斷路器電壽命監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本裝置設(shè)計涉及電力裝置電器領(lǐng)域開關(guān)設(shè)備的監(jiān)測，具體涉及高壓5^斷路器，特別地采用一種高壓SF6斷路器電壽命監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]影響高壓SF6斷路器電壽命的主要指標是電磨損程度，包括觸頭、滅弧室和滅弧介質(zhì)三個部分，其中起決定作用的通常是觸頭的電磨損，通過對電磨損的研宄可知，電磨損的主要決定因素是斷路器的開斷電流I，燃弧時間t、滅弧室的結(jié)構(gòu)及其動觸頭的運行速度等。以往對電磨損的評估判斷是以記錄累計開斷電流⑴或累計電弧能量(I2t)為依據(jù)的。事實上，同一斷路器在同樣的外部條件下先后兩次開斷同樣大小的電流值，其燒損程度也不可能相同。而且，開斷電流相差很大時，斷路器觸頭的燒損機理不同，燒損相差更大。另外電磨損雖然取決于電弧能量，但還與觸頭分斷速度等有關(guān)，且電磨損與電弧能量沒有比例關(guān)系。因此要對斷路器觸頭電磨損、電壽命監(jiān)測作進一步研宄，對斷路器觸頭進行電壽命評估需要解決電壽命的概念和工程實施方法問題。
[0003]現(xiàn)有的計算斷路器電壽命的方法主要是開斷電流累計法，它是根據(jù)觸頭的質(zhì)量損耗計算電壽命，是基于高壓斷路器的電壽命曲線的累計法。但是，不同短路電流下的觸頭電磨損程度是不一樣的，而其磨損量和短路電流大小并不成線性關(guān)系。僅用累計開斷電流來判斷觸頭燒損量是不夠的；因此，判斷觸頭燒損量要考慮到每次開斷不同短路電流所產(chǎn)生的不同磨損量，從而給高壓3^斷路器的電壽命檢測帶來了很大的困難。因此，需要對現(xiàn)有的電壽命檢測狀況進行革新，不能僅依賴于開斷電流大小，而通過反映高壓SF6斷路器開關(guān)動作時的重疊時間來監(jiān)測和評估斷路器的電壽命，從而有望獲得較為準確的電壽命監(jiān)測結(jié)果，彌補目前國內(nèi)外尚無高壓SF6斷路器行之有效的電壽命監(jiān)測技術(shù)和方法的缺陷，為高壓SF6斷路器的智能化技術(shù)的升級換代提供理論與技術(shù)指導。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本裝置的目的在于提出一種基于動靜弧觸頭接觸時間的高壓SFf^路器電壽命監(jiān)測裝置，能夠檢測開關(guān)動作時的動靜弧觸頭接觸時間。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種基于動靜弧觸頭接觸時間的高壓3匕斷路器電壽命監(jiān)測裝置，所述裝置利用高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同，來監(jiān)測動靜弧觸頭單獨接觸時間；然后利用動靜弧觸頭接觸時間與弧觸頭單獨接觸行程的對應關(guān)系，將測量的動靜弧觸頭接觸時間換算成弧觸頭單獨接觸行程；再結(jié)合事先通過實驗得到的弧觸頭單獨接觸行程與電壽命的對應關(guān)系，從而評估所述高壓SF6斷路器的電壽命。
[0006]本發(fā)明具有簡單可行，測量結(jié)果準確；結(jié)合計算機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在線監(jiān)測。
【附圖說明】
[0007]圖1為本試驗得到的弧觸頭單獨接觸行程隨開斷次數(shù)的變化關(guān)系圖；
[0008]圖2為本發(fā)明的弧觸頭單獨接觸行程測量原理圖；
[0009]圖3-1為本發(fā)明一個實施例中分閘過程角位移和直線位移行程統(tǒng)計結(jié)果；
[0010]圖3-2為本發(fā)明一個實施例中分閘過程動觸頭行程擬合結(jié)果與實際結(jié)果對比圖；
[0011]圖3-3為本發(fā)明一個實施例中動觸頭行程曲線擬合誤差曲線；
[0012]圖4為本發(fā)明的一個實施例中電路圖；
[0013]其中，C1為第一電容，C2為第二電容，C3為第三電容，C4為第四電容；
[0014]圖5為本發(fā)明的鎖相放大模塊構(gòu)成圖。
【具體實施方式】
[0015]在一個實施例中，提供了一種基于動靜弧觸頭接觸時間的高壓SF6斷路器電壽命監(jiān)測裝置，所述裝置利用高頻時主觸頭開斷與關(guān)合情況下分布感抗的不同，來監(jiān)測動靜弧觸頭單獨接觸時間；然后利用動靜弧觸頭接觸時間與弧觸頭單獨接觸行程的對應關(guān)系，將測量的動靜弧觸頭接觸時間換算成弧觸頭單獨接觸行程；再結(jié)合事先通過實驗得到的弧觸頭單獨接觸行程與電壽命的對應關(guān)系，從而評估所述高壓3匕斷路器的電壽命。
[0016]在這個實施例中，所述弧觸頭單獨接觸行程是指主觸頭開斷后弧觸頭的接觸行程，是評估觸頭燒蝕情況的重要指標。圖1是通過實驗得到的弧觸頭的接觸行程隨開斷次數(shù)的變化趨勢圖，由圖可以看出，隨著開斷次數(shù)的增加，弧觸頭單獨接觸行程呈二次冪指數(shù)下降。但是測量弧觸頭單獨行程并不方便，因此可以通過建立弧觸頭單獨接觸行程與動靜弧觸頭接觸時間的對應關(guān)系，通過測量動靜弧觸頭接觸時間來得到對應的弧觸頭單獨接觸行程，進而對高壓SF6斷路器的電壽命進行評估。在實際測量中，正常工作下在閉合時，信號幅值為100% ;當主觸頭斷開時，信號幅值衰減到99.3% ;而高壓SF6開關(guān)設(shè)備完全斷開時，信號幅值衰減到10%，因而利用在高頻信號下主觸頭開斷與關(guān)合兩種情況時高壓3匕開關(guān)設(shè)備分布感抗值的不同，通過設(shè)計測量動靜弧觸頭接觸時間的裝置來監(jiān)測動靜弧觸頭單獨接觸時間，從而進行電壽命的評估，所述方法簡單可行。
[0017]結(jié)合高壓5匕開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，可以通過斷路器開關(guān)動作行程曲線與動靜弧觸頭接觸時間相結(jié)合的方法來間接測量弧觸頭單獨行程，所述斷路器開關(guān)動作行程曲線為動觸頭直線位移行程與高壓3^斷路器開關(guān)動作時間關(guān)系圖。如圖2所示，當測得動靜弧觸頭接觸時間的始端h與末端t2，再對應于斷路器開關(guān)動作行程曲線相應位置，就可以計算出弧觸頭單獨行程Δχ = X2-X1O由此，將建立弧觸頭單獨接觸行程與動靜弧觸頭接觸時間的對應關(guān)系的問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螠y量斷路器開關(guān)動作行程曲線與動靜弧觸頭接觸時間，實現(xiàn)了問題的簡化。
[0018]可選的，可以直接通過直線位移傳感器來獲得斷路器開關(guān)動作行程曲線。
[0019]但是由于直線位移傳感器只能在實驗室里離線測量，而通過角位移傳感器可以實現(xiàn)在線測量，因而在一個實施例中，所述裝置通過在高壓3^斷路器主軸上安裝角位移傳感器來測量主軸角位移行程，通過曲線擬合的方式得到動觸頭直線位移行程，進而獲得斷路器開關(guān)動作行程曲線。
[0020]在一個具體實施例中，為了確定斷路器分、合閘過程主軸角位移行程與動觸頭直線位移行程之間具有固定的關(guān)系，設(shè)計了一組實驗進行驗證。所述裝置事先在主軸上安裝了 WDD35D4型電阻式角位移傳感器，并在絕緣拉桿底部安裝了直線位移傳感器，以分別用來測量主軸角位移行程和動觸頭直線位移行程，得到如圖3-1的分閘過程角位移和直線位移行程統(tǒng)計結(jié)果。將分合閘過程主軸轉(zhuǎn)角信號通過MATLAB軟件中的cftool工具箱擬合為動觸頭直線位移。提取正常情況下，AMAMS仿真模型的主軸角位移行程和動觸頭行程仿真結(jié)果，通過曲線擬合公式，將主軸角位移行程擬合成動觸頭行程，得到圖3-2的擬合后的結(jié)果與實際仿真結(jié)果比較圖，其誤差如圖3-3所示。主軸角位移曲線與動觸頭行程曲線擬合公式如下:
[0021]y = -0.001x4+0.0026x3_0.0228x2+0.0236x_0.1061
[0022]其中y表示觸頭直線行程，單位mm ；x表示主軸角位移，單位度。
[0023]對于合閘過程也可以得到類似的結(jié)果，由此可以看出，擬合后的結(jié)果與實際結(jié)果很好的吻合。而通過角位移傳感器測得角度的變化，進而轉(zhuǎn)化為直線行程，實現(xiàn)了使用簡單裝置實現(xiàn)高精度測量的關(guān)系。但是上述公式僅針對該實施例中的設(shè)備，對于不同的設(shè)備，上述擬合公式會不同。
[0024]在另一個實施例中，所述裝置在高壓5^斷路器的開關(guān)設(shè)備一側(cè)注入高頻信號，在另一側(cè)通過量級為幾個歐姆的電阻提取電壓信號，并在實測過程中實時監(jiān)測電壓信號隨時間的動態(tài)變化關(guān)系，通過記錄數(shù)據(jù)并繪制U-t曲線來獲得動靜弧觸頭接觸時間。
[0025]更優(yōu)的，所述裝置包括信號注入模塊和信號提取模塊；所述信號注入模塊包括信號源、第一電容，所述信號源與第一電容串聯(lián)，進而通過電容耦合方式，在高壓SF6斷路器開關(guān)設(shè)備的輸入端注入4.999MHz的正弦信號；所述信號提取模塊包括電阻、第二電容，所述電阻與第二電容串聯(lián)，進而通過電容耦合方式在高壓SF6斷路器開關(guān)設(shè)備的輸出端，提取所述電阻上的電壓信號。而為了清晰明顯的程序開關(guān)動作時系統(tǒng)的變化，所述信號提取模塊中的電阻為性能優(yōu)異的定值電阻，以保證提取的準確性。
[0026]由于在高壓側(cè)電網(wǎng)中本來存在50Hz工頻高壓及一系列諧波，而受到信號源成本及工藝的限制，信號源的電壓僅能是伏級，并不會很大。如果其信號頻率與工頻相接近，必然會淹沒在工頻高壓信號及其諧波之下，因此注入信號頻率應達到MHz級別，以避免高壓電網(wǎng)中信號的干擾。另一方面，在主觸頭與弧觸頭發(fā)生動作的過程中，電阻的變化并不明顯，均為幾個微歐，變化比較明顯的是其電感。弧觸頭接觸時，其電感是700nH/m，主觸頭與弧觸頭均接觸時為320nH/m，如果選擇注入信號為MHz級別時，觸頭動作時的電阻變化將達到幾個歐姆級別，相對明顯的多。綜上，將注入信號頻率確定為4.999MHz，信號頻率不設(shè)定太高是因為過高的頻率不容易產(chǎn)生而且在線路中衰減過快，另外頻率設(shè)