一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法技术

本发明专利技术涉及一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法。本发明专利技术从一个崭新的角度提出了一种监测SF6断路器触头烧蚀程度的方法，该方法与现有的判断方法不存在同源问题并且该方法是对SF6断路器刚分时刻的直接监测而不是间接的检测方法。该方法从装置设计、安装位置、安全性、抗干扰性等多个方面综合考虑了各种因素，提高了该方法的精确度、准确性以及抗干扰能力；选用高精度CCD测量仪和电磁场传感器作为信号采集装置，实现了SF6断路器刚分时刻和起弧时刻的标定。此外，该方法所需的成本比较低、实用性强，也便于目前在运行SF6断路器上进行安装，适合推广使用。

An on-line monitoring method for contact ablation degree of SF6 circuit breaker

【技术实现步骤摘要】
一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法
本专利技术涉及一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法。
技术介绍
高压SF6断路器是电网和变电站的关键设备，也是使用量很大的一次设备；高压SF6断路器应该具备在关合状态时能够良好导电、断开时能在短时间内切断额定短路电流等基本功能；但是断路器开断额定短路电流的过程中，触头会由于电弧的产生而造成烧蚀，如果断路器触头严重烧损就会影响断路器的正常功能，甚至造成断路器的拒动或者开断电流失败等重大事故，更严重的可能造成断路器灭弧室爆炸，造成的损失远超过断路器本身的价值。因此，SF6断路器触头的烧蚀程度判断在断路器状态监测中具有重要的意义。目前，SF6断路器触头的烧蚀程度的判断方法主要有：断路器开断电流加权累计法以及动态电阻——行程曲线法等；但是这些方法都有一定的局限性，因此，亟需研究一种能够准确判断SF6断路器触头烧蚀程度的在线监测方法，提高监测SF6断路器触头烧蚀程度判断的精确性，为实现电网安全稳定、协调控制提供技术保障和设备保障。目前，SF6断路器触头的烧蚀程度的判断方法主要有：开断电流加权累计法和动态电阻——行程曲线法等。断路器开断电流加权累计法是一种在线监测断路器烧蚀程度的方法。该方法根据断路器的电寿命曲线对断路器的开断电流加权累计，进而计算出累积的电磨损量Q，与允许的电磨损总量Qg对比，所以只需要监测开断电流的有效值。但是这种方法没有考虑断路器运行时三相之间的差别，尤其是开断故障相和非故障相的时候，如果以故障相电流进行累计的话，非故障相累计的磨损量将偏大；此外，该方法是一种平均统计方法，开断次数越多越准确，但是每次开断的短路电流不同，烧蚀量不同，将产生较大差别。因此该方法只能作为大致估计烧蚀程度的一种方法。动态电阻——行程曲线法是目前应用比较广泛的进行触头状态评估的一种方法。该方法采用四线法消除由于接线点接触电阻造成的误差进而得到动态电阻—行程曲线，通过分析得到断路器触头动态电阻行程时间以及动态电阻值的大小并将此结果作为断路器触头烧蚀程度的判断依据。但是该方法必须离线测量，无法实时得知断路器触头的烧蚀程度，只能满足定期检查的需要，无法满足实时在线监测的需求，而且需要直流源以及高精度电压测量装置，设备庞大且昂贵，易受干扰。
技术实现思路
本专利技术采用高精度CCD测量仪、高精度磁场传感器作为信号采集装置。高精度CCD测量仪测量头特有的氮化镓绿色LED提供了短波长和可靠的运行，有利于进行精确检测和控制。而高精度磁场传感器可以准确的捕捉到由电弧产生的高频电磁辐射，进而准确的判断出SF6断路器的起弧时刻。鉴于动触头触指在关合过程中可能由于碰撞作用产生较大干扰，故而仅选择分闸过程进行烧蚀程度诊断监测。此外，本专利技术所采用的传感器不与断路器的带电部分接触，稳定性、可靠性高并且与断路器高压导电部分互不干扰、互不影响。本
技术实现思路
主要由以下几个步骤组成：第一步：获取SF6断路器触头行程时间曲线和动态电阻曲线、标定SF6断路器主触头与弧触头初始刚分位置。本专利技术采用高精度CCD测试仪测得触头行程时间曲线；采用动态电阻法确定主触头刚分时刻t1和弧触头刚分时刻t0；根据t1和t0在触头行程时间曲线上分别标定主触头刚分位置L1和弧触头刚分位置L0。标定电路如图1所示，标定电路中所选的外加的直流电流源大小合适，不会在断路器动作时产生电弧。测试电源选择直流，测量分合闸过程中电流在触头上产生的电压，依据欧姆定律进行处理得到动静触头之间接触电阻的变化曲线。本专利技术中高精度CCD测试仪以及薄绝缘挡光板的安装方法如图2所示，高精度CCD测试仪安装在靠近传动杆的位置，薄绝缘挡光板固定在断路器绝缘拉杆末端，当断路器动作分闸时，薄绝缘挡光板按图示箭头方向运动，并且在此时同时监测断口电压和高精度CCD测试仪的信号。测得的动态电阻曲线如图3所示，可将断口电压突变信号作为断路器触头刚分位置的标志。当断口电压监测到如图3所示的信号时，说明t0时刻为断路器弧触头刚分时刻，高精度CCD测试仪记录t0时刻的挡光板位置作为SF6断路器触头的初始刚分位置(即高精度CCD测试仪记录断路器弧触头初始刚分位置)。此外，断路器动作过程中挡光板会遮挡光线，导致高精度CCD测试仪接收端光接收量发生变化，故而可以通过接收端光接收量的变化绘制出如图3所示的断路器的行程曲线；同时，还可以根据行程曲线得到断路器触头速度曲线。第二步：获得SF6断路器工作过程中的断路器触头实时刚分位置。断路器动作过程中会产生电弧，进而导致断路器触头发生烧蚀，随着断路器动作次数的增多，触头烧蚀程度越来越严重，超行程变短，断路器刚分时刻发生变化。故而需要一种能够实时在线监测断路器触头刚分位置的方法。由于触头分离后的击穿过程，空间高频的电磁辐射将比较强，因此可以通过监测该电磁辐射作为断路器触头刚分时刻的判断依据。本专利技术采用高精度磁场传感器采集断路器触头处产生的电弧的电磁场信号，断路器动作时传感器采集到的磁场信号如图3所示。多次试验表明，信号开始突变的时刻tm即为断路器触头实时刚分时刻，故而可以采用该方法作为断路器触头实时刚分位置的在线监测方法。并且tm时刻所对应的弧触头刚分位置Lm应该处于主触头刚分位置L0和弧触头刚分位置L1之间。第三步：SF6断路器弧触头电寿命评估。根据断路器触头初始和实时刚分位置时刻从断路器行程曲线上得到触头烧蚀程度。每次断路器动作时同时采集高精度CCD测试仪、高精度磁场传感器信号和断路器行程曲线，并且将三路信号绘制在同一坐标轴上，如图3所示。从图3中可以清晰的得到断路器弧触头实时刚分位置与该断路器弧触头初始刚分位置的时间差△t以及两者在行程曲线上的行程差△L，该行程差可以表征断路器触头的烧蚀程度。通常，SF6断路器的超行程长度为D,本专利技术用行程差△L与断路器的超行程D的比值k作为断路器烧蚀程度的判断依据。当k<＝0.3时，则判定断路器触头良好；当k＝0.3～0.5时，则判定断路器触头中度烧蚀，给出警告信号；当k>＝0.7时，则判定断路器触头烧蚀严重，需要及时检修。附图说明1.图1为刚分时刻标定电路示意图，该电路中的外加直流电压源。2.图2装置示意图，其中各部分名称为【1：高精度CCD测量仪接收端0刻度位置2：高精度CCD测量仪接收端初始刚分时刻标定刻度3：高精度CCD测量仪接收端4：薄绝缘挡光板5：高精度CCD测量仪发射端6：断路器动触头传动杆7：断路器分闸时传动杆运动方向】。3.图3为高精度CCD测量仪与高精度磁场传感器同时监测到的波形，两者绘制于同一坐标轴上，其中各参数为【t0：在线监测的断路器触头刚分时刻t1：断路器触头初始刚分时刻△t：断路器触头刚分时刻时间差】。具体实施方式本
技术实现思路
主要由以下几个步骤组成：第一步：按照图2方式安装传感器。第二步：获取SF6断路器触头行程时间曲线和动态电阻曲线、标定SF6断路器主触头与弧触头初始刚分位置。第三步：获得SF6断路器工作过程中的断路器触头实时刚分位置。第四步：SF6断路器弧触头电寿命评估。本申请提案的关键点和欲保护点关键点：本专利技术采用一种基于CCD测量仪标定的SF6断路器触头初始刚分位置与磁场传感器所在线监测的SF6断路器触头实时刚分位置的行程差作为烧蚀程度判断依据、本专利技术采用高精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术为一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法；高精度CCD测量仪、高精度磁场传感器、薄绝缘挡光板、单片机以及电源模块共同组成了基于CCD测量仪和磁场传感器的SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法。

【技术特征摘要】
1.本发明为一种SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法；高精度CCD测量仪、高精度磁场传感器、薄绝缘挡光板、单片机以及电源模块共同组成了基于CCD测量仪和磁场传感器的SF6断路器触头烧蚀程度在线监测方法。2.本发明采用高精度CCD测量仪作为监测SF6断路器触头初始刚分时刻和触头速度的传感器，该传感器灵敏度和精度高，测量精度达到0.3mm，能够测量微小的位移，准确的标定SF6断路器触头初始刚分位置；而高精度磁场传感器能够实现SF6断路器触头实时刚分位置的精确测量。3.本发明从一个崭新的角度提出了一种监测SF6断路器触头烧蚀程度的方法，将高...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小龙，白雪艳，龙伟，王泽龙，杨梦洁，赵莉华，任俊文，吴迅，张振东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51