CN113466687A - 一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置及方法，包括连接在测试断路器上的容性负载装置，所述测试断路器和容性负载装置之间连接有采样器，所述采样器的输出端连接至控制系统，所述容性负载装置与控制系统连接，所述测试断路器和容性负载装置之间还连接有充电桩。本发明能够大幅降低人力需求，提高试验工作效率。

Description

一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置及方法

技术领域

本发明涉及高压断路器型式试验领域，具体涉及一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置及方法。

背景技术

投切容性负载是电力系统一种常见的操作。交流断路器在开合长距离电缆或是电容器组等容性负载时，可能会引起严重的过电压和涌流，对电网造成很大的威胁，因此IEC和国标早已将容性负载开合试验作为高压断路器型式试验的必试项目。

现有的用于容性电流开合的断路器试验装置，在用于3kV～35kV系统中时，参考GB1984-2014，交流断路器的额定电压(有效值)为3.6kV～40.5kV，额定容性开断电流800A，额定关合涌流20kA，涌流频率为4250Hz。要完成上述试验，负载回路应能够提供足够的可调节的容性负载，调节电感及阻尼电阻。

但是现有的试验回路，受到场地、结构等的影响，容性负荷(电容器)的接入和调节需要人工手动完成，操作繁琐，步骤繁多且重复性大，容易出现失误；容性负荷接入完成后，需要调节系统的参数以达到试验预期波形，系统参数调节过程中，无法动态直观的了解回路各个元件的真实测量数值，无法直接计算需要的线路参数，需要通过投切试验断路器后的录波分析来分析，反复调节线路参数，在调整参数的过程中更多的是需要试验人员的经验，自动化和智能化程度较低，因而大量的时间被用于试验回路搭建和参数调节过程，降低了试验效率。

另外，对于整个试验系统来说，虽然部分引入了电动或气动控制系统回路中元件的投退，对最终采集的波形数据有一定的分析，但在实际系统中由于电容器容量的偏差，自感的变化，回路阻抗并不是一成不变的。为了在试验过程中得到更匹配标准的波形，往往需要反复试验及调节回路参数。

然而，系统参数调节过程中，整个回路都需要启动，试验站多数采用发电机作为电源，通过启动发电机调节线路参数，效率低且经济性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置及方法，以克服现有技术中存在的问题，本发明能够大幅降低人力需求，提高试验工作效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置，包括连接在测试断路器上的容性负载装置，所述测试断路器和容性负载装置之间连接有采样器，所述采样器的输出端连接至控制系统，所述容性负载装置与控制系统连接，所述测试断路器和容性负载装置之间还连接有充电桩；

所述容性负载装置用于根据测试断路器的需求提供容性负载；

所述采样器用于采集试验装置线路的电压电流波形，为控制系统提供数据支持；

所述充电桩用于给容性负载装置充电至设定的电压，并通过充电桩内置的短路放电回路对试验装置进行放电操作；

所述控制系统用于控制容性负载装置提供容性负载；所述控制系统还能够根据采样器采集的电压电流波形，计算振荡频率及对数衰减率，进而计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，并根据计算回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数；所述控制系统还能够提供模拟理论波形和实际波形对比，为判断试验装置性能提供参考。

进一步地，所述容性负载装置有若干电容器模块和若干开关构成，所述电容器模块通过开关的开合来选择投入切除以及不同电容器模块之间的连接方式，为试验提供容性负载。

进一步地，每个所述开关均配置气动或电动操作机构。

一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据测试断路器的试验内容，通过控制系统控制容性负载装置，使容性负载满足试验要求；

步骤二：通过充电桩向容性负载装置加压充电至设定的电压后，随即放电，由采样器采集放电波形，并传递给控制系统；

步骤三：控制系统根据采样器传递的数据，进行频域及时域的转换和分析，计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，并根据回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数。

进一步地，所述采样器采集的放电波形通过模数转换传递给控制系统。

进一步地，所述容性负载装置有若干电容器模块和若干开关构成，所述电容器模块通过开关的开合来选择投入切除以及不同电容器模块之间的连接方式，为试验提供容性负载。

进一步地，所述步骤三还包括：控制系统通过记录及分析每一次试验的数据，形成参数匹配数据库，通过不断积累试验数据，快速的针对不同种类的测试断路器对试验回路进行匹配。

进一步地，所述步骤三还包括：当试验数据与参数匹配数据库中的过往参数或模拟计算参数存在大于允许值的差异，则判定装置内部存在损坏，通过告警及闭锁损坏的电容器模块以及调用备用电容器模块保证试验能够继续进行。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明新增了回路阻抗自动测量计算的能力，控制系统根据采样器传递的数据，进行频域及时域的转换和分析，计算放电波形的振荡频率及对数衰减率，进而计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻。并能够跟参数匹配数据库进行比对，一方面通过计算，推算线路上需要的配合元器件的类型及参数；另一方面通过不断积累试验数据，能够快速的针对不同种类的试品对试验回路进行匹配，从而极大的减小试验操作者的工作量，减少一些机械的重复性劳动，提高试验效率，让试验者有更多精力去关注试验结果分析以及思考相关问题。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

参见图1，本发明提供一种用于中压断路器容性开合电流试验用的智能型电容器装置，该装置新增了回路阻抗自动测量计算的能力，建立参数匹配数据库，一方面通过计算，推算线路上需要的配合元器件的类型及参数；另一方面通过不断积累试验数据，能够快速的针对不同种类的试品对试验回路进行匹配，从而大幅降低人力需求，提高试验工作效率。

该装置有以下特点：

(1)容性负荷(电容器模块)的接入和调节由微动开关控制，通过操动隔离开关操作机构完成。

(2)通过直流充电桩向容性负荷(电容器模块)加压充电至设定的电压后，随即放电，由采样器采样放电波形，通过模数转换传递给控制系统。

(3)控制系统根据采样器传递的数据，进行频域及时域的转换和分析，框算容性负荷的容抗、感抗等参数，并根据预期的试验数据推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数。

(4)控制系统可以通过记录及分析每一次试验的数据，形成参数匹配数据库，通过不断积累试验数据，能够快速的针对不同种类的试品对试验回路进行匹配，同时一旦试验数据与数据库中的过往参数或模拟计算参数存在大于允许值的差异，则判定装置内部存在损坏，通过告警及闭锁损坏的电容器模块以及调用备用电容器模块保证试验能够继续进行。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明的用于3kV～35kV系统中交流断路器额定容性开合电流试验用的智能型容性负载装置由4部分构成：

容性负载装置:由电容器模块和开关构成，电容器模块是由不同容量的电容器单元构成，其总量符合试验最大容量需要，其最小单元构成匹配试验最高精度要求。根据所进行试验的不同，电容器模块可通过开关的开合来选择投入切除以及不同模块之间的连接方式，为试验提供容性负载。电容器是用来提供50Hz下12/24/40.5KV以及60Hz下12/24/52KV的40～160,400A，63～252,630A，80～320A，800A容性负载电流。根据电压电流计算需要的电容量，合理选取电容器模块的构成方式，搭建装置回路，保证装置的电气性能满足试验要求。每个开关均配置气动或者电动操作机构，可以方便的用微动开关等对其进行控制，从而使电容器模块可适应远程控制操作的要求。

采样器：主要负责采集试验装置线路的电压电流波形，为控制系统提供数据支持。

充电桩：给容性负载装置充电使其达到设定的电压，并通过内置的放电回路对装置进行放电操作。

控制系统：控制系统有4项主要功能：①负责控制电容器模块的投切；根据容性负载的组合方式，存储每一种试验电压电流的下电容器模块开关的打开和闭合的开关状态，试验时通过操作界面选择需要的电压电流，系统自动控制电容器模块中每一个开关的状态。②通过采样计算放电波形计算振荡频率及对数衰减率，进而计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻。③根据计算回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数。④提供模拟理论波形和实际波形对比功能，为判断装置性能提供参考。通过记录及分析每一次试验的数据，形成参数匹配数据库，通过不断积累试验数据，能够快速的针对不同种类的试品对试验回路进行匹配，同时一旦试验数据与数据库中的过往参数或模拟计算参数存在大于允许值的差异，则判定装置内部存在损坏，通过告警及闭锁损坏的电容器模块以及调用备用电容器模块保证试验能够继续进行。

本发明功能实现主要包含以下几个步骤：

(1)电容器模块的调节：根据试验内容，在控制系统中选取对应的电压电流，由控制系统控制电容器模块中的开关开断和闭合，使容性负载满足试验要求。

(2)容性负载装置参数测量：用充电桩对容性负载加压，达到一定电压后进行电容器放电，采样器采集线路电压电流波形数据。

(3)回路及阻抗计算：根据采样器采集线路电压电流波形数据，计算放电波形计算振荡频率及对数衰减率，进而计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻。

(4)线路参数计算：根据上一步得到的回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期计算出线路的电阻值及电感值。方便用户调节线路参数，完成试验回路搭建

(5)试验波形对比：在产品实验中，自动计算出理论的试验波形；将采样的试验波形和模拟波形进行比对，为试验者判断数据结果提供参考以及回路性能提供参考依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置，其特征在于，包括连接在测试断路器上的容性负载装置，所述测试断路器和容性负载装置之间连接有采样器，所述采样器的输出端连接至控制系统，所述容性负载装置与控制系统连接，所述测试断路器和容性负载装置之间还连接有充电桩；

所述容性负载装置用于根据测试断路器的需求提供容性负载；

所述采样器用于采集试验装置线路的电压电流波形，为控制系统提供数据支持；

所述充电桩用于给容性负载装置充电至设定的电压，并通过充电桩内置的短路放电回路对试验装置进行放电操作；

所述控制系统用于控制容性负载装置提供容性负载；所述控制系统还能够根据采样器采集的电压电流波形，计算振荡频率及对数衰减率，进而计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，并根据计算回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数；所述控制系统还能够提供模拟理论波形和实际波形对比，为判断试验装置性能提供参考。

2.根据权利要求1所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置，其特征在于，所述容性负载装置有若干电容器模块和若干开关构成，所述电容器模块通过开关的开合来选择投入切除以及不同电容器模块之间的连接方式，为试验提供容性负载。

3.根据权利要求2所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置，其特征在于，每个所述开关均配置气动或电动操作机构。

4.一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，采用权利要求1所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验用装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据测试断路器的试验内容，通过控制系统控制容性负载装置，使容性负载满足试验要求；

步骤二：通过充电桩向容性负载装置加压充电至设定的电压后，随即放电，由采样器采集放电波形，并传递给控制系统；

步骤三：控制系统根据采样器传递的数据，进行频域及时域的转换和分析，计算出回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，并根据回路的阻抗、电容值、固有电感及电阻，结合试验预期推算出线路上需要的配合元器件的类型及参数。

5.根据权利要求4所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，其特征在于，所述采样器采集的放电波形通过模数转换传递给控制系统。

6.根据权利要求4所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，其特征在于，所述容性负载装置有若干电容器模块和若干开关构成，所述电容器模块通过开关的开合来选择投入切除以及不同电容器模块之间的连接方式，为试验提供容性负载。

7.根据权利要求6所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，其特征在于，所述步骤三还包括：控制系统通过记录及分析每一次试验的数据，形成参数匹配数据库，通过不断积累试验数据，快速的针对不同种类的测试断路器对试验回路进行匹配。

8.根据权利要求7所述的一种用于中压交流断路器开合容性负载试验的方法，其特征在于，所述步骤三还包括：当试验数据与参数匹配数据库中的过往参数或模拟计算参数存在大于允许值的差异，则判定装置内部存在损坏，通过告警及闭锁损坏的电容器模块以及调用备用电容器模块保证试验能够继续进行。

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