一种断路器分合闸动作模拟试验装置及试验方法与流程

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种断路器分合闸动作模拟试验装置及试验方法。

背景技术：

近年来，电网负荷越来越大，用户对电网运行可靠性的要求也越来越高，这就对电力设备提出了更加严格的要求。断路器作为电力系统中最重要的电力设备之一，既起着带电切合正常的负荷电流的控制作用，也起着在规定的时间内承载、开断和关合异常电流的保护作用，因此断路器拒动将会导致严重的电网事故。

因机构状态异常引起断路器拒动的数据表明，很有必要研究机构状态的评估技术，及时发现机构缺陷，对于提高电力系统的供电可靠性、延长断路器的使用寿命具有重要应用价值。断路器的机构异常不仅包括本体机构发生的卡涩、变形等故障形式，还包括二次控制回路的故障，例如：分合闸线圈卡涩导致不能触发分合闸操作、线圈内部绝缘击穿导致二次回路短路等。近年来国内外学者提出了多种在线与离线的断路器机构状态检测方法，但主要针对分合闸的本体操动机构，对分合闸线圈运行状态的检测研究要少得多，导致对断路器机构状态的检测还不够准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种断路器分合闸动作模拟试验装置及试验方法，用于解决现有技术中对断路器机构状态的检测还不够准确的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种断路器分合闸动作模拟试验装置，包括：分合闸动作模拟单元，用于模拟断路器的分闸状态和合闸状态；触发单元，用于根据触发电压信号触发所述分合闸动作模拟单元在分闸状态和合闸状态之间切换；与所述触发单元相连的线圈电压控制单元，用于为所述触发单元提供所述触发电压信号；与所述分合闸动作模拟单元、所述触发单元及所述线圈电压控制单元相连的数据采集单元，用于采集所述分合闸动作模拟单元对应的模拟状态信号，所述触发单元对应的电流信号，和所述线圈电压控制单元提供的触发电压信号，对所述模拟状态信号、所述电流信号和所述触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。

本发明提供的断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸动作模拟单元能够模拟断路器的分闸状态和合闸状态，触发单元能够根据触发电压信号，控制分合闸动作模拟单元在分闸状态和合闸状态之间切换，从而实现了模拟断路器在实际电力系统中的机构状态。而且，针对所要模拟的断路器的型号，以及其内部各部件之间的参数，可以设置分合闸动作模拟单元、触发单元和线圈电压控制单元各自对应的初始参数，保证了实际模拟断路器机构状态的准确性。在对应模拟断路器的不同机构状态时，对应采集与各机构状态对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，形成数据库。从而在对实际应用的断路器进行机构状态检测时，只需获得断路器的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，并将这些信号与数据库中的数据进行对比，即能够获得断路器的实际机构状态。

此外，形成的数据库记录了大量对应断路器在不同机构状态下对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，这些数据对断路器的寿命具有一定的预测作用，因此，在对断路器进行实际机构状态检测时，还能够根据实际获得的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，结合数据库判断当前检测的断路器的使用寿命，很好的降低了断路器使用过程中的机械故障率。另外，本发明提供的断路器分合闸动作模拟试验装置还能够为实际应用的断路器的定期检修和维护提供试验数据和建议。

本发明的第二方面提供一种断路器分合闸动作模拟试验方法，由上述断路器分合闸动作模拟试验装置实施，包括以下步骤：

步骤101，设置所述断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸动作模拟单元、触发单元和线圈电压控制单元各自对应的初始参数；

步骤102，所述线圈电压控制单元输出触发电压信号；

步骤103，所述触发单元根据所述触发电压信号，触发所述分合闸动作模拟单元在分闸状态和合闸状态之间切换，所述数据采集单元采集所述触发电压信号，所述分合闸动作模拟单元对应的模拟状态信号，和所述触发单元对应的电流信号；

步骤104，循环执行步骤101～步骤103，且每次循环过程中可以调节各初始参数和/或触发电压信号；所述数据采集单元对每次循环过程中设置的各初始参数，以及采集的所述模拟状态信号、所述电流信号和所述触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。

本发明提供的断路器分合闸动作模拟试验方法所能产生的有益效果与本发明所提供的断路器分合闸动作模拟试验装置的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的分合闸动作模拟单元由合闸状态切换到分闸状态的状态转换过程图；

图3为本发明实施例提供的分合闸动作模拟单元由分闸状态切换到合闸状态的状态转换过程图。

附图标记：

1-分合闸动作模拟单元， 10-第一固定架，

11-第一拉簧， 12-保持掣子，

121-平面凸起端， 122-曲面凸起端，

13-第二拉簧， 14-第二固定件，

15-第一固定件， 16-接触件，

17-分合闸掣子， 18-第二固定架，

19-电磁激振器， 2-触发单元，

21-三维调整架， 22-分合闸线圈，

23-线圈动铁芯， 3-线圈电压控制单元，

31-可调电阻， 32-时间继电器，

33-保护继电器， 34-手动开关，

4-数据采集单元， 41-电流互感器，

42-上位机。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置及试验方法，下面结合说明书附图进行详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置包括：分合闸动作模拟单元1，触发单元2，与触发单元2相连的线圈电压控制单元3，以及与分合闸动作模拟单元1相连，且与触发单元2相连的数据采集单元4，数据采集单元4还与线圈电压控制单元3相连；其中，分合闸动作模拟单元1用于模拟断路器的分闸状态和合闸状态；触发单元2用于根据触发电压信号触发分合闸动作模拟单元1在分闸状态和合闸状态之间切换；线圈电压控制单元3用于为触发单元2提供触发电压信号；数据采集单元4用于采集分合闸动作模拟单元1对应的模拟状态信号(模拟状态信号反映的是分合闸动作模拟单元1模拟的断路器的实际状态信息，例如：分闸状态和合闸状态)，触发单元2对应的电流信号(可以以电流波形的形式体现)，和线圈电压控制单元3提供的触发电压信号；数据采集单元4还用于对模拟状态信号、电流信号和触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。

断路器分合闸动作模拟试验装置进行模拟试验的过程为：设置分合闸动作模拟单元1、触发单元2和线圈电压控制单元3各自对应的初始参数；调节线圈电压控制单元3，使其输出满足需要的触发电压信号；触发单元2根据触发电压信号，触发分合闸动作模拟单元1在分闸状态和合闸状态之间切换；数据采集单元4采集分合闸动作模拟单元1对应的模拟状态信号，触发单元2对应的电流信号，和线圈电压控制单元3提供的触发电压信号，并对模拟状态信号、电流信号和触发电压信号进行存储和分析以形成数据库。使用断路器分合闸动作模拟试验装置进行多次模拟试验，且对应每一次模拟试验设置不同的初始参数以及触发电压信号，记录每一次模拟试验对应的初始参数，触发电压信号，电流信号和模拟状态信号，并形成数据库。

根据上述断路器分合闸动作模拟试验装置的结构和试验过程可知：本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸动作模拟单元1能够模拟断路器的分闸状态和合闸状态，触发单元2能够根据触发电压信号，控制分合闸动作模拟单元1在分闸状态和合闸状态之间切换，从而实现了模拟断路器在实际电力系统中的机构状态；而且，针对所要模拟的断路器的型号，以及其内部各部件之间的参数，可以设置分合闸动作模拟单元1、触发单元2和线圈电压控制单元3各自对应的初始参数，保证了实际模拟断路器机构状态的准确性。在对应模拟断路器的不同机构状态时，对应采集与各机构状态对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，形成数据库。从而在对实际应用的断路器进行机构状态检测时，只需获得断路器的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，并将这些信号与数据库中的数据进行对比，即能够获得断路器的实际机构状态。

此外，形成的数据库记录了大量对应断路器在不同机构状态下的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，记录的这些信息能够反映出断路器对应不同信号下的运行趋势，对断路器的寿命具有一定的预测作用，因此，在对断路器进行实际机构状态检测时，还能够根据实际获得的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，结合数据库判断当前检测的断路器的使用寿命，很好的降低了断路器使用过程中的机械故障率。另外，本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置还能够为实际应用的断路器的定期检修和维护提供试验数据和建议。

上述分合闸动作模拟单元1包括多种结构，只要能够模拟断路器实际工作时的分闸状态和合闸状态即可，下面给出分合闸动作模拟单元1的一种具体结构，以及对应这种结构的模拟状态信号获取方式，但不仅限于给出的这种结构。

请继续参阅图1，上述分合闸动作模拟单元1包括：动作子单元和断路器辅助节点，且动作子单元和断路器辅助节点均与数据采集单元4相连；其中，动作子单元受控于触发单元2，用于在触发单元2的控制下模拟断路器的分闸状态和合闸状态；断路器辅助节点包括电极性相反的第一固定件15和第二固定件14，在分闸状态，第一固定件15与动作子单元接触，在合闸状态，第二固定件14与动作子单元接触。

具体的，由于第一固定件15和第二固定件14对应的电极性相反，使得动作子单元与不同的固定件接触时，对应产生的信号不同；数据采集单元4在实际采集模拟状态信号时，可分别与第一固定件15、第二固定件14和动作子单元相连，从而获得模拟状态信号。需要说明的是，模拟状态信号能够反映分合闸动作模拟单元1所处的状态，即能够反映断路器在实际应用中所处的状态(包括分闸状态和合闸状态)。

更进一步的，请参阅图1，上述动作子单元可以包括：第一固定架10；一端与第一固定架10相连的第一拉簧11；与第一拉簧11的悬空端相连的保持掣子12，保持掣子12上设有接触件16，接触件16的电极性与第一固定件15的电极性相同，或与第二固定件14的电极性相同；第二固定架18；一端与第二固定架18相连的第二拉簧13，一端第二拉簧13的悬空端相连的分合闸掣子17，设置在第二固定架18上的电磁激振器19。

触发单元2用于根据触发电压信号将分合闸掣子17的悬空端(未与第二拉簧13相连的一端)顶起，电磁激振器19用于产生推力，推动保持掣子12的平面凸起端121，使保持掣子12的曲面凸起端122将分合闸掣子17与第二拉簧13相连的一端抵住，使接触件16与第一固定件15接触，从而分合闸动作模拟单元1实现模拟断路器的分闸状态。

触发单元2用于根据触发电压信号停止顶起操作，电磁激振器19用于释放推力，保持掣子12处于竖直状态(保持掣子12在第一拉簧11和自身重力的作用下回到竖直状态)，分合闸掣子17在第二拉簧13的作用下，回到水平位置，使接触件16与第二固定件14接触；电磁激振器19再次产生推力，推动保持掣子12的平面凸起端121，使保持掣子12的曲面凸起端122将分合闸掣子17与第二拉簧13相连的一端抵住，使接触件16与第二固定件14保持接触，从而分合闸动作模拟单元1实现模拟断路器的合闸状态。

针对上述接触件16的电极性与第一固定件15的电极性相同，或与第二固定件14的电极性相同；更详细的说，在实际应用断路器分合闸动作模拟试验装置时，第一固定件15、第二固定件14和接触件16的电极性可以自行设定，只需能够获得准确的模拟状态信号即可。例如：令第一固定件15带正电性，第二固定件14带负电性，接触件16带负电性，定义接触件16与第一固定件15接触时，模拟的断路器处于分闸状态，接触件16与第二固定件14接触时，模拟的断路器处于合闸状态，这样当数据采集单元4采集到的模拟状态信号对应正电性与负电性接触的信号(即第一固定件15和接触件16相接处)时，能够得知此时分合闸动作模拟单元模拟的断路器处于分闸状态，当数据采集单元4采集到的模拟状态信号对应负电性与负电性接触的信号(即第二固定件14和接触件16相接处)时，能够得知此时分合闸动作模拟单元模拟的断路器处于合闸状态。

相应的，上述触发单元2可以包括：三维调整架21，以及设置在三维调整架21上的分合闸线圈22；其中，三维调整架21用于调节分合闸线圈22中的线圈动铁芯23与分合闸动作模拟单元1之间的距离参数；分合闸线圈22与数据采集单元4相连，且与线圈电压控制单元3相连；用于根据触发电压信号，控制线圈动铁芯23触发分合闸动作模拟单元1。值得注意的是，通过调节三维调整架21能够精确调节线圈动铁芯23与分合闸动作模拟单元1之间的距离，以对不同厂家、不同型号的断路器进行模拟。

下面结合给出的动作子单元和触发单元2的具体结构，对触发单元2触发动作子单元的具体过程进行详细说明。

请参阅图2，图2中由图2a至图2b的过程代表了分合闸动作模拟单元1由合闸状态切换到分闸状态的状态转换过程，具体的，分合闸线圈22根据触发电压信号产生第一电磁力，第一电磁力使线圈动铁芯23将分合闸掣子17的悬空端顶起(将分合闸掣子17的悬空端顶向远离第二固定架18的方向)，电磁激振器19产生推力，推动保持掣子12的平面凸起端121，使保持掣子12的曲面凸起端122将分合闸掣子17与第二拉簧13相连的一端抵住(以防止分合闸掣子17干扰线圈动铁芯23动作)，同时使接触件16与第一固定件15接触，从而实现分合闸动作模拟单元1由合闸状态切换到分闸状态。

请参阅图3，图3中由图3a至图3b的过程代表了分合闸动作模拟单元1由分闸状态切换到合闸状态的状态转换过程，具体的，分合闸线圈22根据触发电压信号产生第二电磁力，第二电磁力使线圈动铁芯23停止顶起操作(分合闸掣子17的悬空端不会被线圈动铁芯23顶起)，同时电磁激振器19释放推力，保持掣子12在第一拉簧11的推力和重力的作用下回到竖直状态，而且分合闸掣子17在第二拉簧13的作用下，回到水平位置，使接触件16与第二固定件14接触；接着电磁激振器19再次产生推力，推动保持掣子12的平面凸起端121，使保持掣子12的曲面凸起端122将分合闸掣子17与第二拉簧13相连的一端抵住，使接触件16与第二固定件14保持接触，从而实现分合闸动作模拟单元1由分闸状态切换到合闸状态。

请继续参阅图1，上述数据采集单元4包括：电流互感器41、数据采集卡以及上位机42；其中，电流互感器41分别与触发单元2和数据采集卡相连，用于获取触发单元2对应的电流信号，并将电流信号传输至数据采集卡；数据采集卡分别与分合闸动作模拟单元1、线圈电压控制单元3和上位机42相连，用于采集模拟状态信号和触发电压信号；并能够将电流信号、模拟状态信号和触发电压信号传输至上位机42；上位机42用于对模拟状态信号、电流信号和触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。

需要说明的是，数据采集卡能够设定电源控制开关的控制间隔(例如20s～2分钟完成开合分断一次)，并能够设定电磁激振器19的振荡间隔时间(例如0.01Hz)，从而很好的保证线圈动铁芯23在推动分合闸掣子17的过程中，电磁激振器19能够提供推力，并在下一个周期到来前释放。

可选的，上述电流互感器41采用霍尔传感器，霍尔传感器体积小、电气性能好，是一种先进的能隔离主电流回路与电子电路的电检测元件，综合了互感器和分流器的所有优点，克服了互感器和分流器的不足。而且，霍尔传感器在实际测量分合闸线圈22对应的电流信号时，分合闸线圈22回路引线穿芯而过，不会对断路器主系统的正常运行造成影响，对于保证整个断路器分合闸动作模拟试验装置的测量稳定性及测量精度都十分有利。

需要说明的是，上述上位机42在实际应用中，程序可由Labview编写，且上位机42能够显示断路器在不同情况下对应的电流波形，使操作者能够更直观的了解到检测结果。

请参阅图1，上述线圈电压控制单元3包括：串联的可调电阻31，时间继电器32，保护继电器33以及直流可调电源；其中直流可调电源由交流变压器、整流二极管和滤波电容组成，保证了触发电压信号在0V～240V之间精确可调(可用于模拟额定工作电压状态，以及过压和欠压故障)；数据采集卡通过采集模拟状态信号，控制保护继电器33的通断；时间继电器32为常闭延时断开状态，且分断时间可以根据实际需要设定，在预设时间内，当分合闸动作模拟单元1不能够在分闸状态和合闸状态之间切换时，时间继电器32能够控制线圈电压控制单元3停止输出触发电压信号，以对电路进行保护；可调电阻31可以根据实际情况模拟电路的阻抗。此外，上述线圈电压控制单元3还可以包括与保护继电器33并联的手动开关34，这样就使得线圈分合闸既可以通过手动操作，也可以通过虚拟仪器程序控制，在保护继电器33不能够实现保护功能时，操作人员同样能够通过手动开关34实现对电路的保护。

需要说明的是，在采用断路器分合闸动作模拟试验装置进行模拟试验时，可能会出现一些突发情况，导致分合闸动作模拟单元1不能够在分闸状态和合闸状态之间切换，在这种情况下数据采集卡能够控制保护继电器33及时断开线圈电压控制单元3，从而很好的保护了断路器分合闸动作模拟试验装置，延长了断路器分合闸动作模拟试验装置的使用寿命。

值得注意的是，本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验装置在模拟实际应用的断路器时，除了能够模拟断路器的分闸状态和合闸状态的切换外，还能够通过设置分合闸动作模拟单元1、触发单元2、线圈电压控制单元3对应的初始参数，来更好的模拟断路器的实际机构状态(包括正常状态和异常状态)。下面对设定初始参数的方式方法进行举例说明。

第一种方式，通过增大断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸线圈22中锁闩上锁扣的摩擦力，来模拟实际断路器中的分合闸线圈22中分合闸锁闩润滑不足缺陷。

第二种方式，通过对断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸线圈22进行处理(例如：刮开分合闸线圈22上相邻漆包线上的漆)，来模拟实际断路器中分合闸线圈22匝间短路缺陷。

第三种方式，通过在断路器分合闸动作模拟试验装置中的线圈电压控制单元3中串接电阻，来模拟实际断路器中分合闸回路接触不良缺陷。

第四种方式，通过调节断路器分合闸动作模拟试验装置中直流可调电源，来模拟实际断路器中控制电压低缺陷。

第五种方式，通过控制断路器分合闸动作模拟试验装置中数据采集卡延时控制保护继电器33断开电路，来模拟实际断路器机构速度降低缺陷。

本发明实施例还提供了一种断路器分合闸动作模拟试验方法，由上述断路器分合闸动作模拟试验装置实施，包括以下步骤：

步骤101，设置断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸动作模拟单元、触发单元和线圈电压控制单元各自对应的初始参数。

步骤102，线圈电压控制单元输出触发电压信号。

步骤103，触发单元根据触发电压信号，触发分合闸动作模拟单元在分闸状态和合闸状态之间切换，数据采集单元采集触发电压信号，分合闸动作模拟单元对应的模拟状态信号，和触发单元对应的电流信号。

步骤104，循环执行步骤101～步骤103，且每次循环过程中可以调节各初始参数和/或触发电压信号；数据采集单元对每次循环过程中设置的各初始参数，以及采集的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。

具体的，在步骤101中，设置分合闸动作模拟单元1、触发单元2、线圈电压控制单元3各自对应的初始参数(可对应所要模拟的断路器的型号设置，还可以同时考虑要模拟的断路器中各部件之间的润滑度等参数设置)，不同的参数反映实际应用的断路器的不同运行状态。

在步骤102中，线圈电压控制单元3能够通过直流可调电源实现触发电压信号在0-240V之间连续调节。而且，实际输出的触发电压信号能够根据实际模拟需要设定。

在步骤103中，触发单元2根据触发电压信号，控制分合闸动作模拟单元1在分闸状态和合闸状态之间切换，来模拟实际工作的断路器的分闸状态和合闸状态，数据采集单元4采集对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号。

步骤104，在循环执行步骤101～步骤103的过程中，每次循环过程均可以根据实际需要调节各初始参数和/或触发电压信号；数据采集单元4对每次循环过程中设置的各初始参数，以及采集的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号进行存储和分析，并形成数据库。更详细的说，在循环执行步骤101～步骤103时，可以通过数据采集单元4设置线圈电压控制单元3输出触发电压信号的时间间隔，例如：输出的触发电压信号能够使控制分合闸动作模拟单元1在每20秒～2分钟完成开合分段(实现分闸状态、合闸状态)一次。

本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验方法由上述断路器分合闸动作模拟试验装置实施，上述断路器分合闸动作模拟试验装置中的分合闸动作模拟单元1能够模拟断路器的分闸状态和合闸状态，触发单元2能够根据触发电压信号，控制分合闸动作模拟单元1在分闸状态和合闸状态之间切换；通过设置分合闸动作模拟单元1、触发单元2和线圈电压控制单元3各自对应的初始参数，即能够模拟断路器在实际电力系统中的工作状态。在对应模拟断路器的不同工作状态时，对应采集与各工作状态对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，形成数据库。在对实际应用的断路器进行检测时，只需获得断路器的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，并将这些信号与数据库中的数据进行对比，即能够获得断路器的实际工作状态。

此外，形成的数据库记录了大量对应断路器在不同运行状态下对应的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，这些数据对断路器的寿命具有一定的预测作用，因此，在对断路器进行实际检测时，还能够根据实际获得的模拟状态信号、电流信号和触发电压信号，结合数据库判断当前检测的断路器的使用寿命，很好的降低了断路器使用过程中的机械故障率。另外，本发明实施例提供的断路器分合闸动作模拟试验方法还能够为实际应用的断路器的定期检修和维护提供试验数据和建议。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。