高压断路器模拟装置和模拟测试方法与流程

本申请涉及高压断路器领域，尤其涉及一种高压断路器模拟装置和模拟测试方法。

背景技术：

在现代电力系统中高压断路器具有非常关键的作用。一方面，高压断路器可以起控制作用，可以根据电网运行的需要，将部分电气设备或线路投入或退出运行。另一方面，高压断路器还可以起保护作用，在电气设备或电力线路发生故障时，继电保护装置发出跳闸信号，启动高压断路器，将故障部分设备或线路从电网中迅速切除，确保电网中无故障部分的正常运行。由于高压断路器对于电网系统的安全稳定运行至关重要，因而对高压断路器的性能测试对于系统的安全就具有非常重要的意义。其中，对高压断路器的开合过程的测试就是一项测试高压断路器的工作性能的重要工作。

现阶段，对高压断路器的开合测试主要采用现场测试或试验站测试的方式。现场测试通常在线路的固定检修周期对断路器进行多次连续的开合测试。在现场测试和试验站测试中，测试装置通常包括大容量的电源，电源通过对现场或试验站的高压断路器的动触头和静触头施加高电压，来测试动静触头合闸和分闸时高压断路器的性能，也就是测试高压断路器开合过程中的性能。

然而，在现场测试时，由于已投运的高压断路器均为线路中的关键节点，不可能随时动作，只能等待线路的固定检修周期进行试验，另外如果进行多次连续的开合测试，也会极大影响断路器的电寿命。在试验站测试时，试验电流很大，需要大容量电源，设备庞大且操作不便，导致测量的费用极高，无法做到连续测试。因此需要高压断路器模拟测试方法和模拟装置来实现更加方便快捷且廉价的测试，以对高压断路器的性能进行更加深入的分析研究。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高压断路器模拟装置和模拟测试方法能模拟实际的高压断路器来随时进行开合测试，实现方便快捷、廉价和连续的测试。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种高压断路器模拟装置，该高压断路器模拟装置包括绝缘腔体、静触头、动触头、绝缘拉杆和限流电阻，绝缘腔体包括腔本体和盖合在腔本体上的上盖，上盖上安装有充气阀；静触头的上端固定在上盖上，静触头的下端位于绝缘腔体内部；动触头穿通腔本体的底部，动触头上端位于绝缘腔体内部，动触头下端位于绝缘腔体外部；静触头下端与动触头上端正相对；绝缘拉杆的一端与动触头的下端连接，绝缘拉杆的另一端为自由端；限流电阻的一端与动触头的下端电连接。

根据本发明的一个实施例，绝缘腔体为钢化玻璃结构。

根据本发明的一个实施例，高压断路器模拟装置还包括中空的基座，腔本体的底部固定在基座的顶部上，动触头还穿通基座的顶部，绝缘拉杆穿通基座的侧壁，绝缘拉杆的与动触头连接的一端位于基座内部，绝缘拉杆的自由端伸出该侧壁之外。

根据本发明的一个实施例，静触头的下端设置成槽孔，动触头的上端与槽孔相契合。

根据本发明的一个实施例，高压断路器模拟装置还包括电源，电源的一个端子与静触头的上端电连接，电源的另一个端子与限流电阻的未与动触头连接的一端电连接。

根据本发明的一个实施例，限流电阻的未与动触头连接的一端设置有电接口，电接口与电源电连接。

根据本发明的一个实施例，静触头与电源之间电连接有开关。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种高压断路器模拟测试方法，使用上述高压断路器模拟装置来执行高压断路器模拟测试方法，高压断路器模拟测试方法包括：打开充气阀，对绝缘腔体抽真空；在绝缘腔体内充入SF₆气体，当SF₆气体达到预设的压强后，关闭充气阀；对静触头的上端和限流电阻的未与动触头连接的一端施加电压；拉动绝缘拉杆，调整静触头与动触头之间的距离，分别检测动静触头合闸时和分闸时静触头与动触头之间的电流信号和电磁波信号。

根据本发明的一个实施例，高压断路器模拟测试方法还包括：在绝缘腔体内充入不同压强的SF₆气体，分别检测不同压强的SF₆气体氛围下动静触头合闸时和分闸时动触头与静触头之间的电流信号和电磁波信号。

根据本发明的一个实施例，高压断路器模拟测试方法还包括：将动触头更换为不同烧蚀程度的动触头，分别测量动静触头合闸时和分闸时不同烧蚀程度的动触头与静触头之间的电磁波信号。

由上可见，本发明实施例提供了一种高压断路器模拟装置和模拟测试方法，高压断路器模拟装置包括绝缘腔体、静触头、动触头、绝缘拉杆和限流电阻，绝缘腔体包括腔本体和盖合在腔本体上的上盖，上盖上安装有充气阀；静触头的上端固定在上盖上，静触头的下端位于绝缘腔体内部；动触头穿通腔本体的底部，动触头的上端位于绝缘腔体内部，动触头的下端位于绝缘腔体外部；静触头的下端与动触头的上端正相对；绝缘拉杆的一端安装在动触头上，绝缘拉杆的另一端为自由端；限流电阻的一端与动触头的下端电连接。另外，还提供了使用上述高压断路器模拟装置来执行的高压断路器模拟测试方法，高压断路器模拟测试方法包括：打开充气阀，对绝缘腔体抽真空；在绝缘腔体内充入SF₆气体，当SF₆气体达到预设的压强后，关闭充气阀；对静触头的上端和限流电阻的未与动触头连接的一端施加电压；拉动绝缘拉杆，调整静触头与动触头之间的距离，分别检测动静触头合闸时和分闸时动静触头之间的电流信号和电磁波信号。因此，本发明实施例的高压断路器模拟装置和利用高压断路器模拟装置的模拟测试方法，能模拟实际的高压断路器随时随地连续进行开合测试，同时本申请的高压断路器模拟装置通过接入限流电阻大大减少了测试用电源的功率容量，同时极大减少了测试系统的体积和重量，使测试更加方便，实现方便快捷、廉价和连续的高压断路器开合测试。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请高压断路器模拟装置的结构示意图；

图2为本申请高压断路器模拟装置连接电源时的示意图；

图3为使用本申请的高压断路器模拟装置进行模拟测试的原理图；

图4为本申请的高压断路器模拟测试方法的流程图；

图5为本申请的高压断路器模拟装置模拟不同压强的SF₆断路器时执行测试的方法；

图6为本申请的高压断路器模拟装置模拟动触头烧蚀程度不同的SF₆断路器时执行测试的方法；

在图1至图6中，附图标记表示：

1-绝缘腔体，2-静触头，3-动触头，4-基座，5-绝缘拉杆，6-限流电阻，7-充气阀，8-电源，9-开关，11-腔本体，12-上盖，61-电接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例描述根据本发明实施例的高压断路器模拟装置和高压断路器模拟测试方法。

图1为本发明实施例提供的高压断路器模拟装置的结构示意图。如图1所示，高压断路器模拟装置可以包括绝缘腔体1、静触头2、动触头3、绝缘拉杆5和限流电阻6。绝缘腔体1包括腔本体11和盖合在腔本体11上的上盖12。具体地，上盖12可以旋转盖合在腔本体11上，或者上盖12可以通过螺钉固定在腔本体11上。上盖12上安装有充气阀7。设置充气阀7，可以方便地为绝缘腔体1抽气或充气。例如，打开充气阀7，对绝缘腔体1抽真空，然后充入SF₆气体后关闭充气阀7。这样，可以模拟SF₆高压断路器。SF₆气体的压强可以根据测试需要而调整，用于测试不同压强下的SF₆高压断路器的开合性能。静触头2的上端固定在上盖12上，静触头2的下端位于绝缘腔体1内部。动触头3穿通腔本体11的底部，动触头3的上端位于绝缘腔体1内部，动触头3的下端位于绝缘腔体1外部。静触头2的下端与动触头3的上端正相对。绝缘拉杆5的一端安装在动触头3上，与动触头3的下端连接，绝缘拉杆5的另一端为自由端。这样，拉动绝缘拉杆5，就可以带动动触头3的上端在绝缘腔体1内部上下来回移动，就可以调整静触头2与动触头3之间的距离。拉动绝缘拉杆5，将静触头2与动触头3分开，高压断路器模拟装置处于分闸状态，即处于开状态。拉动绝缘拉杆5，将静触头2与动触头3接触，高压断路器模拟装置处于合闸状态，即处于合状态。另外，限流电阻6的一端与动触头3的下端电连接。限流电阻6的接入保证了整个测试过程中不会出现大电流，因此对试验电源的电压要求极大降低。

在本发明的一个实施例中，上盖12与腔本体11的侧壁间以橡胶垫圈密封防止气体泄漏。腔本体11的底部被动触头3穿通，动触头3与腔本体11底部的接触处同样使用橡胶垫圈隔绝内外的气压，这样在动触头3上下移动时不会引起绝缘腔体1内部气体损耗，在绝缘腔体1内部为真空时外部气体不能进入。

在本发明的一个实施例中，绝缘腔体1为钢化玻璃结构。将绝缘腔体1设置成钢化玻璃结构，绝缘腔体1是透明的，以便测试人员能清楚地观察绝缘腔体1内部的静触头2与动触头3的合闸与分闸状态。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，高压断路器模拟装置还可以包括中空的基座4。腔本体11的底部固定在基座4的顶部上，动触头3还穿通基座4的顶部，绝缘拉杆5穿通基座4的侧壁，绝缘拉杆5的与动触头3连接的一端位于基座4内部，绝缘拉杆5的自由端伸出侧壁之外。为绝缘腔体1设置基座4，可以保证在拉动绝缘拉杆5时绝缘腔体1的稳固。

如图1所示，静触头2的下端可以设置成槽孔，动触头3的上端与槽孔相契合。动触头3在绝缘拉杆5的带动下往上移动时，动触头3的上端插入静触头2的下端，静触头2与动触头3接触，高压断路器模拟装置合闸。

在本发明一个实施例中，如图2所示，高压断路器模拟装置还包括电源8，电源8的一个端子与静触头2的上端电连接，电源8的另一个端子与限流电阻6的未与动触头3连接的一端电连接。电源8可以对高压断路器模拟装置施加电压，对高压断路器模拟装置的开合性能进行测试。

如图2所示，限流电阻6的一端与动触头3的下端电连接，限流电阻6的未与动触头3连接的一端设置有电接口61，电接口61与所述电源8电连接。设置电接口61，可以方便地实现高压断路器模拟装置与电源8的电连接，换言之可以方便地对高压断路器模拟装置施加电压。

如图2所示，为方便测试人员的实际测试操作，静触头2与电源8之间可电连接有开关9。通过闭合和关断开关9，可以方便地开始和结束高压断路器模拟装置的测试操作。

下面再结合图3，详细描述利用本发明实施例的高压断路器模拟装置进行高压断路器模拟测试的方法。图3为使用本发明实施例的高压断路器模拟装置进行模拟测试的原理图。如图3所示，当进行模拟测试时，对静触头2的上端和限流电阻6的未与动触头3连接的一端施加交流电压。动触头3在绝缘拉杆5的带动下在绝缘腔体1内上下移动。静触头2和动触头3分开时，可以测试断路器开闸时的性能。静触头2和动触头3接触时，可以测试断路器合闸时的性能。

下面结合图4说明本申请的高压断路器模拟测试方法。图4为本申请的高压断路器模拟测试方法的流程图。如图4所示，本发明实施例的高压断路器模拟测试方法可以包括以下步骤。

步骤S1，打开充气阀7，对绝缘腔体1抽真空。

步骤S2，在绝缘腔体1内充入SF₆气体，当SF₆气体达到预设的压强后关闭充气阀7。

步骤S3，对静触头2的上端和限流电阻6的未与动触头3连接的一端施加电压。具体地，可以施加交流电压。

步骤S4，拉动绝缘拉杆5，调整静触头2与动触头3之间的距离，分别检测静触头2与动触头3在合闸时和分闸时，静触头2与动触头3之间的电流信号和电磁波信号。

检测静触头2与动触头3之间的电流信号和电磁波信号，具体地，可以检测静触头2与动触头3之间的合闸状态的电流信号(即断路器合电流)和电磁波信号，以及检测静触头2与动触头3之间的开闸状态的电流信号(即断路器开电流)和电磁波信号。通过合闸状态的电流信号与开闸状态的电流信号，可以分析断路器的开合状态，进而评估断路器的开合性能。这里，本申请可以模拟SF₆高压断路器，对SF₆高压断路器的开合性能进行测试评估。

例如，通过检测合闸状态的电流信号，从电流信号中获知电流从零到稳定值所经的时间、电流幅值波动、电流的最大值等，从而可以评估断路器开到合的速度、合状态稳定性、合状态动静触头接触电阻大小等合性能。另外，通过检测合闸状态的电磁波信号，可以分析断路器在交流电压下的合性能的动态变化情况。

再例如，通过检测开闸状态的电流信号，从电流信号中获知电流从稳定值到零所经的时间、电流幅值波动等，从而可以评估断路器合到开的速度、开状态稳定性等开性能。另外，通过检测开闸状态的电磁波信号，可以分析断路器在交流电压下的开性能的动态变化情况。

可以理解，在实际测试时，可以采用示波器来测量电流信号，可以用天线接收电磁波信号，后续送入处理器处理成电信号。当然，还可以采用任何合理实用的其它仪器或装置来测量电流信号和电磁波信号。

如上所述，高压断路器模拟装置还可以包括中空的基座4。在进行测试时，在高压模拟断路器模拟装置的静触头端和限流电阻端施加电压，基座4接地。绝缘拉杆5的自由端与基座4保持一定距离以保证测试人员的人身安全。整个模拟装置对电源的容量要求极低，因为在串联回路中接入的限流电阻6在断路器合闸时限制了回路的电流。

下面再结合图5描述本申请的高压断路器模拟装置模拟不同压强的SF₆断路器时执行测试的方法。参见图5，高压断路器模拟测试方法还可以包括：

步骤S5，在绝缘腔体1内充入不同压强的SF₆气体，参照步骤S3和步骤S4，分别检测不同压强的SF₆气体氛围下动静触头合闸和分闸时静触头2与动触头3之间的电流信号和电磁波信号。这样，充入不同压强的SF₆气体可以模拟不同类型的SF₆高压断路器的工作状态，从而测试不同类型的SF₆高压断路器的开合性能。

下面再结合图6描述本申请的高压断路器模拟装置模拟动触头烧蚀程度不同的SF₆断路器时执行测试的方法。参见图6，高压断路器模拟测试方法还可以包括：

步骤S6，将动触头3更换为不同烧蚀程度的动触头，参照步骤S3和步骤S4，分别测量动静触头合闸和分闸时不同烧蚀程度的动触头与静触头2之间的电磁波信号。

在本发明实施例的高压断路器模拟装置中，可以打开上盖11，非常方便地更换动触头3。在断路器实际使用过程中，线路中发生短路，断路器经历短路电流，会不可避免对动触头造成烧蚀。另外，断路器开闸和合闸时有电弧产生，会烧蚀断路器的动触头。断路器使用时间越长，动触头烧蚀程度会越来越严重。动触头出现烧蚀，动静触头之间的接触电阻会变大，造成断路器发热，断路器合闸时性能下降。当动触头烧蚀严重时，即使拉动绝缘拉杆5到合闸位置，动触头与静触头也不会接触，造成断路器失效。因此，动触头的烧蚀程度是断路器寿命的决定性因素之一。断路器开闸和合闸时动静触头之间辐射出的电磁波信号可以反映触头的烧蚀程度，当断路器触头烧蚀严重时，其辐射出的电磁波信号会发生畸变。在本发明实施例中，更换动触头3为不同烧蚀程度的动触头，可以模拟SF₆高压断路器在不同工况下(SF₆高压断路器的使用时间不同，动触头的烧蚀程度不同)的开合性能。

综上所述，利用上述高电压断路器模拟装置进行高压断路器的开合性能测试，优势主要包括：第一，大大减少了测试用电源的功率容量，同时极大减少了测试系统的体积和重量，使测试更加方便；第二，不必再进行现场试验，可以随时进行测试，节约了大量时间成本；第三，本申请的高压断路器模拟装置与实际断路器具有实质相同的基本结构，可以完全等效断路器的主要性能，对断路器的电寿命预测等工作有很好的辅助作用。

另外，通过优化细节设计，可以进一步改善本发明实施例的高压断路器模拟装置的性能，包括与实际断路器的等效性、安全性、可靠性等方面。使用三组相同的高压断路器模拟装置，三组高压断路器模拟装置采用三相电路接线并以三相电源供电，也可模拟三相断路器的实际工况下的一些现象。

由上可见，本申请的高压断路器模拟装置的主体结构与实际高压断路器的结构基本相同，对高压断路器模拟装置施加电压并控制其触头动作时，与实际断路器动作的现象和性质相似。在高压断路器模拟装置中由于安装了限流电阻，断路器合闸时的电流与实际工况差距较大，但反映在测量结果中，在断路器特征相同时仅表现为幅值的成比例变化，可以直接反向推算得到实际测量状态下的电流或电磁波幅值。测试过程中，先根据测试需要设定绝缘腔体1内的气体气压，然后使用本发明实施例的高压断路器模拟装置来测试断路器开合性能，使用不同类型的传感器可以检测需要测量的特征量(例如，上述电流信号和电磁波信号)，进一步通过分析这些量来判断断路器的状态或分析断路器的状态变化趋势等。此外，通过对绝缘腔体1抽气形成真空腔然后充入不同气压的SF₆气体，可以模拟不同类型的SF₆高压断路器的工作状态以及测试其开合性能。另外，通过更换为不同烧蚀程度的动触头，可以模拟不同使用时间的高压断路器以及测试其开合性能。

综上所述，本申请的高压断路器模拟装置可以模拟多种不同型号、不同工况下的断路器，使用灵活。接入了限流电阻，极大降低了电源的容量，降低了断路器测试的成本。利用本申请的高压断路器模拟测试方法可以随时随地实现断路器开合性能测试。