真空断路器电磨损监测技术的改进

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0n-LMonord『Gof1L盘eicyricalwearofhigbvoltagecircuitbreakerusingaimprovementmethodguanyong-gang，HUANGYu-long，qianjid Beiing1000~)、China )摘要：本文r改进了现有真空断路器电磨损在线监测技术的不足，提出了一种可在线使用的引弧时刻检测方法r。

关键词：真空断路器电磨损； 在线监测中图分类号：1~I561文献识别码： a

ABR‘act:inds paper.theslmrteomiagsofthe~ulrlmntraonidrtheelecuicalwearofv~t~yllncircuitrarep0inted out， and811mlpr~vement辽山is ven And anew等t0d~tect the time (them0fhigllvoltagech ' cuit bfo~erisitldu.ko嘲s西bea d基础姐l e

高压断路器的电气寿命是在线监测的重要参数。 对真空断路器和部分s断路器来说，影响电气寿命的主要因素是电磨损，包括灭弧室、灭弧介质和触头三个方面，其中起作用的通常是触头的电磨损。 本文讨论的方法适用于这些断路器。 目前普遍采用的监测方法是基于断路器电气寿命曲线j的开关电流加权累计法。 通常，电寿命曲线可以用式(1)表示，(q )式中)。 用于切断电流的加权指数，通常介于1~2之间； 断路器开闭电流的有效值n是断开电流的有效值为时的断路器的允许断开次数； q表示允许的电磨损总量，单位为。 图1是一家工厂生产的

收到原稿的日期丑陋的lol—ol102； 修理日期： 2001—04一b'9ZN12—12型真空断路器电气寿命曲线。 计算得到的数据为=1.91，q:873(10 )。 如果表示断路器运行中某个开关电流的有效值为时的电磨损量，则可以使用式(2)计算运行中的断路器累计的电磨损量q ) q=2

中：是断路器断开次数的总和。 比较q和q可以判断断路器的电磨损情况。 该方法只需监测分断电流的有效值，十分方便，已在国内外得到应用。 {.l}

图l ZN12—12型断路器电气寿命曲线2现有监测方法存在的问题现有方法忽略了一些实际问题，导致误差较大，原因如下。

第一，该方法没有考虑断路器运行时三相间的差，首先没有考虑三相开关电流的大小差。

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2一August2001 Hi曲VoltageApparatus Vo1.37 No.4特别是开关故障时故障相和非故障相的区别。

很明显，如果用故障相电流进行累计，则非故障相的累计磨损量的计算值会变大。 另外，即使在开闭三相电流的情况下，由于后开相的电弧燃烧时间长、电流瞬时值大，所以电磨损量比初次开相大，例如在ZN12—12型真空断路器的情况下，在单位开相的电弧燃烧时间为2、3、4时，后开相的磨损量初次开理想情况下，多次开关三相短路故障时，初次开路相均匀分布在三相中。 实际上，在一些类型的断路器中，三相中初次开相的分布相当不均匀，集中在某相或某两相……。 累计时这种不均匀性不容忽视。其次，该方法没有考虑燃弧时间这一因素。

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3改进的真空断路器电磨损量计算方法

从前面的分析可以看出，单纯用.表示开关时的电气磨损量比较粗糙。

一般认为，真空断路器的电气磨损可以根据触头的电气磨损来判定。 因此，对于真空断路器，更准确的方法是一边分别累计三相触头各自的电磨损情况，一边根据燃弧时间计算每个开关电流的电磨损量。 根据电接触理论，一次通断电流时，触头的电磨损量与通断电流有以下关系： () jjib ) t ) Idt=J Jib ) jdt )其中常数，与灭弧介质、冷却条件、触头运动速度、触头材料等有关； 是常数，与触头材料等有关，一般在1~2之间； 触头磨损量(单位： kg )； I ) j为通断电流(单位： a )； t为电弧燃烧时间(单位：5)。 式(3J确定的断路器的容许电磨损量和运行中的累计电磨损量为(jiib ) ) JD )4) ~

=R J。 JIB(jdt )式中，I和t分别为第I次断开时的电流和电弧燃烧时间，l (为电气寿命试验的总次数，n为断路器断开的总次数。 但是，因为实际上不了解民的情况很多，所以不能直接利用式(4)、式(5)进行计算。 但是，由于式(4)、式(5)显示出与式(1)、式(2)相同的现象，因此可以假设.9=()关于假说的正确验证将在后面叙述)。 而且q是指，在口=w=rjji(jdt )式中，k是比例系数，令

(k ) k，) ) jib ) )对于Jdt，有Q=网格7 ) K=Q，w )8)

式(8)中，q可以利用式(1)得到，根据电寿命试验的各开关过程中电弧燃烧期间的电流波形计算出来，因此可以确定k值。 这样，在实际监测中，断路器的累计电磨损量可以用公式(9)计算，但断路器允许的电磨损总量仍然用口表示。

Q=K J； “在简化了JIBLDT(9)的情况下，k值可以根据电气寿命曲线在理想的开关状况下推定。 也就是说，(1)切断电流时，三相各自相成为最初的开关相的概率相同。 )通断电流不考虑非周期分量； )3)各开关时的燃弧时间在燃弧区间(由最小、最大燃弧时间决定)内均匀分布)由于实际开关时存在三相不均匀性，因此基于该假设计算的结果偏向于安全)。 这样，对于电寿命曲线上各点，计算中使用的电流式如式(10 )、式(11 )、式(12 )所示，il ) t )=4Z，bsinoJ (一) 0t(10 ).=z~0.01(I )

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t；=0.0050.0L(I一1 )/N，I=1，2…n/3j2 ^ rfin ) )一)一7r/6 ) I O zd一0.0051，hs )夫。

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TD.=0.0050.O1(I一1 )/X，I=1，2…nt3其中的(t )，I ) )分别对某一相进行初次开扫信息http://www.cqvip.com 2(X 本论文的所有时间单位为秒，WG=iil(1dj-ii2 ) t ) 1d3可以通过以下公式计算

-ii(1d ) 13 )

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(五十，五十)。 K=『_是平均值。 () )一=100%为最大相对误差。 附表可以

不同计算点的结果非常接近，当采样率大于2kS/s时，可以看出采样率对结果的影响很小。 证明了电寿命曲线上不同点值计算结果的相当好的一致性是先假设卢=。 的正确性，同时证明了本文给出的方法完全可以用于实际的监押。 另外，~对计算结果有一定的影响。 例如，采样率为10kS/s时，=0. (102s时，设定K=165

=0.004s时，=124。 因此，进行估算时，~的值必须与断路器的实际形式相对应。 根据附表所示电气寿命曲线计算出的k值((一=00s图2电流断路时的空间磁场信号)通道1 )和断路电压信号f通道2 ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )。

4燃弧时间的简易监测方法应用上述计算方法时，需要知道燃弧时间，即电弧的起始时刻和灭弧时刻。 根据开关电流的波形可以容易地求出三相的灭弧时刻。 因此，在线检测电弧的引弧时刻很重要。 本文提出了简单的方法。

切断电流时，由于触头分离后的击穿过程，空间高频电磁辐射增强，可以被近场天线检测到。 本文实验了在6kV真空接触器单相启闭试验中，在距离接触器触头lm左右的位置，自制磁场探头测量的信号幅值达到伏级，无需放大即可直接驱动触发器。 触发器的输出信号可直接由单片机1/0口记录。 图2为关断电流时采集到的空间磁场信号和关断电压信号，起弧时关断电压和空间信号波形的突变点在时间上对应较好，但空间磁场信号起始部分的振幅看起来较小。 虽然直接确定引弧时间似乎很困难，但实际上是示波器采样率低导致的波形失真。 图3是通过高速采样得到的空间磁场信号的波峰，起弧时刻空间信号的峰值达到12.5v，是完全触发的负信号。 图4为断路过程的断路电压信号和触发器的输出信号，触发器工作时刻和引弧时刻一致的多次实验证明该装置具有良好的重复性。 综上所述，利用空间磁场信号在线测量断电引弧时间的方法，用简单的磁场探针和触发电路非常容易实现。 该方法的缺点是只能测量触头初始分相的起弧时间，在实际应用中需要三相同步分断假设，会给结果带来一定的误差。 用本文所述方法在线确定的孤独燃烧时间，不仅可以计算电磨损量的大小，而且可以反映灭弧室的工作性能，这是一个重要的状态参数。 图3电流断路时的空间磁场信号的波峰(通道1J )图4电流断路时的断路电压信号(通道1J和触发器输出信号t通道2 ) (倒数第6页) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )的电流断路时的空间磁场信号

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故障电流的开闭在母线短路故障的情况下，预计开闭时的电流为9，开闭时刻为6O (这里是指蝗虫的熔断、电弧的发生时刻。 从图5可知，预想断开电流时刻和断开电流的大小与模拟的结果非常接近，断开后的电弧燃烧时间为26图3的试验电路。/\ j/\，f .一

400 8O0 l000。5环路熔断器预期通断电流和故障电流通断波形图6总线接地故障熔断器通断时电容器反向残压4分析与探讨

电容器的保护对于防止电容器爆炸事故，延长电容器的寿命很重要。 本文所述的快速限流熔断器电容器保护方案已在实际脉冲激光电源系统中得到应用，通过分析和试验研究得出以下结论。 （

)电感、电阻和快速限流熔断器的保护方案是较好的电容器保护措施，合理选择保护元件参数可以实现对电容器的有效保护； (3)研制的断路器工作迅速，一般在30~50消弧。

参考文献：

1 )严陆光、林良真金能强等(电工高新丛书《第三分册》lm )北京：槭树工业出版社，200O【2]】】王季梅岛压限流熔断仪(m )西安：西安融通大学出西社1991

作者简介：秦实宏(1964年一)，男，博士，现主要从事脉冲埼玉技术和电大陆试验技术研究(上3页) )5)小结

目前采用的真空断路器电气寿命在线监测方法没有考虑各相与实际起弧时间，存在较大误差。 本方案的改进方法考虑了各相的实际通断过程和炮弧时间，准确性大大提高，更真实地反映了各相的电损耗情况，在起弧时可以利用磁场探头检测到强信号，无需放大即可作为触发输入，利用触发输出信号进行起弧由此可确定电弧参考文献：1)曹荣.顾霓.表征真空断路器电气寿命的几个判据[J] .电阿技术，1997.Vo].21，No儿： 26—31

2 )彭文选、作物()、黎斌断路器燃弧区段与j相分离门的不同步性(j:高压电器，198I.No6:10一I3 )3)程礼椿电接触理论与应用： m .北京：机械工业出版社，l988

作者简介：永刚(1974 (一)，男)，博士生。 现从事高压开关设备在线监测及故障诊断技术研究的一维普信息http://www.cqvip.com