CN113764217A - 一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法 - Google Patents

一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，本发明旨在通过测量老炼过程中真空灭弧室击穿电压的变化趋势判断老炼能量是否过大或过小，自动调节限流电阻和并联电容使老炼能量达到不出现“去老炼”现象的临界值，该临界值为保证不破坏电极表面的最大老炼能量，即最优老炼能量，在最大程度上去除电极表面的绝缘薄弱点并提升真空间隙的绝缘性能，解决了现有真空灭弧室在电压老炼过程中出现老炼不充分以及“去老炼”的问题，使真空灭弧室的绝缘强度能够老炼到更高的水平。

Description

一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法
技术领域
本发明属于真空灭弧室老炼技术领域，具体涉及一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法。
背景技术
随着真空断路器在整个电力系统中的应用迅速发展，真空灭弧室作为真空断路器的核心部件，其绝缘性能的要求也不断提高。为了提高真空灭弧室的绝缘性能，需要对真空灭弧室进行充分的老炼去除电极表面残留的气体、杂志和加工毛刺，“钝化”电极表面，使得真空灭弧室内部的真空间隙达到其最佳的绝缘性能。
真空灭弧室的主要老炼方法包括电压老炼和电流老炼。对于电压老炼，其原理是在真空灭弧室两端施加一定的高电压，真空间隙阴极表面上的微凸起处电场集中，由于电场强度较高而场致发射出高能电子束，高能电子束撞击在阳极表面，使得阳极表面局部的温度剧增至气化，同时场致发射产生的高温使得阴极表面的局部也发生气化。经过这一过程，电极表面上的微凸起、微观粒子以及吸附气体都会被移除，从而提高真空灭弧室的绝缘性能。在电压老炼中，脉冲电压火花老炼的效果显著优于工频电压火花老炼和辉光放电老炼。
目前，真空灭弧室在脉冲电压老炼过程中往往不控制老炼能量，这种情况下若老炼能量过小，导致电极表面的绝缘弱点不能完全去除，造成老炼不充分而无法达到其最优的绝缘性能；如果老炼能量过大，可能导致电极表面出现较大的凹陷并溅射出的金属微粒，产生更多的绝缘弱点，因此将出现“去老炼”现象而降低真空灭弧室的绝缘性能。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，利用老炼过程中真空灭弧室击穿电压的变化趋势判断老炼能量是否过大或过小，自动调节限流电阻和并联电容使老炼能量达到不出现“去老炼”现象的临界值，该临界值为保证不破坏电极表面的最大老炼能量，即最优老炼能量，能够在最大程度上去除电极表面的绝缘薄弱点并提升真空间隙的绝缘性能，解决了现有真空灭弧室在电压老炼过程中出现老炼不充分以及“去老炼”的问题，使真空灭弧室的绝缘强度能够老炼到更高的水平。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，采用击穿降压、未击穿升压的脉冲电压施加方式，测量老炼过程中真空灭弧室击穿电压的变化趋势判断老炼能量是否过大或过小，自动调节限流电阻和并联电容使老炼能量达到其最优值，在最大程度上去除电极表面的绝缘薄弱点并提升真空间隙的绝缘性能；
所述一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据真空灭弧室的电压等级，确定老炼起始脉冲电压峰值Uc(0)，其值为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P1倍，P1的取值范围为20％-50％；
Uc(0)＝P1·UL (1)
步骤2：根据老炼起始脉冲电压，调节起始老炼能量为Qc(0)，Qc(0)的取值范围为1-10J；若脉冲电压源输出的能量大于Qc(0)，则在脉冲源输出端串联限流电阻降低老炼能量；若输出的能量小于Qc(0)，则在真空灭弧室试品两端并联电容增加老炼能量；
步骤3：逐次施加脉冲电压至真空灭弧室试品，利用分压器测量真空灭弧室试品的击穿电压，利用电流互感器测量流过真空灭弧室试品的击穿电流Ib(n)；若检测到流过真空灭弧室试品的电流峰值超过击穿电流临界值Ibc，则判定真空灭弧室试品发生击穿，否则判定真空灭弧室试品耐受住脉冲电压，Ibc的取值范围为10-20mA；
Ib(n)≥Ibc (2)
若试品发生击穿，下一次老炼施加的脉冲电压幅值降低ΔU：
Uc(n+1)＝Uc(n)-ΔU (3)
其中电压梯度ΔU为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P2倍，P2的取值范围为1％-4％；
ΔU＝P2·UL (4)
若试品耐受住脉冲电压，下一次老炼施加的脉冲电压幅值增加ΔU：
Uc(n+1)＝Uc(n)+ΔU (5)
步骤4：统计老炼过程中击穿电压的变化曲线以及最大击穿电压Ubmax，通过测量得到的击穿电压Ub(n)与击穿电流Ib(n)波形计算该次老炼的能量Qc(n)：
Qc(n)＝∫(Ub(n)·Ib(n))dt (6)
若击穿电压下降到当前最大击穿电压Ubmax的P3倍时，则判定出现了“去老炼”，P3的取值范围为70％-90％；
Uc≤P3·Ucmax (7)
此时通过增加限流电阻或降低并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)降低至该次老炼能量Qc(n)的P4倍，P4的取值范围为80％-90％；同时，重新统计击穿电压的变化曲线以及最大击穿电压Ubmax；
Qc(n+1)＝P4·Qc(n) (8)
步骤5：若从开始老炼至此尚未出现“去老炼”，则判定老炼能量较低，通过降低限流电阻或增加并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)增加至该次老炼能量Qc(n)的P5倍，P5的取值范围为105％-120％；如若出现了一次“去老炼”，则不再增加老炼能量；这使得老炼能量逐渐调节至不出现“去老炼”现象的临界值，该临界值为保证不破坏电极表面的最大老炼能量，即最优老炼能量；
Qc(n+1)＝P5·Qc(n) (9)
步骤6：若在连续Ns次老炼实验中真空灭弧室试品的最高击穿电压Ubmax不再增加并且在此过程中未出现“去老炼”的现象，则判定真空灭弧室试品的绝缘性能已经老炼至最优，老炼结束，Ns的取值范围为300-500。
优选的，所述老炼能量的自动控制采用编程实现，输入测量所得的击穿电压和击穿电流，输出调节限流电阻和并联电容的控制信号。
优选的，所述施加脉冲电压的波形采用标准雷电冲击电压。
优选的，所述限流电阻采用滑动变阻器，通过控制滑片的位置平滑地调节电阻值，或采用多档电阻模块，通过控制各个电阻档位的开关切换电阻值。
优选的，所述并联电容采用多档电容模块，通过控制各个电容档位的开关切换电容值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，利用老炼过程中真空灭弧室击穿电压的变化趋势判断老炼能量是否过大或过小，自动调节限流电阻和并联电容使老炼能量达到不出现“去老炼”现象的临界值，该临界值为保证不破坏电极表面的最大老炼能量，即最优老炼能量，能够在最大程度上去除电极表面的绝缘薄弱点并提升真空间隙的绝缘性能。解决了现有真空灭弧室在电压老炼过程中出现老炼不充分以及“去老炼”的问题，使真空灭弧室的绝缘强度能够老炼到更高的水平。
附图说明
图1是本发明的自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法的流程图。
图2是本发明的自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法的实验电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，在老炼开始前首先根据真空灭弧室的电压等级，确定脉冲电压源输出的老炼起始电压峰值Uc(0)以及电压梯度ΔU，其中老炼起始电压峰值Uc(0)为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P1倍，P1的取值范围为20％-50％；电压梯度ΔU为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P2倍，P2的取值范围为1％-4％。
Uc(0)＝P1·UL (1)
ΔU＝P2·UL (2)
其次根据设定的老炼起始电压，调节起始老炼能量为Qc(0)，Qc(0)的取值范围为1-10J。若脉冲电压源输出的能量大于Qc(0)，则在脉冲源输出端串联限流电阻降低老炼能量；若输出的能量小于Qc(0)，则在真空灭弧室试品两端并联电容增加老炼能量。完成上述老炼准备工作以后，开始老炼实验，逐次施加脉冲电压至试品，利用分压器测量真空灭弧室试品的击穿电压，利用电流互感器测量流过真空灭弧室试品的击穿电流Ib(n)。若检测到流过真空灭弧室试品的电流峰值超过击穿电流临界值Ibc，则判定试品发生击穿，否则判定试品耐受住脉冲电压，Ibc的取值范围为10-20mA。
Ib(n)≥Ibc (3)
若试品发生击穿，下一次老炼施加的脉冲电压降低ΔU；若试品耐受住脉冲电压没有发生击穿，下一次老炼施加的脉冲电压增加ΔU。无论是否发生击穿，都存储测量得到的击穿电压峰值并统计击穿电压变化曲线以及最大击穿电压Ubmax。同时，通过测量得到的击穿电压Ub(n)与击穿电流Ib(n)波形计算该次老炼的能量Qc(n)。
Qc(n)＝∫(Ub(n)·Ib(n))dt (4)
若击穿电压下降到当前最大击穿电压Ubmax的P3倍时，则判定出现了“去老炼”，P3的取值范围为70％-90％。此时通过增加限流电阻或降低并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)降低至该次老炼能量Qc(n)的P4倍，P4的取值范围一般为80％-90％。同时，清空现存储的击穿电压数据，重新统计击穿电压变化曲线以及Ubmax。
Uc≤P3·Ucmax (5)
Qc(n+1)＝P4·Qc(n) (6)
若从开始老炼至此尚未出现“去老炼”，则认为老炼能量较低，通过降低限流电阻或增加并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)增加至该次老炼能量Qc(n)的P5倍，P5的取值范围一般为105％-120％。如果出现了一次“去老炼”，则不再增加老炼能量。
Qc(n+1)＝P5·Qc(n) (7)
若在连续Ns次老炼实验中试品的最高击穿电压Ubmax不再增加并且在此过程中未出现“去老炼”的现象，则判定试品的绝缘性能已经老炼至最优，老炼结束，Ns的取值范围为300-500。
图2是本发明的自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法的实验电路示意图。如图2所示，脉冲电压源经过可变限流电阻连接至真空灭弧室试品的一端，真空灭弧室试品的另一端接地，在真空灭弧室试品的接地端配置有测量击穿电流的电流互感器。真空灭弧室试品同时与测量击穿电压的分压器和调节老炼能量的电容模块并联。分压器与电流互感器测得的数据通过信号线输入到控制模块中，控制模块根据测量所得的击穿电压和击穿电流计算出下一次老炼实验的施加电压以及老炼能量，并输出控制信号至脉冲电压源、可变限流电阻和并联电容模块调节施加电压和老炼能量。
本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的充气式开关柜接地装置做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，其特征在于：采用击穿降压、未击穿升压的脉冲电压施加方式，测量老炼过程中真空灭弧室击穿电压的变化趋势判断老炼能量是否过大或过小，自动调节限流电阻和并联电容使老炼能量达到其最优值，在最大程度上去除电极表面的绝缘薄弱点并提升真空间隙的绝缘性能；
所述一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，具体包括如下步骤：
步骤1：根据真空灭弧室的电压等级，确定老炼起始脉冲电压峰值Uc(0)，其值为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P1倍，P1的取值范围为20％-50％；
Uc(0)＝P1·UL (1)
步骤2：根据老炼起始脉冲电压，调节起始老炼能量为Qc(0)，Qc(0)的取值范围为1-10J；若脉冲电压源输出的能量大于Qc(0)，则在脉冲源输出端串联限流电阻降低老炼能量；若输出的能量小于Qc(0)，则在真空灭弧室试品两端并联电容增加老炼能量；
步骤3：逐次施加脉冲电压至真空灭弧室试品，利用分压器测量真空灭弧室试品的击穿电压，利用电流互感器测量流过真空灭弧室试品的击穿电流Ib(n)；若检测到流过真空灭弧室试品的电流峰值超过击穿电流临界值Ibc，则判定真空灭弧室试品发生击穿，否则判定真空灭弧室试品耐受住脉冲电压，Ibc的取值范围为10-20mA；
Ib(n)≥Ibc (2)
若试品发生击穿，下一次老炼施加的脉冲电压幅值降低ΔU：
Uc(n+1)＝Uc(n)-ΔU (3)
其中电压梯度ΔU为该电压等级真空灭弧室标准雷电冲击耐受电压UL的P2倍，P2的取值范围为1％-4％；
ΔU＝P2·UL (4)
若试品耐受住脉冲电压，下一次老炼施加的脉冲电压幅值增加ΔU：
Uc(n+1)＝Uc(n)+ΔU (5)
步骤4：统计老炼过程中击穿电压的变化曲线以及最大击穿电压Ubmax，通过测量得到的击穿电压Ub(n)与击穿电流Ib(n)波形计算该次老炼的能量Qc(n)：
Qc(n)＝∫(Ub(n)·Ib(n))dt (6)
若击穿电压下降到当前最大击穿电压Ubmax的P3倍时，则判定出现了“去老炼”，P3的取值范围为70％-90％；
Uc≤P3·Ucmax (7)
此时通过增加限流电阻或降低并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)降低至该次老炼能量Qc(n)的P4倍，P4的取值范围为80％-90％；同时，重新统计击穿电压的变化曲线以及最大击穿电压Ubmax；
Qc(n+1)＝P4·Qc(n) (8)
步骤5：若从开始老炼至此尚未出现“去老炼”，则判定老炼能量较低，通过降低限流电阻或增加并联电容将下一次老炼的能量Qc(n+1)增加至该次老炼能量Qc(n)的P5倍，P5的取值范围为105％-120％；如若出现了一次“去老炼”，则不再增加老炼能量；这使得老炼能量逐渐调节至不出现“去老炼”现象的临界值，该临界值为保证不破坏电极表面的最大老炼能量，即最优老炼能量；
Qc(n+1)＝P5·Qc(n) (9)
步骤6：若在连续Ns次老炼实验中真空灭弧室试品的最高击穿电压Ubmax不再增加并且在此过程中未出现“去老炼”的现象，则判定真空灭弧室试品的绝缘性能已经老炼至最优，老炼结束，Ns的取值范围为300-500。
2.根据权利要求1所述的一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，其特征在于：所述老炼能量的自动控制采用编程实现，输入测量所得的击穿电压和击穿电流，输出调节限流电阻和并联电容的控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，其特征在于：所述施加脉冲电压的波形采用标准雷电冲击电压。
4.根据权利要求1所述的一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，其特征在于：所述限流电阻采用滑动变阻器，通过控制滑片的位置平滑地调节电阻值，或采用多档电阻模块，通过控制各个电阻档位的开关切换电阻值。
5.根据权利要求1所述的一种自动调节老炼能量的真空灭弧室脉冲电压老炼方法，其特征在于：所述并联电容采用多档电容模块，通过控制各个电容档位的开关切换电容值。
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