CN217931954U - Sf6断路器合闸预击穿特性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，包括直流电压提供装置、电压测量装置、回路电流测量装置、试验操作流程和预击穿时间判定法则。该SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，包括测量合闸预击穿电压电流的硬件系统和击穿时刻与刚合时刻判断法则，采用直流高压筒给高压电容器充电至额定相电压后断开连接；给合闸电磁铁通电开始合闸，同时合闸电磁铁电流作为示波器触发信号；断路器合闸，高压电容器提供合闸时的直流电压，采用分压器和采样电阻采集合闸过程中的电压电流信号。分析电压电流特征波形，判断触头刚合点时刻及预击穿发生时刻；根据触头刚合点时刻和预击穿发生时刻计算合闸预击穿时间。

Description

SF6断路器合闸预击穿特性检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统高压断路器绝缘特性测试技术领域，具体为SF6断路器合闸预击穿特性检测装置。

背景技术

随着中国工业的发展，人们对电力的需求越来越旺盛，因此我国的电力系统得到了蓬勃发展。电网的复杂性变高后对网络的稳定性要求更高，因为一旦发生故障无法及时切除，影响将涉及整个电网，造成极大的经济损失。断路器作为电力系统中的开关设备，负责负荷投切、故障切除等重要工作，因此必须时刻关注其运行寿命，保证其安全稳定运行。

SF6断路器触头通常为梅花触指和棒触头，合闸状态下有一定量的超程，在开断过程尤其是开断短路电流过程中，通过会承担几到十几毫秒的电弧烧蚀。长时间的电弧烧蚀会使得触头端部变短变尖，表面变得凹凸不平，这不仅会畸变触头表面的电场，而且会导致开断时提前分闸，与SF6气吹过程配合不当，造成开断失败。触头的烧蚀状态与SF6断路器的电寿命息息相关，因此可以以触头的烧蚀状态来反应SF6断路器电寿命情况。

在合闸过程中，当动静触头运动至非常接近时，其间隙会承受不住电压而发生击穿，这种击穿总是会在合闸过程中发生，且由于触头不断靠近，击穿后很短时间内触头接触，电弧即消失，因此称其为预击穿过程。实际上，触头的烧蚀不仅会影响其接触电阻，也会影响触头表面的电场分布，因此也会导致预击穿发生的时刻提前，即整个预击穿过程的持续时间发生变化。故实现对断路器合闸预击穿特性的测量，对评估SF6断路器电寿命状态有一定的帮助。

SF6断路器由于其灭弧室封闭结构，对其进行拆解观测成本高、难度大，难以满足日常状态监测的需求，因此需要在不拆解灭弧室的情况下，对合闸过程的预击穿寻找一个经济有效的测量手段。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型采用直流高压筒给高压电容器充电至额定相电压后断开连接；给合闸电磁铁通电开始合闸，同时合闸电磁铁电流作为示波器触发信号；断路器合闸，高压电容器提供合闸时的直流电压，采用分压器和采样电阻采集合闸过程中的电压电流信号。分析电压电流特征波形，判断触头刚合点时刻及预击穿发生时刻；根据触头刚合点时刻和预击穿发生时刻计算合闸预击穿时间，解决上述背景技术提到的SF6断路器由于其灭弧室封闭结构，对其进行拆解观测成本高、难度大，难以满足日常状态监测需求的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，包括直流电压提供装置、电压测量装置和回路电流测量装置；

所述直流电压提供装置包括调压器、直流高压筒、限流电阻和高压电容器，所述调压器与直流高压筒电连接，所述直流高压筒经限流电阻与高压电容器电连接；

所述电压测量装置包括分压器、断路器和灭弧室，所述分压器与断路器两端并联，所述断路器中装配有灭弧室；。

所述回路电流测量装置包括，采样电阻和示波器，所述灭弧室经采样电阻与示波器电连接。

进一步，所述在断路器断口两端并联避雷器。

进一步，所述分压器与示波器电连接。

进一步，所述断路器中还装配有操动机构箱，所述操动机构箱中固定有合闸电磁铁。

(三)有益效果

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

1、该SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，可以通过比较不同烧蚀状态下断路器预击穿过程的持续时间，获得断路器电寿命与预击穿时间的关系，为电寿命评估提供依据。

2、该SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，设备简单，操作方便，可满足大部分断路器的预击穿特性检测，有望实现断路器状态的在线监测。

3、该SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，预击穿时刻和触头刚合时刻判定法则，理论依据充分，具有明显的特征，实现简单。

附图说明

图1为本实用新型检测试验布置图；

图2为本实用新型SF6断路器预击穿过程中典型的电压电流波形图。

图中：1调压器、2直流高压筒、3限流电阻、4高压电容器、5分压器、6采样电阻、7示波器、8合闸电磁铁、9操动机构箱、10避雷器、11断路器、12灭弧室、13电压波形、14回路电流曲线、15预击穿时刻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实施例中的SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，包括直流电压提供装置、电压测量装置和回路电流测量装置；

直流电压提供装置包括调压器1、直流高压筒2、限流电阻3和高压电容器4，调压器1与直流高压筒2电连接，用于调节并输出0-220V低压至直流高压筒2，直流高压筒2经限流电阻3与高压电容器4电连接，采用倍压回路输出直流高压，对高压电容器4进行充电；限流电阻3，用于对充电过程以及合闸预击穿过程的电流进行限制；高压电容器4，用于提供合闸过程中的直流电压；

电压测量装置包括分压器5、断路器11和灭弧室12，分压器5与断路器11两端并联，断路器11中装配有灭弧室12，分压器5用于对灭弧室12两端电压进行比例变换，示波器7可用于高速采集在合闸过程中灭弧室12两端的电压信号。

回路电流测量装置包括，采样电阻6和示波器7，灭弧室12经采样电阻6与示波器7电连接，采用阻值为1欧姆的无感采样电阻6，用于对合闸过程中的回路电流进行测量，示波器7用于高速采集在合闸过程中灭弧室12两端的电压信号。

本实施例中，在断路器11断口两端并联避雷器10，为了保护试验设备状态以及人身安全考虑，避雷器10可防止发生意外。

其中，断路器11中还装配有操动机构箱9，操动机构箱9中固定有合闸电磁铁8，采用单独110V的直流电源给操动机构箱9的合闸电磁铁线圈8供电，采用罗氏线圈采集合闸电磁铁8线圈电流，作为示波器7的触发信号。

试验操作流程：在连接回路前，检查断路器11是否处于分闸状态；搭建回路，将调压器1与直流高压筒2串联，经限流电阻3与高压电容器4正极端口相连，高压电容器4正极端口经限流电阻3接至断路器11中的灭弧室12上端口，灭弧室12下端口通过采样电阻6后接地。灭弧室12两端并联分压器5，分压器5与采样电阻6接至示波器7，采集信号。采用单独110V直流电源给操动机构箱9的合闸电磁铁线圈8供电，采用罗氏线圈采集合闸电磁铁8线圈电流，作为示波器7的触发信号；回路搭建完成后，对直流高压筒2进行充电，观察示波器7电压至断路器11额定相电压，关闭调压器1；示波器7调至单次触发，合闸电磁铁8供电，断路器11合闸动作，保存示波器7中波形数据，将断路器11分闸；以上试验流程重复10次，试验结束。

预击穿时间判定法则包括，测量合闸预击穿过程中断口两端电压波形13、回路电流曲线14、预击穿时刻15和触头刚合时刻16；其中预击穿时刻15，是回路电流曲线14由零突增时刻；触头刚合时刻16，是电压波形13首次均出现高幅振荡脉冲时刻；预击穿时间即为刚合时刻与预击穿时刻之差值。

本实施例中的，为了保护试验设备状态以及人身安全考虑，在断路器11断口两端并联避雷器10，防止发生意外。

试验前按照图1所示，搭建试验回路，试验回路包含三个部分，直流电压充电部分，电学参数测量部分以及断路器开合控制部分。

首先调节断路器11的触头状态，使其处于分闸位置；然后设置示波器7至合适量程，以合闸电磁铁8的线圈电路作为触发信号；调节完毕后即可开始试验。

调节调压器1电压输出，逐步提高直流高压筒2的高压输出，升压采用缓慢手动升压通过限流电阻3给0.3uF的高压电容器4充电，确保充电电流不超过2000mA，关注示波器7上的电压波形13，直到电压上升至110kV输电系统额定相电压的1.05倍，即66kV，此时充电完毕，调节调压器1的电压输出为0V，此时关注示波器7，高压电容器4两端的电压应保持不变。

将示波器7设置为单次触发状态，给断路器11的合闸电磁铁8通电，断路器11合闸，高压电容器4储存的电荷通过限流电阻3释放，示波器7记录断路器灭弧室12两端的电压波形13和流过的电流波形14。单次测量完毕，做好接地措施。

分析电压波形13和电流波形14。第一阶段：合闸电磁铁8通电前，灭弧室12两端电压为高压电容器4的充电电压-66kV，此时回路断开，回路电流为0，即电压波形13为恒定-66kV，电流波形14为0。第二阶段：随着合闸电磁铁8通电，断路器11合闸，在触头接触之前的一小段距离，预击穿发生，此时回路由绝缘变为导通，参数发生突变，此时电压波形13由-66kV发生大幅振荡，并迅速衰减至0V附近，电流波形14则由0突增，随后按照RC放电波形衰减。以此时刻作为预击穿时刻15。第三阶段：触头进一步靠近直至刚好接触，此时回路电阻由电弧电阻变为触头接触电阻，回路参数的突变，导致电压波形13和电流波形14同时出现高频振荡，以此时刻作为触头刚合时刻16。第四阶段：触头持续保持接触，电压波形13稳定在0V附近，电流波形14继续按照RC放电波形衰减。上述过程即为SF6断路器合闸预击穿特性。

计算合闸预击穿时间，为刚合时刻16减去预计产发生时刻15。重复上述操作10次，取平均值作为合闸预击穿平均时间。试验完毕，对高压电容器(4)通过接地棒接地，拆除回路。

综上所述，通过直流电压提供装置、电压测量装置、回路电流测量装置和预击穿时间判定法则，采用直流高压筒2给高压电容器4充电至额定相电压后断开连接；给合闸电磁铁8通电开始合闸，同时合闸电磁铁8电流作为示波器触发信号；断路器11合闸，高压电容器4提供合闸时的直流电压，采用分压器5和采样电阻6采集合闸过程中的电压电流信号。分析电压电流特征波形，判断触头刚合点时刻及预击穿发生时刻；根据触头刚合点时刻和预击穿发生时刻计算合闸预击穿时间。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，包括直流电压提供装置、电压测量装置、回路电流测量装置、试验操作流程和预击穿时间判定法则，其特征在于：

所述直流电压提供装置包括调压器(1)、直流高压筒(2)、限流电阻(3)和高压电容器(4)，所述调压器(1)与直流高压筒(2)电连接，所述直流高压筒(2)经限流电阻(3)与高压电容器(4)电连接；

所述电压测量装置包括分压器(5)、断路器(11)和灭弧室(12)，所述分压器(5)与断路器(11)两端并联，所述断路器(11)中装配有灭弧室(12)；

所述回路电流测量装置包括，采样电阻(6)和示波器(7)，所述灭弧室(12)经采样电阻(6)与示波器(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，其特征在于：所述在断路器(11)断口两端并联避雷器(10)。

3.根据权利要求1所述的SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，其特征在于：所述分压器(5)与示波器(7)电连接。

4.根据权利要求1所述的SF6断路器合闸预击穿特性检测装置，其特征在于：所述断路器(11)中还装配有操动机构箱(9)，所述操动机构箱(9)中固定有合闸电磁铁(8)，所述断路器(11)中还装配有直流电源。

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