程中的断口电压曲线和行程曲线；

根据断路器空载试验过程中的断口电压曲线上断口信号的起始变化时刻，确定在断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点位置，进而得到该刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例；

进行断路器负载试验，获取断路器负载试验过程中的行程曲线；

根据所述划分比例，在所述断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置，将确定的所述刚分点的位置对应的时刻作为电弧起始时刻，并根据所述电弧起始时刻确定断路器燃弧时间。

上述技术方案的有益效果为：在不考虑断路器负载开断试验中的触头烧蚀对触头分离时刻的影响的情况下，认为断路器空载试验时和负载试验时所测得的触头刚分点对整个行程曲线总行程的划分比例相同，利用这一原理，通过在断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点位置，得到该刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例，通过获取断路器负载试验过程中的行程曲线，根据空载试验时所获取的划分比例，即可在断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置，该刚分点的位置对应的时刻即为电弧起始时刻，从而可以确定断路器燃弧时间。由于本发明利用为断路器空载试验时和负载试验时所测得的触头刚分点对整个行程曲线总行程的划分比例相同，来确定断路器负载试验时的电弧起始时刻，进而确定断路器负载试验过程中的燃弧时间，避免了采用空载试验时的分闸时间时引入的燃弧时间的计算误差，以及由于电弧电压不稳定或试品三相分闸同期性造成的电弧起始时刻干扰，提高了测量的精确度。

进一步的，为了准确确定燃弧时间，根据所述电弧起始时刻确定断路器燃弧时间的步骤包括：

在进行断路器负载试验时，还获取断路器负载试验过程中的主回路电流曲线；

将所述主回路电流曲线上通流结束对应的时刻作为电弧熄灭时刻；

将电弧熄灭时刻和电弧起始时刻做差，得到所述断路器燃弧时间。

附图说明

图1是现有技术的断路器分闸操作过程图；

图2是本发明的在空载试验条件下断路器的特性曲线；

图3是本发明的在负载试验条件下断路器的特性曲线；

其中：1是空载试验时的分闸控制电流曲线，2是空载试验时的断口电压曲线，3是空载试验时的行程曲线，4是负载试验时的分闸控制电流曲线，5是负载试验时的主回路电压曲线，6是负载试验时的主回路电流曲线，7是负载试验时的行程曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

为了解决在负载条件(高电压、大电流条件)下，断路器开断试验过程中的燃弧时间测量问题，本实施例提供了一种断路器燃弧时间的测量方法，该方法通过空载机械特性试验时找出的触头刚分点，计算其在行程曲线中的位置比例，在断路器负载条件下，通过行程曲线和得到的位置比例确定断路器开断试验中的触头刚分点，进而确定断路器开断试验过程中的燃弧时间。

具体的，该断路器燃弧时间的测量方法的步骤如下：

(1)对断路器进行空载试验，获取断路器空载试验过程中各特性曲线。

其中，在进行断路器负载试验前，先按照空载操作顺序进行空载操作，空载操作的具体步骤属于现有技术，此处不再赘述。在断路器空载操作过程中，利用数字光纤测试系统获取断路器对应的分闸控制电流、断口电压以及触点行程，从而得到在断路器空载试验过程中的分闸控制电流曲线、断口电压曲线和行程曲线，这里将所获取的不同曲线统称为特性曲线。

在本实施例中，所获取的断路器空载试验过程中的分闸控制电流曲线、断口电压曲线和行程曲线如图2所示，曲线1表示的分闸控制电流曲线，曲线2表示的是断口电压曲线，曲线3表示的是行程曲线。

当然，由于在下面的步骤中只需要用到断路器空载试验过程中断口电压曲线和行程曲线，作为其他的实施方式，在步骤(1)中，也可以只获取断路器空载试验过程中断口电压曲线和行程曲线。

(2)根据断路器空载试验过程中的断口电压曲线上断口信号的起始变化时刻，确定在断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点位置，进而得到该刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例。

其中，如图2所示，断路器空载试验过程中的断口电压曲线2上断口信号的起始变化时刻即为断路器触头开始分离时刻，在该起始变化时刻在断口电压曲线2上所对应的点处做出一垂直线，可以找出此垂线与行程曲线3的交点，标记此点为O点，该O点即为断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点。

如图2所示，另随意选取断路器在合闸状态和分闸状态时行程曲线上的两点，分别标记为A点和B点，利用数字光纤测试系统中的计算分析功能，计算O点和A点之间的纵向距离OA，以及A点和B点之间的纵向距离AB，纵向距离AB表示的是空载试验过程中的整个行程曲线的行程，计算OA在整个行程曲线的行程中的比例X，即X＝OA/AB。在本实施例中，X＝0.24＝24％。

(3)进行断路器负载试验，获取断路器负载试验过程中的各特性曲线。

其中，在进行断路器负载试验时，利用数字光纤测试系统对应获取试验过程中的各特性曲线，包括断路器负载试验过程中的分闸控制电流曲线、主回路电压曲线、主回路电流曲线和行程曲线等。

在本实施例中，所获取的断路器负载试验过程中的分闸控制电流曲线、主回路电压曲线、主回路电流曲线和行程曲线如图3所示，曲线4表示的分闸控制电流曲线，曲线5表示的是主回路电压曲线，曲线6表示的是主回路电流曲线，曲线7表示的是行程曲线。当然，由于在下面的步骤(4)中，只需要用到断路器负载试验过程中的分闸控制电流曲线、主回路电流曲线和行程曲线，作为其他的方式，在步骤(3)中，也可以只获取断路器负载试验过程中的分闸控制电流曲线、主回路电流曲线和行程曲线。

(4)根据空载试验中所获取的划分比例，在断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置，将确定的刚分点的位置对应的时刻作为电弧起始时刻，并根据电弧起始时刻确定断路器燃弧时间。

其中，因现代工艺及材料的升级，断路器开断试验中的触头烧蚀对触头分离时刻的影响可以忽略不计，因此可以认为断路器空载试验时和负载试验时测得的触头刚分点在整个行程曲线中所占的比例相同。

因而，在断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置时，如图3所示，选取断路器在合闸状态和分闸状态时行程曲线上的两点，分别标记为C点和D点。利用数字光纤测试系统中的计算分析功能，计算C点和D点之间的纵向距离CD，CD表示的是负载试验过程中的整个行程曲线的行程。根据断路器空载试验时和负载试验时所测得的刚分点在整个行程曲线中所占比例相同的原则，将断路器负载试验时行程曲线中刚分点记为O′，将C点和O′点之间的纵向距离记为CO′，那么有CO′＝X×CD，这样就可以计算出O′点的纵向坐标，从而可以确定断路器负载试验时行程曲线上刚分点O′的位置，该刚分点O′的横坐标即为电弧起始时刻。

为了快速获取断路器负载试验时行程曲线上刚分点的位置，在进行高压断路器负载试验时，将步骤(2)中获得的比例X输入数字光纤测试系统中，这样在断路器负载试验测得的试验波形中，利用测量软件测得的断路器负载试验过程中的行程曲线和比例X，可以自动标记出该行程曲线中刚分点O′的位置。利用测量软件测得的断路器负载试验过程中主回路电流曲线，还可以自动标记出该主回路电流曲线上的通流结束时刻，该通流结束时刻即为电弧熄灭时刻。在知道电弧起始时刻和电弧熄灭时刻的情况下，则可以通过测量软件快速、精确、安全地读出断路器负载开断试验中的燃弧时间T2。

另外，如图3所示，根据分闸控制电流曲线4的电流起始变化时刻，可以确定分闸操作起始时刻，根据分闸操作起始时刻以及电弧起始时刻，就可以计算出分闸时间T1。根据分闸时间T1和燃弧时间T2，可以计算出开断时间T3。

需要说明的是，在上述的步骤(1)中，其目的是获取断路器空载试验过程中的各特性曲线，尤其是获取断路器空载试验过程中的断口电压曲线和行程曲线，在已知断路器空载试验过程中的断口电压曲线和行程曲线的情况下，也可以直接利用已知的断路器空载试验过程中的断口电压曲线和行程曲线，进行下面的步骤(2)，此时无需再进行断路器空载试验。

在上述的步骤(2)中，计算O点和A点之间的纵向距离OA与A点和B点之间的纵向距离AB之间的比值X的目的是，确定O点在A点和B点之间的纵向距离AB之间的位置，即该刚分点O对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例。当然，作为其他的实施方式，也可以通过计算O点和A点之间的纵向距离OA与O点和B点之间的纵向距离OB之间的比值，来确定刚分点O对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例。

在上述的步骤(4)中，在断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置时，是以忽略不计断路器开断试验中的触头烧蚀对触头分离时刻的影响为前提的，即默认为断路器空载试验时和负载试验时测得的触头刚分点在整个行程曲线中所占的比例相同。但是，在考虑断路器开断试验中的触头烧蚀对触头分离时刻的影响的情况下，为了进一步准确地确定断路器负载开断试验时的刚分点在行程曲线上的位置，以提高断路器负载开断试验时的燃弧时间的精确性，可以根据试验验证，对刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例进行适当调整，并根据调整后的划分比例，来确实断路器负载开断试验时的刚分点在行程曲线上的位置。

例如，当刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例为X时，那么在考虑断路器开断试验中的触头烧蚀对触头分离时刻的影响的情况下，可以设刚分点对负载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例为X±Δx，Δx的具体取值可以根据试验验证情况来确定。根据划分比例X±Δx，来确定断路器负载开断试验时的刚分点在行程曲线上的位置，进而确定对应的燃弧时间。

与现有的断路器燃弧时间的测量方法相比，上述的断路器燃弧时间的测量方法在快速性、精确度、安全性等方面都有了提高，具体表现在：

从测量的快速性角度来说，该方法利用数字光纤测试系统软件的自动计算及标记功能，在进行开断试验过程中能够迅速找出触头分离时刻及刚分点在行程波形中的位置，进而快速读取燃弧时间。

从精确度角度来说，该方法在高压断路器负载开断试验时，利用数字光纤测试系统软件计算机械特性行程比例的方法找到高压断路器燃弧时间的起始时刻，进而确定开断过程中的燃弧时间，避免了采用断路器空载试验的分闸时间作为断路器负载试验的分闸时间时引入的燃弧时间的计算误差，避免了由于电弧电压不稳定或试品三相分闸同期性造成的电弧起始时刻干扰。

从安全性方面来说，此方法简化了试验设备，不用另接断口线，减小了试验异常的概率，大大提高了试验的安全性。

Claims (2)

1.一种断路器燃弧时间的测量方法，其特征在于，步骤如下：

获取断路器空载试验过程中的断口电压曲线和行程曲线；

根据断路器空载试验过程中的断口电压曲线上断口信号的起始变化时刻，确定在断路器空载试验过程中的行程曲线上的刚分点位置；

随意选取断路器合闸状态和分闸状态时行程曲线上的两点，计算两点的纵向距离即为空载试验过程中的整个行程曲线的行程，计算刚分点到合闸状态点的纵向距离，刚分点到合闸状态点的纵向距离除以空载试验过程中的整个行程曲线的行程，进而得到该刚分点对空载试验过程中的行程曲线总行程的划分比例；

进行断路器负载试验，获取断路器负载试验过程中的行程曲线；

随意选取断路器合闸状态和分闸状态时行程曲线上的两点，计算两点的纵向距离即为负载试验过程中的整个行程曲线的行程；空载试验中所获取的划分比例乘以负载试验过程中的整个行程曲线的行程得到刚分点的纵向坐标，进而在所述断路器负载试验过程中的行程曲线上确定刚分点的位置，将确定的所述刚分点的位置对应的时刻作为电弧起始时刻，并根据所述电弧起始时刻确定断路器燃弧时间。

2.根据权利要求1所述的断路器燃弧时间的测量方法，其特征在于，根据所述电弧起始时刻确定断路器燃弧时间的步骤包括：

在进行断路器负载试验时，还获取断路器负载试验过程中的主回路电流曲线；

将所述主回路电流曲线上通流结束对应的时刻作为电弧熄灭时刻；

将电弧熄灭时刻和电弧起始时刻做差，得到所述断路器燃弧时间。

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