本發(fā)明屬于中高壓斷路器弧后電流測量領(lǐng)域，尤其涉及一種無地干擾、高精度的基于電流轉(zhuǎn)移特性和磁吹的弧后電流測量裝置。

背景技術(shù)：

隨后國家智能電網(wǎng)的建設(shè)和電網(wǎng)容量的增加，對高壓智能電網(wǎng)的保護(hù)開關(guān)-高壓斷路器提出了更高的要求。斷路器在開斷大電流時，電流過零后由于弧隙間殘余等離子體，在暫態(tài)恢復(fù)電壓（TRV）的作用下，存在弧后電流?；『箅娏骺捎糜谂袛鄶嗦菲鞯拈_斷性能，是斷路器開斷過程的重要參量。

目前，對于弧后電流的測量方法之一是采用同軸分流器、機(jī)械開關(guān)和保護(hù)間隙并聯(lián)，在大電流階段，由于機(jī)械開關(guān)電阻（微歐級）遠(yuǎn)小于同軸分流器電阻（毫歐級），大電流主要由機(jī)械開關(guān)承擔(dān)；在主電流過零前1~2ms之內(nèi)，要求機(jī)械開關(guān)快速分閘，進(jìn)而起弧，電流開始由機(jī)械開關(guān)向同軸分流器轉(zhuǎn)移，且在電流過零前完全轉(zhuǎn)移到同軸分流器上，進(jìn)而由同軸分流器測量主電流過零后的弧后電流。此種方法對同軸分流器的熱容量和機(jī)械開關(guān)的控制精度要求高，信號較弱且有地干擾。還有一種測量方法是采用分流器或者特制羅氏線圈直接測量，但由于主電流與弧后電流的大小差異太大（主電流一般在幾十千安，而弧后電流一般在1~2安），分流器或者特制羅氏線圈等電流測量設(shè)備難以承受大電流又可以精確測量小電流，測量精度低，而且高阻抗、低熱容量分流器也有地干擾的存在，而特制的羅氏線圈由于是積分信號而無法得到準(zhǔn)確的絕對時間信號且設(shè)計復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種無地干擾、高精度的基于電流轉(zhuǎn)移特性和磁吹的弧后電流測量裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于電流轉(zhuǎn)移特性和磁吹的弧后電流測量裝置，設(shè)有真空開關(guān)，與真空開關(guān)的進(jìn)線端或出線端串聯(lián)有主電流傳感器，在真空開關(guān)的進(jìn)線端與出線端之間接有與真空開關(guān)觸頭串聯(lián)的真空開關(guān)電流傳感器，與相串聯(lián)的真空開關(guān)觸頭及真空開關(guān)電流傳感器并聯(lián)有保護(hù)間隙及相串聯(lián)的轉(zhuǎn)移電阻和轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器，在真空開關(guān)的真空滅弧室內(nèi)固定有相對真空開關(guān)觸頭的脈沖橫向磁場線圈，所述主電流傳感器、真空開關(guān)電流傳感器及轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器的輸出均與主控制器相接，與主控制器的輸入端還相接有被測斷路器狀態(tài)檢測單元，所述主控制器的輸出與真空開關(guān)驅(qū)動機(jī)構(gòu)及脈沖橫向磁場線圈控制單元相接。

所述脈沖橫向磁場線圈為霍姆赫茲線圈，所產(chǎn)生的脈沖橫向磁場脈寬為3ms，磁場強(qiáng)度為0~300mT。

所述轉(zhuǎn)移電阻為直線式康銅電阻，轉(zhuǎn)移電阻的阻值，保護(hù)間隙的保護(hù)電壓，式中：s為轉(zhuǎn)移電阻的截面積，；l為轉(zhuǎn)移電阻的長度，I_m為主電流峰值，Δt₂為真空開關(guān)電弧完全熄滅到主電流過零的時間，m為轉(zhuǎn)移電阻的質(zhì)量，ΔT是轉(zhuǎn)移電阻所用材料的最高工作溫升，k為轉(zhuǎn)移電阻所用材料的電阻率，γ是康銅6J20的比熱容。

本發(fā)明以電流轉(zhuǎn)移特性為基礎(chǔ)，以磁場吹弧為輔助，實現(xiàn)了測量回路與主回路的隔離測量，可有效避免地干擾信號；同時本發(fā)明通過轉(zhuǎn)移支路電阻參數(shù)設(shè)計和磁吹作用，可有效控制轉(zhuǎn)移電阻支路的電流，使得真空開關(guān)在主電流峰值之后分閘即可，因此對真空開關(guān)控制精度要求較低；具有測量精度高、干擾少，可靠性高等優(yōu)點。另外，通過光纖隔離控制和數(shù)據(jù)通信，可滿足電力系統(tǒng)弧后電流的在線測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例的脈沖橫向磁場線圈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例的電路原理框圖。

圖4是本發(fā)明實施例的測量方法流程圖。

圖5是本發(fā)明實施例的工作原理示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)如圖1所示，設(shè)有真空開關(guān)1，真空開關(guān)1為現(xiàn)有技術(shù)，最好是快速斥力機(jī)構(gòu)驅(qū)動的真空開關(guān)?？焖俪饬C(jī)構(gòu)驅(qū)動的真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)是有與觸頭相接的進(jìn)線端、出線端、真空滅弧室、絕緣拉桿、超程連接件、快速斥力機(jī)構(gòu)、位移傳感器、驅(qū)動及智能控制系統(tǒng)和光線通信端等。本發(fā)明實施例是與真空開關(guān)1的進(jìn)線端2或觸頭出線端3串聯(lián)有主電流傳感器4，用于檢測主電流I，在真空開關(guān)1的觸頭進(jìn)線端2與觸頭出線端3之間接有與真空開關(guān)觸頭5串聯(lián)的真空開關(guān)電流傳感器6，用于檢測真空開關(guān)支路電流I_1，與相串聯(lián)的真空開關(guān)觸頭5及真空開關(guān)電流傳感器6并聯(lián)有保護(hù)間隙7及相串聯(lián)的轉(zhuǎn)移電阻8和轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器9，轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器9用于檢測轉(zhuǎn)移電阻支路電流I_sh。各電流傳感器采用泰克電流傳感器TCP303，其脈沖最大電流500A，帶寬15MHz，測量精度5mA。轉(zhuǎn)移電阻8在大電流階段承受的電流要遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)移后的最大電流，即轉(zhuǎn)移電阻8的電阻值通常是真空開關(guān)接觸電阻的20~1000倍。轉(zhuǎn)移電阻8最好為直線式康銅電阻，其阻值，保護(hù)間隙7的保護(hù)電壓設(shè)置值，式中：s為轉(zhuǎn)移電阻5的截面積，；l為轉(zhuǎn)移電阻8的長度，I_m為主電流峰值，Δt₂為真空開關(guān)電弧完全熄滅到主電流過零的時間，m為轉(zhuǎn)移電阻8的質(zhì)量，ΔT是轉(zhuǎn)移電阻8所用材料6J20的最高工作溫升，k為轉(zhuǎn)移電阻8所用材料6J20的電阻率，γ是康銅6J20的比熱容。

在真空開關(guān)1的真空滅弧室10內(nèi)固定有相對觸頭的脈沖橫向磁場線圈11，所產(chǎn)生的脈沖橫向磁場脈寬為3ms，磁場強(qiáng)度為0~300Mt可調(diào)。脈沖橫向磁場線圈11可為如圖2所示霍姆赫茲線圈，上下線圈的內(nèi)徑 r1為140mm，外徑r2為160mm，高h(yuǎn)為150mm，上下線圈的骨架分別可以滿足銅線繞組繞制600匝，最后將上下銅線繞組串聯(lián)起來并使得兩個線圈中的電流方向一致。上下兩個線圈的骨架通過絕緣支撐固定并通過在線圈骨架上設(shè)置的安裝孔橫向安裝于真空滅弧室10的中間位置。

電路原理框圖如圖3所示：主電流傳感器4、真空開關(guān)電流傳感器6及轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器9的輸出均與主控制器12（單片機(jī)、微處理器等）相接，與主控制器12的輸入端還相接有被測斷路器狀態(tài)檢測單元13，主控制器12的輸出與真空開關(guān)驅(qū)動機(jī)構(gòu)14及脈沖橫向磁場線圈控制單元15相接。被測斷路器狀態(tài)檢測單元13是通過監(jiān)測被測斷路器觸頭之間的距離判斷被測斷路器是否處于開斷狀態(tài)，可以通過位移傳感器和行程開關(guān)等實現(xiàn)，真空開關(guān)驅(qū)動機(jī)構(gòu)14可以是真空開關(guān)1的快速斥力機(jī)構(gòu)，脈沖橫向磁場線圈控制單元15是控制脈沖橫向磁場線圈的單元，可以是儲能電容和晶閘管等控制電路。

本發(fā)明實施例主控制器的測量方法流程如圖4所示：

將主電流傳感器4串聯(lián)在高壓真空斷路器或SF6斷路器等斷路器回路中。

在主電流過零前控制被測斷路器開斷（此命令可以由主控制下達(dá)，亦可通過手工控制或其它控制裝置控制）；由被測斷路器狀態(tài)檢測單元13監(jiān)測被測斷路器的狀態(tài)；根據(jù)所監(jiān)測的被測斷路器的狀態(tài)判斷被測斷路器是否開斷；否，則視為無效而結(jié)束測量，是，則通過主電流傳感器4、真空開關(guān)電流傳感器6及轉(zhuǎn)移電阻電流傳感器9分別測量主電流I，真空開關(guān)支路電流I₁及轉(zhuǎn)移電阻支路電流I_sh；判斷主電流是否經(jīng)過峰值；否，則視為無效而結(jié)束測量，是，則輸出信號通過真空開關(guān)驅(qū)動機(jī)構(gòu)14控制真空開關(guān)1分閘，在主電流過零前1.5ms通過脈沖橫向磁場線圈控制單元15啟動脈沖橫向磁場線圈11，在真空滅弧室10產(chǎn)生脈沖橫向磁場（磁吹）；判斷真空開關(guān)電流I₁是否為零；否，則視為無效而結(jié)束測量，是，計算Δt₂=t₂-t_e, t₂是主電流過零的時刻，t_e是I₁為零時刻；判斷Δt₂是否大于20μs，否，則視為無效而結(jié)束測量，是，記錄主電流I過零后I_sh的反向電流，即為被試斷路器的弧后電流，然后將所檢測的弧后電流上傳到主控制器，弧后電流測量結(jié)束。主控制器可通過對弧后電流的積分得到弧后電荷特性并分析弧后電流特性，用于判斷試品開關(guān)VI_t的絕緣特性和電氣開斷壽命。

本發(fā)明實施例的工作原理如圖5所示：如上所述，I、I₁和I_sh分別是主電流（主電路的電流）、真空開關(guān)支路電流和轉(zhuǎn)移電阻支路電流。I_B是脈沖磁場電流，TRV為試品斷路器開斷過程中的暫態(tài)恢復(fù)電壓，I_shm是轉(zhuǎn)移電阻承受電流的最大值，t₀和t_e分別是真空開關(guān)1觸頭分離時刻和真空電弧熄滅時刻（即電流轉(zhuǎn)移完成時刻I₁=0），t₂是主電流過零的時刻。在轉(zhuǎn)移過程的Δt₀階段：是轉(zhuǎn)移電阻8與真空開關(guān)1觸頭接觸電阻之間滿足分流關(guān)系階段，轉(zhuǎn)移電阻8一般在毫歐級而觸頭接觸電阻一般在微歐級，故此階段主電流I主要由真空開關(guān)承擔(dān)。在轉(zhuǎn)移過程的Δt₁階段：真空開關(guān)1的觸頭分離后，真空電弧產(chǎn)生，主電流I開始由真空開關(guān)1轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移電阻8上，隨著主電路工頻電流I的減小，真空電弧電流逐漸減小，在外加橫向脈沖磁場磁吹的作用下，真空電弧完全熄滅，主電流I完全轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移電阻支路上。在轉(zhuǎn)移過程的Δt₂階段：真空電弧完全熄滅到主電流I過零，轉(zhuǎn)移電阻支路上的反向電流即弧后電流。根據(jù)真空開關(guān)弧后介質(zhì)恢復(fù)速度，真空開關(guān)的弧后鞘層階段一般持續(xù)20μs以上，為了減小弧后電流測量裝置中真空開關(guān)雜散電容參數(shù)的影響，需要控制Δt₂階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于20μs。

可以通過對本發(fā)明實施例進(jìn)行自具電源設(shè)計（即母線電流取電和蓄電池儲能設(shè)計），即可實現(xiàn)在線監(jiān)測高壓斷路器的弧后電流，用于判斷高壓斷路器的開斷性能和電氣壽命，為電力系統(tǒng)的狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)。