一种高压断路器触头寿命评估装置及方法与流程

本发明涉及电力系统10kv及以上高压断路器测试技术领域，具体涉及一种高压断路器触头寿命评估装置，还涉及一种高压断路器触头寿命评估方法。

背景技术：

在高压输电环节中，高压断路器是极其重要的电气设备，高压断路器的触头烧蚀程度，直接关系到高压断路器运行的安全性，从而关系到整条输电线路的运行可靠性。

传统高压断路器触头烧蚀程度的测量，通常使用回路电阻测试仪，在断路器合闸状态下测量断路器主触头的静态接触电阻，当静态接触电阻在的合格范围之内，则认为断路器器触头无明显烧蚀，断路器触头状态良好。经过市场调研可知，每年断路器发生爆炸，均是出现在断路器合闸、或分闸过程中，而不是发生在断路器静态的运行过程中。

高压断路器合闸和分闸时，断口的静触头和动触头之间产生电弧，该电弧会导致断路器静触头和动触头表面烧蚀，从而产生较大的动态接触电阻。由于断路器经过多次分闸、合闸，断路器的断口所在的灭弧室内，存在含量较高的有毒氟化物气体,而且粉尘也很多,一旦打开灭弧室检查,这些分解物将很快吸收水分并变成灰色,象水泥一样牢牢粘附在灭弧室的各个部件上。打开灭弧室检测断路器的触头性能，显然不是最佳方法。

可见，采用合适的测量方法，进行断路器动态接触电阻的测量，并根据该接触电阻评估高压断路器触头寿命非常重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种高压断路器触头寿命评估装置，还提供一种高压断路器触头寿命评估方法，

本发明通过以下技术方案实现：

一种高压断路器触头寿命评估装置，包括数据采集系统，还包括测试电源箱，测试电源箱包括法拉电容，法拉电容一端通过第一导线与断路器的动触头连接，法兰电容另一端通过功率开关与断路器的静触头连接，功率开关的控制端与数据采集系统连接，动触头与绝缘连杆连接,绝缘连杆上设置有磁栅尺，还包括用于测量通过静触头和动触头的电流的电流传感器、用于测量静触头和动触头的之间的电压的电压传感器、以及与磁栅尺适配且用于测量绝缘连杆位移的磁栅尺传感器，电流传感器、电压传感器和磁栅尺传感器分别与数据采集系统连接。

一种高压断路器触头寿命评估方法，包括以下步骤：

步骤1、在断路器分闸过程中，对通过静触头和动触头的电流进行监测获得电流信号；

步骤2、在断路器分闸过程中，对静触头和动触头的之间的电压进行监测获得电压信号；

采集电流信号和电压信号对应的时间和动触头行程；

步骤3、根据电流信号和电压信号计算触头接触电阻，

步骤4、根据触头接触电阻以及对应的动触头行程，获得触头接触电阻与动触头行程关系曲线，

根据触头接触电阻以及对应的时间，获得触头接触电阻与时间关系曲线；

步骤5、根据触头接触电阻与动触头行程关系曲线获得动触头行程s1和动触头行程s2，

动触头行程s1为断路器的静触头和动触头分离位移点，动触头行程s2为断路器的触指和弧触头分离位移点，

根据触头接触电阻与时间关系曲线获得时间t1和时间t2，

时间t1为断路器的静触头和动触头分离时间，时间t2为断路器的触指和弧触头分离时间，

步骤6、对触头接触电阻与动触头行程关系曲线上对应于动触头行程s1到动触头行程s2之间的曲线进行积分；

对触头接触电阻与时间关系曲线上对应于时间t1和时间t2之间的曲线进行积分。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、测量方便；

2、通过触头接触电阻与时间，以及触头接触电阻与动触头行程的关系，通过积分的方式评估高压断路器触头寿命，方便，快捷。避免了对断路器灭弧室盲目解体而造成的不必要的停电，减少了人力、财力的浪费，提高了高压输电的可靠性。

附图说明

图1为本发明的测试原理框图；

图2为触头接触电阻与动触头行程关系曲线；

图3为触头接触电阻与时间关系曲线。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种高压断路器触头寿命评估装置，包括数据采集系统，其特征在于，还包括测试电源箱，测试电源箱包括法拉电容，法拉电容一端通过第一导线与断路器的动触头连接，法兰电容另一端通过功率开关与断路器的静触头连接，功率开关的控制端与数据采集系统连接，动触头与绝缘连杆连接,绝缘连杆上设置有磁栅尺，还包括用于测量通过静触头和动触头的电流的电流传感器、用于测量静触头和动触头的之间的电压的电压传感器、以及与磁栅尺适配且用于测量绝缘连杆位移的磁栅尺传感器，电流传感器、电压传感器和磁栅尺传感器分别与数据采集系统连接。

图1中，断路器的触指g固定在断路器的静触头f前端，断路器的弧触头h固定断路器的动触头i前端的。运动方向l表示断路器分闸方向，运动方向m表示合闸方向。在断路器合闸过程中，动触头i在断路器操作机构的带动下向合闸方向(运动方向m)运动，静触头f插入中空的弧触头h中，并不与弧触头h接触，而触指g先于弧触头h接触，然后静触头f与动触头i接触，完成合闸过程。分闸时，操作机构带动动触头i向分闸方向(运动方向l)运动，动触头i与静触头f分离后，触指g与弧触头h接触，然后分离，完成分闸过程。

磁栅尺a固定在绝缘连杆j上，而绝缘连杆j固定在断路器的动触头i上，在断路器合闸、分闸的过程中，磁栅尺a与动触头i同步运行，数据采集系统实时读取磁栅尺传感器b所采集的断路器的动触头行程和时间。

测试电源箱包括大容量法拉电容c和功率开关d。功率开关d在数据采集系统的控制下开启、或关闭，大容量法拉电容c通过功率开关d加载在断路器静触头f和动触头i上。电流传感器e测量通过静触头f和动触头i的电流，数据采集系统接收电流传感器e采集到的电流信号，还通过电压传感器采集静触头f和动触头i之间的电压信号，在断路器合闸、分闸的过程中，数据采集系统实时读取电流传感器e采集到的电流信号，以及电压传感器传输过来的电压信号。

本发明是在断路器分闸过程中进行的，为了更方便地阐明本发明专利，现对某一型号断路器进行测试，首先进行对一台刚出厂的断口进行测试，然后对已运行五年的断口进行测试，通过对比的方法，本发明的内容。

一种高压断路器触头寿命评估方法，包括以下步骤：

根据断路器分闸过程中，数据采集系统采集到的电流信号、电压信号、动触头行程，设定电流信号关于动触头行程的变化函数为i(s)，设定电压信号关于动触头行程的变化函数为u(s)，s为动触头行程，绘制触头接触电阻与动触头行程关系曲线，触头接触电阻与动触头行程关系曲线的横坐标对应的是动触头行程s，纵坐标为动触头行程s对应的触头接触电阻r(s)，r(s)＝u(s)/i(s)，如图2所示。曲线v是刚出厂的断路器的触头接触电阻与动触头行程关系曲线，曲线u是已运行五年的断路器的触头接触电阻与动触头行程关系曲线。

动触头行程s1为断路器的静触头f和动触头i分离位移点，动触头行程s2为断路器的触指g和弧触头h分离位移点。

设定刚出厂的断路器的动触头i和已经运行五年的断路器的动触头i的驱动速度、初始位置和驱动行程均相同，

设定刚出厂的断路器的静触头f和已经运行五年的断路器的静触头f的初始位置均相同。

刚出厂的断路器的动触头行程s1与已运行五年的断路器的动触头行程s1相同，且刚出厂的断路器的动触头行程s2与已运行五年的断路器的动触头行程s2相同。

经过分析动触头行程s1的位移是10mm，动触头行程s2的位移是29.5mm。

动触头行程s1之前的电阻等于静触头f和动触头i之间的接触电阻，曲线u和曲线v在动触头行程s1之前的曲线段是重合的，表明两者在此行程段，触头接触电阻相同。在动触头行程s1和动触头行程s2之间，曲线v是刚出厂的断路器的触头接触电阻与动触头行程关系曲线，该曲线较为平滑。曲线u是已运行五年的断路器的触头接触电阻与动触头行程关系曲线，该曲线突变较多，说明该断口的弧触头发生了一定程度的烧蚀。

如果通过断口静态的接触电阻评估断路器触头的性能，只能表明新出厂断路器的断口与已运行五年断路器的断口性能完全一样，可见这样的评估是片面的。如果根据波形定性地分析的触头烧蚀的程度，这现场测试人员增加了工作难度。

1、基于触头接触电阻与动触头行程积分算法，可通过定量的特征值进行断路器触头寿命评估。

对刚出厂的断路器的触头接触电阻r(s)在动触头行程s1和动触头行程s2之间进行积分：

对已运行五年的断路器的触头接触电阻r(s)在动触头行程s1和动触头行程s2之间进行积分：

可见，通过弧触头的动态接触电阻行程积分算法，可得到不同的特征值，根据特征值，测试人员可以很方便地区分出断路器弧触头的烧蚀程度，进而准确快捷地实现断路器触头寿命的评估。

2、基于触头接触电阻与时间积分算法，可通过定量的特征值进行断路器触头寿命评估：

根据断路器分闸过程中，数据采集系统采集到的电流信号、电压信号、时间，设定电流信号关于时间的变化函数为i(t)，设定电压信号关于时间的变化函数为u(t)，t为时间，绘制触头接触电阻与时间关系曲线，触头接触电阻与时间关系曲线的横坐标对应的是时间t，纵坐标为时间t对应的触头接触电阻r(t)，r(t)＝u(t)/i(t)，如图3所示。曲线w是刚出厂的断路器的触头接触电阻与时间关系曲线，曲线q是已运行五年的断路器的触头接触电阻与时间关系曲线。

时间t1为断路器的静触头f和动触头i分离时间，时间t2为断路器的触指g和弧触头h分离时间。

设定刚出厂的断路器的动触头i和已经运行五年的断路器的动触头i的驱动速度、初始位置和驱动行程均相同，

设定刚出厂的断路器的静触头f和已经运行五年的断路器的静触头f的初始位置均相同。

刚出厂的断路器的时间t1与已运行五年的断路器的时间t1相同，且刚出厂的断路器的时间t2与已运行五年的断路器的时间t2相同。

经过分析时间t1为.5ms，时间t2为27.5ms。

时间t1之前的电阻为静触头f和动触头i之间的接触电阻，曲线q和曲线w在时间点t1之前的曲线段是重合的，表明两者在此时间段，接触电阻相同。

在时间t1和时间t2之间，曲线w波形较为平滑；曲线q波形突变较多，说明触头烧蚀较严重，显然，使用时间t1之前的触头接触电阻衡量断路器触头寿命是不准确的。而根据波形定性地分析的触头烧蚀的程度，这现场测试人员增加了工作难度。

本发明采用电阻时间积分法，可通过定量的特征值进行断路器触头寿命评估。

对刚出厂的断路器的触头接触电阻r(t)在时间t1和时间t2之间进行积分：

对已经运行五年的断路器的触头接触电阻r(t)在时间t1和时间t2之间进行积分：

可见，通过弧触头的动态接触电阻时间积分算法，可得到不同的特征值，根据特征值，测试人员可以很方便地区分出断路器弧触头的烧蚀程度，进而准确快捷地实现断路器触头寿命的评估。

两者之间可相互佐证，在现场测试过程中，有时不接行程传感器(如现场行程传感器安装不方便)，则只能使用触头接触电阻与时间积分算法，如果可以安装行程传感器，则可以实现两者之间相互佐证。

本文中所描述的具体实施方式仅仅是对本发明精神作说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。