CN114814568A - 用于真空断路器的关合老练试验装置和老练参数确定方法 - Google Patents

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CN114814568A CN202210744404.6A CN202210744404A CN114814568A CN 114814568 A CN114814568 A CN 114814568A CN 202210744404 A CN202210744404 A CN 202210744404A CN 114814568 A CN114814568 A CN 114814568A
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张然
刘北阳
徐晓东
田阳
黄河
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Abstract

本发明公开了一种用于真空断路器的关合老练试验装置和老练参数确定方法，所述装置包括：储能电容、放电电抗器、关合回路控制开关、金属氧化物限压器和电流互感器；所述方法，包括：获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；基于相电压对应的电容器组背对背关合型式试验关合涌流和第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；基于试第二预击穿时间和实时关合涌流，获取第二预击穿电弧能量；计算第二预击穿电弧能量和第一预击穿电弧能量的比值，确定预击穿能量系数；基于预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。

Description

用于真空断路器的关合老练试验装置和老练参数确定方法
技术领域
本发明涉电气设备试验技术领域，并且更具体地，涉及一种用于真空断路器的关合老练试验装置和老练参数确定方法及系统。
背景技术
真空断路器简单经济，开合能力强，适宜频繁操作。真空断路器关合电容器组时触头容易熔焊，开断电容器组时断口容易出现重击穿，可能引起电容器组击穿、爆炸等恶性事故，威胁设备安全和电网运行。据专业开展老练的电力公司试验站统计，12kV真空断路器重击穿率约0.99%，40.5kV真空断路器重击穿率高达4.79%，实际运行中重击穿率更高。
老练是通过一定的工艺处理，消除灭弧室内部的毛刺、金属和非金属微粒及各种污秽物，改善触头的表面状况，使真空间隙耐电强度大幅提高；还可改变触头表面的晶格结构，降低冷焊力，增加材料的韧性，使触头材料更不容易产生脱落，大大降低真空灭弧室的重击穿率。真空灭弧室老练包括电流老练和电压老练。电流老练一般是用几百至数千安培的电流，通过真空灭弧室的触头间隙形成均匀的扩散型真空电弧，利用电弧的高温去除电极表面的薄层材料，同时消除电极表层中的气体、氧化物和杂质，改善触头表面状况，是效果最好的老练方式。大量实践表明，真空断路器模拟实际开合工况进行老练试验，能够有效降低投运早期的重击穿率并发现有缺陷的产品。真空断路器运行中出现重击穿率升高现象，也可以通过老练试验尝试修复受损触头，恢复真空灭弧室绝缘强度，来降低重击穿率。
《NB/T 42065-2016真空断路器容性电流开合老练试验导则》中提供了两类试验室老练试验回路，分别为直接老练回路和合成老练回路，两者均采用电容器组开合试验回路进行老练，试验回路较复杂，试验成本高，很多断路器生产厂家并不具备搭建条件，因此存在大量出厂老练虚报和不规范的情况，同时因为没有现场老练可用的老练方法及装置，导致实际断路器投运前并不是都很好的开展了老练试验，往往在投运后会出现重击穿。
现有技术一中，灭弧室出厂前，生产厂家一般会对每只灭弧室进行出厂老练，一般采用工频高压老练工艺，部分生产厂还使用直流小电流老练。起初的工频高压老练是在断口两端施加工频高压，使断口发生多次火花放电，持续2-3min，由于放电电流小，每次放电持续时间约500ns，放电点数少，触头老练很不均匀。后来通过在灭弧室两端并联电容的方式改进了工频高压老练，在触头间形成高压击穿时，电容放电会使老练电流的幅值和持续时间增加，但放电的区域并不均匀，且放电能量不易控制，很容易局部损伤触头。直流小电流老练一般只对电容器组断路器专用灭弧室开展，试验时先将触头闭合施加100A直流电流，然后将触头拉开至开距约1.5mm，使直流电弧持续烧蚀电极表面1-2s，消除触头材料表面气体，同时使触头表面Cr颗粒析出而成富集状，在引弧区域使金属熔融后重新冷凝，消除表面加工过程中产生的尖端毛刺等放电弱点，能有效地提高真空灭弧空的耐压强度。但老练解体后发现这种工艺老练不均，通常只能老练30%的触头表面，老练效果有限。缺点为：（1）灭弧室工频高压老练为火花老练，放电能量小老练效果差；（2）灭弧室直流小电流老练容易发生老练不均的问题，通常只能老练30%的触头，老练效果有限；（3）真空断路器实际应用中，真空灭弧室在操动机构的带动下完成分合闸，灭弧室和操动机构的特性均密切影响真空断路器的抗重击穿性能。仅仅对单只灭弧室的出厂老练，不能保证真空断路器整机的性能，无法反映真空断路器的现场运行特性。
现有技术二中，《NB/T 42065-2016真空断路器容性电流开合老练试验导则》中提供了两类整机老练的试验室老练试验回路，分别为直接老练回路和合成老练回路，两者均采用电容器组开合试验回路进行老练。直接老练回路是直接将断路器接入电网进行老练，根据试验方式的不同，分为三相直接老练试验和单相直接老练。现有技术二的缺点是：直接老练和合成老练都是对真空断路器开展的整机老练，直接老练回路是直接将断路器接入电网进行老练，所需的电源容量大只有部分试验站具备试验条件，普通的生产厂家难以配置，难以推广应用。合成老练降低了电源容量需求，但试验回路依旧较复杂，试验成本高，并且不能模拟关合涌流，缺少高压大电流老练过程，老练能量低，效果有限。
综上，电容器组真空断路器现场老练希望能有一种可模拟实际关合电容器组工况的老练试验装置和方法。
发明内容
本发明提出一种用于真空断路器的关合老练试验装置和老练参数确定方法，以解决如何对真空断路器进行关合老练试验的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于真空断路器的关合老练试验装置，所述装置包括：储能电容、放电电抗器、关合回路控制开关、金属氧化物限压器和电流互感器；
其中，所述储能电容的一端与所述放电电抗器的一端相连接，所述放电电抗器的另一端通过所述关合回路控制开关分别与所述金属氧化物限压器的一端和试品断路器的一端相连接，所述试品断路器的另一端与所述电流互感器的一端相连接，所述电流互感器的另一端分别与所述金属氧化物限压器的另一端和储能电容的另一端相连接；
所述储能电容，用于在老练试验中进行放电，以提供试验电压和关合涌流能量；
所述电流互感器，用于测量不同试验电压下的关合涌流；
所述金属氧化物限压器，用于限制试验异常产生的过电压；
所述放电电抗器，用于在所述试品断路器进行关合操作，断口发生预击穿后使储能电容通过放电电抗器振荡放电，产生高频关合涌流。
优选地，其中所述装置还包括：
供电电源，与所述储能电容相连接，用于为所述储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到所述试验电压；
电阻分压器，并联于所述储能电容的两端，用于监测所述储能电容在充电时的电压。
优选地，其中所述试验电压包括：相电压和预设电压，所述预设电压大于等于预设倍数的相电压。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的方法，所述方法包括：
分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；
基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；
基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量；
分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数；
基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
优选地，其中所述方法利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
优选地，其中所述方法利用如下方式确定预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
优选地，其中所述方法还包括：
利用供电电源为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
利用电阻分压器监测所述储能电容两端的电压。
优选地，其中所述基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的系统，所述系统包括：
数据获取单元，用于分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；
第一预击穿电弧能量计算单元，用于基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；
第二预击穿电弧能量计算单元，用于基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量；
预击穿能量系数确定单元，用于分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数；
老练试验电压和电流确定单元，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
优选地，其中所述数据获取单元，利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
优选地，其中所述第一预击穿电弧能量计算单元和第二预击穿电弧能量计算单元，利用如下方式表征预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
优选地，其中所述系统还包括：
供电电源，用于为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
电阻分压器，用于监测所述储能电容两端的电压。
优选地，其中所述老练试验电压和电流确定单元，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种的老练参数确定方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
本发明提供了一种用于真空断路器的关合老练试验装置，包括：储能电容、电阻分压器、放电电抗器、关合回路控制开关、金属氧化物限压器和电流互感器，采用储能电容组成的放电回路形成高频大电流，等效模拟真空断路器电容器组关合涌流，能够高效地实现不同老练强度的试验，能够通过提高试验电压增加预击穿电弧能量，适当降低试验电流，在保证老练强度不变的前提下大幅降低电源容量，实现老练试验装置小型化可移动设计，在真空断路器出厂、物资抽检、现场运维等重要环节中简单有效地开展高压大电流老练。
本发明还提供了一种基于用于真空断路器的关合老练试验装置的老练参数确定方法及系统，包括：分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量；分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数；基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。本发明的方法通过对真空断路器开展高压大能量关合老练试验，并基于预击穿能量系数，确定用于老练试验的老练试验电压和电流，从而能够实现基于老练试验电压和电流有效地进行断路器的老练试验，能够对简便有效地满足真空断路器的出厂老练，以及电网公司的物资抽检和现场运维老练需求提供技术支撑，能够提高真空断路器可靠性，解决重大生产实际问题，技术创新性强，研究应用价值高。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的用于真空断路器的关合老练试验装置100的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的用于真空断路器的关合老练试验装置的示例图；
图3为根据本发明实施方式的典型关合涌流波形的示意图；
图4为根据本发明实施方式的的老练参数确定方法400的流程图；
图5为根据本发明实施方式的确定预击穿时间的示意图；
图6为根据本发明实施方式的12kV关合老练试验回路电流仿真波形示意图；
图7为根据本发明实施方式的试验电压30kV下实测关合涌流波形示意图；
图8为根据本发明实施方式的40.5kV关合老练试验回路电流实测波形示意图；
图9为根据本发明实施方式的的老练参数确定系统900的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的用于真空断路器的关合老练试验装置100的结构示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的用于真空断路器的关合老练试验装置，包括：储能电容、电阻分压器、放电电抗器、关合回路控制开关、金属氧化物限压器和电流互感器，采用储能电容组成的放电回路形成高频大电流，等效模拟真空断路器电容器组关合涌流，能够高效地实现不同老练强度的试验，能够通过提高试验电压增加预击穿电弧能量，适当降低试验电流，在保证老练强度不变的前提下大幅降低电源容量，实现老练试验装置小型化可移动设计，在真空断路器出厂、物资抽检、现场运维等重要环节中简单有效地开展高压大电流老练。本发明实施方式提供的用于真空断路器的关合老练试验装置100，包括：储能电容101、放电电抗器102、关合回路控制开关103、金属氧化物限压器104和电流互感器105；其中，所述储能电容101的一端与所述放电电抗器102的一端相连接，所述放电电抗器102的另一端通过所述关合回路控制开关103分别与所述金属氧化物限压器104的一端和试品断路器的一端相连接，所述试品断路器的另一端与所述电流互感器105的一端相连接，所述电流互感器105的另一端分别与所述金属氧化物限压器104的另一端和储能电容101的另一端相连接。
优选地，所述储能电容101，用于在老练试验中进行放电，以提供试验电压和关合涌流能量。
优选地，所述电流互感器105，用于测量不同试验电压下的关合涌流。
优选地，所述金属氧化物限压器104，用于限制试验异常产生的过电压。
优选地，所述放电电抗器102，用于在所述试品断路器进行关合操作，断口发生预击穿后使储能电容通过放电电抗器振荡放电，产生高频关合涌流。
优选地，其中所述装置还包括：
供电电源，与所述储能电容相连接，用于为所述储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到所述试验电压；
电阻分压器，并联于所述储能电容的两端，用于监测所述储能电容在充电时的电压。
优选地，其中所述试验电压包括：相电压和预设电压，所述预设电压大于等于预设倍数的相电压。
真空断路器关合电容器组时，在断口发生预击穿后会在触头间会产生高幅值、高频预击穿电弧，这既是正常运行工况，也对触头具有很好的电流老练作用。依据是断路器投运初期重击穿率最高，经过一段时间的开合后重击穿率大幅降低，可见运行工况对断路器进行老练是有效的。原理是电弧高温可以消除电极表面层中的气体、氧化物和杂质，改善触头表面状况。
因此，本发明设计了一种用于真空断路器的关合老练试验装置。具体结构如图2所示，用于真空断路器的关合老练试验装置包括：储能电容CS1、放电电抗器L、电阻分压器FY1、关合回路控制开关GK1、金属氧化物限压器MOA和罗氏线圈（作为电流互感器）。其中，试验前试品断路器SP和关合回路控制开关GK1均处于分闸状态，通过供电电源向储能电容供电，直至电阻分压器监测到的电压为试验电压时停止。然后，闭合GK1和SP，以进行老练试验。使用大容量的储能电容CS1作为关合老练电源提供试验电压和关合涌流，关合回路控制开关GK1合闸后，试品断路器SP进行关合操作，断口发生预击穿后CS1通过放电电抗器L振荡放电，在触头间形成如图3所示级高频大电流模拟关合涌流，预击穿时刻到金属短接时刻为预击穿过程，利用此过程中电弧能量对触头进行关合老练。电阻分压器FY1用于监测CS1充电电压，罗氏线圈用于测量关合涌流波形，金属氧化物限压器MOA用于限制试验异常产生的过电压。
其中，试验回路中的最高试验电压不低于3倍相电压，试验电流参考关合电容器组型式试验关合涌流，同时为了避免过度老练适当降低，选择峰值为3kA-5kA可调，频率约3kHz。试验电压和电流应根据试品断路器的不同状态进行调整。
图4为根据本发明实施方式的的老练参数确定方法400的流程图。如图4所示，本发明实施方式提供的基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的方法，通过对真空断路器开展高压大能量关合老练试验，并基于预击穿能量系数，确定用于老练试验的老练试验电压和电流，从而能够实现基于老练试验电压和电流有效地进行断路器的老练试验，能够对简便有效地满足真空断路器的出厂老练，以及电网公司的物资抽检和现场运维老练需求提供技术支撑，能够提高真空断路器可靠性，解决重大生产实际问题，技术创新性强，研究应用价值高。本发明实施方式提供的基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的方法400，从步骤401处开始，在步骤401，分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流。
优选地，其中所述方法利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
优选地，其中所述方法还包括：
利用供电电源为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
利用电阻分压器监测所述储能电容两端的电压。
在本发明的实施方式中，利用如上所述的用于真空断路器的关合老练试验装置进行老练试验，以获取不同试验电压下的击穿时间和关合涌流。具体地，首先，在每一次老练试验前，断开GK1和SP，利用供电电源为储能电容充电，并利用电阻分压器监测所述储能电容两端的电压，直至纯电容两端的电压达到试验电压时停止；然后，闭合GK1和SP，以对断路器进行老练，在老练试验过程中测量试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间，从而获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流。其中，相电压对应的关合涌流为已知，依据国标要求关合电容器组试验电压为相电压、关合涌流I1为20kA/4250Hz、衰减系数不低于0.75。
在步骤402，基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量。
在步骤403，基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量。
优选地，其中所述方法利用如下方式确定预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
在步骤404，分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数。
在步骤405，基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
优选地，其中所述基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
本发明中利用断路器关合预击穿过程中高频电弧开展老练，电弧能量直接决定老练效果，因此，本发明提出使用预击穿电弧能量为老练有效性判据。定义预击穿能量系数k为老练试验中预击穿电弧能量与型式试验规定的关合涌流波形下预击穿电弧能量的比值。
依据国标要求关合电容器组试验电压为相电压、关合涌流I1为20kA/4250Hz、衰减系数不低于0.75，假设相电压下预击穿时间为t1，电弧电压为U1，则型式试验中预击穿电弧能量为∫U1*I1*t1。老练试验中，设计试验电流I2幅值可调、频率与型式试验接近，假设试验电压下预击穿时为t2，电弧电压为U2，则老练试验中预击穿电弧能量为∫U2*I2*t2。由于预击穿都是在断路器触头小开距下发生的，考虑到小开距时不同涌流下真空介质中电弧电压的变化不大，可采用关合涌流与预击穿时间的积分来表示预击穿电弧能量，按公式1计算k：
k=(∫I2* t2)/(∫I1* t1) （1）
其中，I1采用国标中规定的参数；I2可在试验中测量获得；t1和t2受断路器机械特性影响较大，获得方法如图5所示，试验前测量断路器合闸时间，老练过程中测量断路器合闸线圈电流与关合涌流，二者出现偏差的时间为关合时间，合闸时间与关合时间之差即为预击穿时间。
试验中通过计算k评价老练是否有效，型式试验设计为最严苛工况，有可能对触头造成损伤，老练试验中应酌情降低预击穿电弧能量，试验中k在30%-60%范围内，可认为老练有效，即达到老练目的又不造成触头损伤。若k值低于30%则存在欠老练风险，若k值高于60%则存在过老练风险。
在本发明中，基于上述通过对比预击穿电弧能量进行老练有效性评估。本发明提出了模拟实际关合电容器组工况的可移动老练试验方法。通过适当提高试验电压以增加预击穿时间，适当降低涌流幅值的方法，提高涌流能量利用率，从而在保证涌流电弧能量不变的前提下，大幅降低电源容量，达到试验检测装置小型化、紧凑化目的实现可移动老练。
具体试验参数选择方法为：
①在试验电压为相电压下测量预击穿时间，根据关合涌流型式试验波形在实测预击穿时间内积分获得型式试验预击穿电弧能量（即第一预击穿电弧能量）；
②在试验电压为不同预设电压下实测预击穿时间及涌流波形，计算第二预击穿电弧能量；
③根据第二预击穿电弧能量和第一预击穿电弧能量的比值，获得不同预设电压下的预击穿能量系数k；
④选取能量系数k位于30%-60%时对应的预设电压为老练试验电压，并基于老练试验电压和回路的阻抗确定老练试验电流。基于老练试验电压和老练试验电流可以对试品断路器有效地进行老练。
在试验中，通过调节预击穿电弧能量实现调节老练强度，具体试验中可以通过适当提高电压，增加断路器预击穿时间、降低电流幅值和频率，即可产生接近实际最大关合涌流能量的预击穿电弧，对灭弧室进行有效电流老练，又可以防止预击穿电弧能量过大影响触头寿命，同时还能减小试验回路容量及尺寸。
在本发明中，依据本发明中提出的真空断路器模拟关合涌流的老练试验方法，设计了12kV和40.5kV电容器组真空断路器高压大容量老练试验回路，具体如下。
1）12kV老练试验回路设计
试验回路采用如图2所示电路拓扑，设计最高工作电压为50kV，关合涌流为3300Hz、0-5kApeak连续可调，选择Cs1=5μF，L=0.4mH，试验电压45kV时仿真关合涌流波形如图6所示，峰值4.91kA，可以通过试验电压线性调整关合涌流。
采用山东泰开真空公司VS1-12断路器作为试品仅关合老练，图7中给出了典型关合涌流波形（试验电压35kV），关合涌流峰值为3.85kA，预击穿时间为2.6ms。发生预击穿后，断口电压跌落至零，产生衰减振荡的关合涌流，频率3300Hz。试验中实测相电压下预击穿时间为0.7-0.9ms，计算得到型式试验下预击穿电弧能量为10C，以此为基础试验获得了不同试验电压下预击穿时间并计算了预击穿电弧能量系数k，如表1所示，试验电压35±5kV时，k达到30%-60%，符合老练有效性控制要求。其中，在每个实验电压下进行多次测量，从而获取到不同的预击穿时间、预击穿电弧能量和预击穿电弧能量系数。
表1 不同试验电压下预击穿电弧能量及k
Figure 939861DEST_PATH_IMAGE002
2）40.5kV老练试验回路设计
试验回路采用如图2所示电路拓扑，设计最高工作电压为120kV，关合涌流为2900Hz、0-5kApeak连续可调，选择Cs1=3μF，L=1mH。采用一台ZN85型真空断路器进行不同试验电压下关合老练试验，试验电压60kV时实测关合涌流波形如图8所示，峰值3.18kA、预击穿时间3.5ms，可以通过试验电压线性调整关合涌流及预击穿时间。实测相电压下预击穿时间约1.2ms，计算得型式试验下预击穿电弧能量11.5C，以此为基础不同试验电压下预击穿时间并计算了预击穿电弧能量系数k，如表2所示，试验电压60±10kV时，k达到30%-60%，符合老练有效性控制要求。其中，在每个实验电压下进行多次测量，从而获取到不同的预击穿时间、预击穿电弧能量和预击穿电弧能量系数，然后取平均值，并根据平均值进行老练有效性的判断。
表2 不同试验电压下预击穿电弧能量及k
Figure DEST_PATH_IMAGE003
本发明国际首次提出模拟实际电容器组开合工况的可移动式老练方法。以预击穿电弧能量作为关合老练强度表征参量，通过适当提高试验电压、可增加预击穿时间、降低试验电流，从而在保证关合老练强度的同时降低电源容量，实现装置紧凑化、小型化。基于本发明研制的12kV可移动老练试验装置，长*宽*高为2.3m*1.13m*1.48m，重量约400kg，包含所有试验、控制和测量设备，可以方便移动到现场开展老练试验；40.5kV可移动老练试验装置，长*宽*高为为3.00m*1.80m*1.96m包含所有试验、控制和测量设备，可以方便移动到现场开展老练试验。
基于本发明的可移动老练试验装置可以简便有效地满足真空断路器的出厂老练，以及电网公司的物资抽检和现场运维老练需求。本发明有效解决了制造出难以配置试验室老练回路，以及运维现场无法配置试验室老练回路的难题，提高了电容器组真空断路器可靠性，解决重大生产实际问题，技术创新性强，研究应用价值高。随着电网的发展，电容器组真空断路器装用量不断增大，可靠性要求不断提高，各电网公司、真空断路器生产厂、乃至试验研究单位对于可移动式老练试验装置均有强烈的需求。本发明具有重大社会效益及显著经济效益。
图9为根据本发明实施方式的的老练参数确定系统900的结构示意图。如图9所示，本发明实施方式提供的基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的系统900，包括：数据获取单元901、第一预击穿电弧能量计算单元902、第二预击穿电弧能量计算单元903、预击穿能量系数确定单元904和老练试验电压和电流确定单元905。
优选地，所述数据获取单元901，用于分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流。
优选地，其中所述数据获取单元901，利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
优选地，其中所述系统还包括：
供电电源，用于为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
电阻分压器，用于监测所述储能电容两端的电压。
优选地，所述第一预击穿电弧能量计算单元902，用于基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量。
优选地，所述第二预击穿电弧能量计算单元903，用于基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量。
优选地，其中所述第一预击穿电弧能量计算单元902和第二预击穿电弧能量计算单元903，利用如下方式确定预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
优选地，所述预击穿能量系数确定单元904，用于分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数。
优选地，所述老练试验电压和电流确定单元905，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
优选地，其中所述老练试验电压和电流确定单元1205，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
本发明的实施例的定真空短路器的老练试验电压和电流的系统900与本发明的另一个实施例的定真空短路器的老练试验电压和电流的方法400相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于真空断路器的关合老练试验装置，其特征在于，所述装置包括：储能电容、放电电抗器、关合回路控制开关、金属氧化物限压器和电流互感器；
其中，所述储能电容的一端与所述放电电抗器的一端相连接，所述放电电抗器的另一端通过所述关合回路控制开关分别与所述金属氧化物限压器的一端和试品断路器的一端相连接，所述试品断路器的另一端与所述电流互感器的一端相连接，所述电流互感器的另一端分别与所述金属氧化物限压器的另一端和储能电容的另一端相连接；
所述储能电容，用于在老练试验中进行放电，以提供试验电压和关合涌流能量；
所述电流互感器，用于测量不同试验电压下的关合涌流；
所述金属氧化物限压器，用于限制试验异常产生的过电压；
所述放电电抗器，用于在所述试品断路器进行关合操作，断口发生预击穿后使储能电容通过放电电抗器振荡放电，产生高频关合涌流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
供电电源，与所述储能电容相连接，用于为所述储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到所述试验电压；
电阻分压器，并联于所述储能电容的两端，用于监测所述储能电容在充电时的电压。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验电压包括：相电压和预设电压，所述预设电压大于等于预设倍数的相电压。
4.一种基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的方法，其特征在于，所述方法包括：
分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；
基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；
基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量；
分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数；
基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式确定预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用供电电源为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
利用电阻分压器监测所述储能电容两端的电压。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
9.一种基于用于真空断路器的关合老练试验装置确定真空断路器的老练参数的系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取单元，用于分别在不同试验电压下进行储能电容的放电，获取试品断路器在试验电压为相电压下的第一预击穿时间和在试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流；
第一预击穿电弧能量计算单元，用于基于所述相电压对应的电容器组背对背型式试验关合涌流和所述第一预击穿时间，获取第一预击穿电弧能量；
第二预击穿电弧能量计算单元，用于基于试验电压为不同预设电压下的第二预击穿时间和实时关合涌流，获取不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量；
预击穿能量系数确定单元，用于分别计算不同预设电压对应的第二预击穿电弧能量和所述第一预击穿电弧能量的比值，以获得不同预设电压对应的预击穿能量系数；
老练试验电压和电流确定单元，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据获取单元，利用如下方式确定预击穿时间，包括：
在试验前测量所述试品断路器的合闸时间，在老练试验过程中测量所述试品断路器的合闸线圈电流和关合涌流，并根据合闸线圈电流和关合涌流不一致的时间确定关合时间，并根据所述合闸时间和关合时间的差值确定预击穿时间。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一预击穿电弧能量计算单元和第二预击穿电弧能量计算单元，利用如下方式表征预击穿电弧能量，包括：
P=∫I* t，
其中，P为预击穿电弧能量；I为关合涌流；t为预击穿时间。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
供电电源，用于为储能电容充电，以使得所述储能电容的电压达到试验电压；
电阻分压器，用于监测所述储能电容两端的电压。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述老练试验电压和电流确定单元，用于基于所述预击穿能量系数确定用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压及老练试验电流，包括：
选取处于预设范围的预击穿能量系数对应的试验电压为用于对所述试品断路器进行老练的老练试验电压；
根据所述老练试验电压和回路阻抗的比值，确定老练试验电流。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求4-8中任一项所述方法的步骤。
15. 一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求14中所述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
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