CN209132334U - 一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力测试技术领域，特别是一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，包括直流电压输出模块，电气量测量模块，运算模块；直流电压输出模块：输出直流脉冲方波电压，导通分、合闸线圈回路；电气量测量模块：用来检测分、合闸线圈回路中航空插排两端子间的电压波形，辅助电阻R0两端的电压波形以及分、合闸线圈回路中电流波形；运算模块：根据电气量测量模块检测到的电气量数值计算分、合闸线圈直流电阻值。采用上述结构后，能够在时间继电器设定的通电时间内快速准确地测量出线圈直阻，可以有效地避免开关分合闸暂态过程中无法获取实时电气量这一缺陷，适用性能明显提升。

Description

一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置

技术领域

本实用新型涉及电力测试技术领域，特别是一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置。

背景技术

真空断路器分、合闸线圈作为分合、闸回路中的重要部件，与断路器的可靠动作密切相关。当电力系统发生事故时，如果高压真空断路器因分闸回路故障而出现拒动现象，将造成越级分闸，严重扩大事故，致使大面积停电。而当合闸回路故障导致断路器无法可靠合闸时，将使线路无法恢复供电，严重影响供电可靠性。分、合闸线圈直流电阻作为该部件最重要的电气参数，决定着分、合闸脱扣器的工作性能。因此，真空断路器交接试验标准中要求必须准确测定分、合闸线圈直流电阻，只有合适的分合闸线圈直流电阻，才能保证断路器正常可靠工作。

传统的测试方案是采用“直测法”对10kV真空断路器分合闸线圈直流电阻进行测试，即通过拆卸断路器面板，拆解出分、合闸线圈的出线端子，而后通过出线端子利用万用表直接测量线圈电阻。利用“直测法”测试线圈直流电阻，一方面测试效率低下，所需时间成本及劳动成本较高；另一方面该方法适用范围较小，只适用于盖板可拆卸式断路器的线圈直流电阻测试。目前变电站的很多真空断路器电压等级为35kV，此电压等级断路器盖板即使拆卸盖板后也无法拆解出分、合闸线圈的出线端子进行测量，因此“直测法”已经完全无法适用。高压真空断路器分、合闸线圈电气原理图如图1a和图1b 所示。基于该电气原理图分析可知，线圈回路存在的整流桥会影响整个测量回路的导通状况，二极管的导通压降会影响线圈直流电阻测试结果，且由于整个回路中存在时间继电器，其限制的通电时间在250ms左右，超过该时间后立即切断通电回路，故而如何在极短的时间内测量得到线圈电阻值是一大难点。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种准确、高效且可靠的真空断路器直流电阻测量装置。

为解决上述的技术问题，本实用新型的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，包括直流电压输出模块，电气量测量模块，滤波放大单元，运算模块；

直流电压输出模块：输出直流脉冲方波电压，导通分、合闸线圈回路；

电气量测量模块：用来检测分、合闸线圈回路中航空插排两端子间的电压波形，辅助电阻R₀两端的电压波形以及分、合闸线圈回路中电流波形；

滤波放大模块：用来滤除电气量测量模块检测到的电气量数值的杂质信号并且进行放大；

运算模块：根据滤波放大模块放大后的电气量数值计算分、合闸线圈直流电阻值。

优选的，所述电气量测量模块包括用来测量、记录及显示航空插头两端子间电压波形的电压测量模块B₁，用来测量、记录及显示辅助电阻R₀两端的电压波形的电压测量模块B₂，用于测量、记录及显示分合闸线圈回路导通后电流波形的电流测量模块B₃。

优选的，所述辅助电阻R₀具有大小不同的五挡电阻值可供切换，第一挡的电阻值为R_{0_1}，第二挡的电阻值为R_{0_2}，第三挡的电阻值为R_{0_3}，第四挡的电阻值为R_{0_4}，第五挡的电阻值为R_{0_5}，电阻值的切换由外部选择开关实现。

优选的，通过外部选择开关进行阻值调节过程中，同时观察电压测量模块 B₁和电压测量模块B₂所显示实时电压，两者电压幅值之比接近于20:1；对于 35kV开关柜而言，两者电压幅值之比接近于25:1。

优选的，所述直流电压输出模块每隔时间△t输出一次脉冲直流方波电压，假设相邻两次试验电压幅值分别为U_i1、U_i2，其幅值差应满足：U_i2-U_i1≥5V。

优选的，所述滤波放大模块包括级联的差动放大电路和电压滤波放大电路，所述差动放大电路的基准为0℃时标准电阻的分压值。

采用上述结构后，本实用新型可以实现在不拆卸真空断路器面板的方式下测试内部分合闸线圈直流电阻，因此本装置对10kV及35kV真空断路器均有很好的兼容性；本装置能够有效消除分合闸电路中二极管导通压降对直阻测量结果产生的不利影响；本装置能够在时间继电器设定的通电时间内快速准确地测量出线圈直阻，可以有效地避免开关分合闸暂态过程中无法获取实时电气量这一缺陷，适用性能明显提升；另外，通过增加滤波放大模块可以提高电压、电流测量的准确性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1a为合闸回路电气原理图。

图1b为分闸回路电气原理图。

图2为真空断路器分合闸线圈动作简化原理图。

图3为直流电阻装置测量模块原理接线图。

图4为辅助电阻结构图。

图5a为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第一次实验航空插排端子电压示波器示意图。

图5b为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第一次实验标准电阻两端电压示波器示意图。

图5c为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第二次实验航空插排端子电压示波器示意图。

图5d为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第二次实验标准电阻两端电压示波器示意图。

图5e为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第三次实验航空插排端子电压示波器示意图。

图5f为本实用新型分闸线圈直流电阻测试第三次实验标准电阻两端电压示波器示意图。

图6为本实用新型滤波放大模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1a和图1b所示，对于测试分闸线圈直流电阻时，试验接线在航空插排所连接的端子为端子31和端子30，且端子31上所加电压为正极性，端子30上所加电压为负极性；对于测试合闸线圈直流电阻时，试验接线在航空插排所连接的端子为端子4和端子14，且端子14上所加电压为正极性，端子4上所加电压为负极性。

如图2所示，对于分闸回路，其工作时，分合闸位置辅助开关为闭合状态；对于合闸回路，其工作时，合闸闭锁限位开关与分合闸位置辅助开关均为闭合状态；由于线圈处于导通状态时，直流回路中所有开关均处于闭合状态，将所有开关省略，得到简化后的真空断路器分、合闸动作原理过程。合闸过程与分闸过程相似，均是从插排端子输入交流电压，通过整流回路完成交直流转换，输出的直流电流达到线圈动作值，完成分、合闸操作。由于导通时线圈通过电流较大，为了防止线圈烧毁，会加入时间继电器，导通时间达到设定值(大约在250ms左右)时，回路断开，线圈失电。整流部分本质上是一个单相桥式全波整流电路。

如图3所示，本实用新型的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，包括直流电压输出模块，电气量测量模块，运算模块；

直流电压输出模块：输出直流脉冲方波电压，导通分、合闸线圈回路。其幅值调节范围为0-50V、持续时间调节范围为0-400ms。每隔时间△t输出一次脉冲直流方波电压，假设相邻两次试验电压幅值分别为U_i1、U_i2，其幅值差应满足：U_i2-U_i1≥5V。

电气量测量模块：用来检测分、合闸线圈回路中航空插排两端子间的电压波形，辅助电阻R₀两端的电压波形以及分、合闸线圈回路中电流波形。其中，所述电气量测量模块包括用来测量、记录及显示航空插头两端子间电压波形的电压测量模块B₁，用来测量、记录及显示辅助电阻R₀两端的电压波形的电压测量模块B₂，用于测量、记录及显示分合闸线圈回路导通后电流波形的电流测量模块B₃。

滤波放大模块：用来滤除电气量测量模块检测到的电气量数值的杂质信号并且进行放大；

运算模块：根据滤波放大模块放大后的电气量数值计算分、合闸线圈直流电阻值。

如图6所示，所述滤波放大模块包括级联的差动放大电路和电压滤波放大电路，所述差动放大电路的基准为0℃时标准电阻的分压值。本实施例中差动放大电路部分的放大器和电压滤波放大电路中的放大器分别采用运算放大器 U1的两个放大器，本实施例中运算放大器为LM258。电压、电流信号滤波放大电路采用TL431A作为2.5V电压基准源，电压测量B1的电压信号通过LM258 与电压测量B2的分压值进行差动放大，再经过由LM258及其外围电路组成的放大电路，进行电压信号的放大滤波，最后得到与实测电压相对应的电压信号。

本实用新型的工作原理如下：首先基于直流电压输出模块输出一个幅值为U_A1的直流脉冲方波电压，用于导通分、合闸线圈回路，电压测量模块B₁测出航空插头两端子间为U_HK1，电压测量模块B₂测出辅助电阻两端电压为U_R1，电流测量模块B₃测出的回路电流为I₁；经过间隔时间△t＝5s后，由子直流电压输出模块再次输出一个幅值为U_A2的直流脉冲方波电压，基于电压测量模块B₁, 电压测量模块B₂，电流测量模块B₃测出的电气量分别为U_HK2,U_R2及I₂；再经过间隔时间△t＝5s后，由子直流电压输出模块第三次输出一个幅值为U_A3的直流脉冲方波电压，基于电压测量模块B₁,电压测量模块B₂，电流测量模块B₃测出的电气量分别为U_HK3,U_R3及I₃由模块C基于公式(1)计算出分、合闸线圈直流电阻值R_L并进行实时显示。

具体地，本实用新型采用辅助电阻调节装置实现电阻调整功能，其特征在于，该辅助电阻的阻值可以基于外部面板按键操作进行调节。通过调节电阻阻值保证由电气量测量模块测量的电气量满足既定指标，避免外界杂散噪音会对电气量测量模块的录波效果产生较大影响。

具体地，基于外部面板进行阻值调节过程中，同时观察电压测量模块B₁和电压测量模块B₂所显示实时电压，对于10kV开关柜而言，两者电压幅值之比接近于20:1；对于35kV开关柜而言，两者电压幅值之比接近于25:1。

实施例一：

以宁波市110kV白岳变电站10kV真空断路器为例，采用本实用新型设计的分合闸线圈直流电阻测量装置测试当断路器处于合闸状态时对应线圈直流电阻阻值。直流电压输出模块采用开关直流电压发生器，电气量测量模块采用FULUKE示波器模块，如图4所示，辅助电阻的五挡阻值分别为R_{0_1}＝0.49Ω， R_{0_2}＝0.99Ω，R_{0_3}＝1.49Ω，R_{0_4}＝1.99Ω，R_{0_5}＝2.49Ω。

首先操作断路器使其处于分闸状态，弹簧储能状态且合闸未闭锁，基于直流电压输出模块分别在航空端子4和14之间施加幅值为28V、38V、43V，持续时间为400ms的直流脉冲电压，即U_A1＝28V，U_A2＝38V，U_A3＝43V；基于子模块调节外界电阻阻值R₀，使航空插头及辅助电阻两端电压满足既定指标，经过实际调节，辅助电阻值选择为R₀＝1.49Ω；同时获取电气量测量模块的电压、电流录波量，相应电气量录波波形如附图5a-图5f所示，试验数据如表1所示：

表1.合闸线圈测试数据

由两次测试的数据，利用式(1)计算可得，合闸线圈电阻的计算值为 33.2Ω，而实际值为33.0Ω，误差程度为0.6％，在误差允许的范围内。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：包括直流电压输出模块，电气量测量模块，滤波放大单元，运算模块；

直流电压输出模块：输出直流脉冲方波电压，导通分、合闸线圈回路；

电气量测量模块：用来检测分、合闸线圈回路中航空插排两端子间的电压波形，辅助电阻R0两端的电压波形以及分、合闸线圈回路中电流波形；

滤波放大模块：用来滤除电气量测量模块检测到的电气量数值的杂质信号并且进行放大；

运算模块：根据滤波放大模块放大后的电气量数值计算分、合闸线圈直流电阻值。

2.按照权利要求1所述的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：所述电气量测量模块包括用来测量、记录及显示航空插头两端子间电压波形的电压测量模块B1，用来测量、记录及显示辅助电阻R0两端的电压波形的电压测量模块B2，用于测量、记录及显示分合闸线圈回路导通后电流波形的电流测量模块B3。

3.按照权利要求1所述的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：所述辅助电阻R0具有大小不同的五挡电阻值可供切换，第一挡的电阻值为R0_1，第二挡的电阻值为R0_2，第三挡的电阻值为R0_3，第四挡的电阻值为R0_4，第五挡的电阻值为R0_5，电阻值的切换由外部选择开关实现。

4.按照权利要求3所述的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：通过外部选择开关进行阻值调节过程中，同时观察电压测量模块B1和电压测量模块B2所显示实时电压，两者电压幅值之比接近于20:1；对于35kV开关柜而言，两者电压幅值之比接近于25:1。

5.按照权利要求1所述的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：所述直流电压输出模块每隔时间△t输出一次脉冲直流方波电压，假设相邻两次试验电压幅值分别为Ui1、Ui2，其幅值差应满足：Ui2-Ui1≥5V。

6.按照权利要求1所述的一种真空断路器分合闸线圈直流电阻测量装置，其特征在于：所述滤波放大模块包括级联的差动放大电路和电压滤波放大电路，所述差动放大电路的基准为0℃时标准电阻的分压值。