一种SF6高压断路器燃弧特性检测系统的制作方法

本申请涉及高压电力设备检测技术领域，尤其涉及一种sf6高压断路器燃弧特性检测系统。

背景技术：

高压断路器(或高压开关)是电力系统的重要设备，用来切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流。sf6(sulfurhexafluoride，六氟化硫)高压断路器以其优越的灭弧性能，是电力系统安装数量最多的高压断路器。在带电运行的情况下，高压断路器开断即断路器动、静触头分离瞬间会产生电弧，电弧有一定的燃烧时间。分为最长燃弧时间和最短燃弧时间，在gb1984—2014《交流高压断路器》标准上对高压断路器的最长燃弧时间和最短燃弧时间提出了要求：对于额定操作顺序为co-t”-co的断路器，一个co验证最短燃弧时间，另一个co验证最长燃弧时间。并对燃弧时间偏差做了规定。最长燃弧时间与最短燃弧时间之差为一个区间范围，称为断路器燃弧区间，所以燃弧区间是高压断路器灭弧性能判定的直接参数。

当高压断路器的灭弧性能出现故障的时候，轻则损坏设备，重则可以产生爆炸，酿成火灾，威胁生命和财产的安全，为保证高压断路器正常的使用，需要对高压断路器的灭弧性能进行监测并对灭弧室性能状态进行衡量，如对燃弧区间进行检测测量、判断是否发生重燃等。现有技术中，一般通过测量断开电流等参数进行高压断路器燃弧时间区间推算，但是此方法对高压断路器燃弧时间区间的测量精确度较低。

技术实现要素：

本申请提供了一种sf6高压断路器燃弧特性检测系统，以便于sf6高压断路器灭弧室性能的监测。

本申请提供了一种sf6高压断路器燃弧特性检测系统，所述系统包括：特高频信号传感器、高效数字处理单元和显示和综合分析终端；

所述特高频信号传感器上设置传感器输出端口，所述特高频信号传感器用于接收所述sf6高压断路器合闸时因燃弧而产生的电磁脉冲信号；所述特高频信号传感器通过所述传感器输出端口信号连接所述高效数字处理单元的输入端；所述高效数字处理单元的输出端信号连接所述显示和综合分析终端，所述显示和综合分析终端用于分析所述高效数字处理单元传输的信号。

上述系统中，所述特高频信号传感器包括传感器绝缘外壳和双锥宽带宽高增益射频天线；

所述双锥宽带宽高增益射频天线设置在所述传感器绝缘外壳的内部，所述双锥宽带宽高增益射频天线的底端连接所述传感器输出端口。

上述系统中，所述特高频信号传感器还包括金属底盘，所述金属底盘支撑连接所述双锥宽带宽高增益射频天线。

上述系统中，所述金属底盘与所述双锥宽带宽高增益射频天线之间设置环氧树脂固定件，所述环氧树脂固定件支撑连接所述双锥宽带宽高增益射频天线和金属底盘。

上述系统中，所述高效数字处理单元包括依次连接的滤波模块、信号放大模块和数字采集运算模块；所述传感器输出端口信号连接所述滤波模块。

上述系统中，所述传感器输出端口通过信号传输光纤信号连接所述高效数字处理单元。

上述系统中，所述高效数字处理单元的输出端通过usb串行线信号连接所述显示和综合分析终端。

本申请提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统，用于sf6高压断路器灭弧室性能检测，其通过特高频信号传感器检测sf6高压断路器分合闸动作、电弧燃烧产生的特高频电磁脉冲信号，将特高频电磁脉冲信号传输至高效数字处理单元进行预处理，再经显示和综合分析终端进行特高频电磁脉冲信号的分析，计算燃弧时间，判定sf6高压断路器是否发生重燃、灭弧室是否正常、灭弧室是否有轻度烧损、灭弧室是否有重度烧损等等，为高压sf6断路器性能评判和故障检测提供可靠依据。

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为本申请实施例提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的特高频信号传感器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的特高频信号传感器的局部结构示意图；

图4为本申请实施例提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统的使用状态图；

图5为本申请实施例提供的高速数字处理单元的原理结构图。

其中：

1-特高频信号传感器，11-传感器输出端口，12-传感器绝缘外壳，13-双锥宽带宽高增益射频天线，14-金属底盘，15-环氧树脂固定件，2-高效数字处理单元，21-滤波模块，22-信号放大模块，23-数字采集运算模块，3-显示和综合分析终端，4信号传输光纤，5-usb串行线。

具体实施方式

参见图1，附图1示出了本申请实施例提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统的基本结构。本申请实施例提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统包括特高频信号传感器1、高效数字处理单元2和显示和综合分析终端3，特高频信号传感器1用于设置在sf6高压断路器灭弧室的周围，用于接收sf6高压断路器合闸时因燃弧而产生的特高频电磁脉冲信号，特高频信号传感器1上设置传感器输出端口11，高效数字处理单元2的输入端信号连接传感器输出端口11，通过传感器输出端口11接收特高频信号传感器1采集的电磁脉冲信号并进行特高频电磁脉冲信号预处理，如去噪滤波、数字转换等，高效数字处理单元2的输出端信号连接显示和综合分析终端3，显示和综合分析终端3接收高效数字处理单元2输出的信号并对其进行分析处理，获得被检测sf6高压断路器的状态。

本申请提供的sf6高压断路器燃弧特性检测系统，通过特高频信号传感器1检测sf6高压断路器分合闸动作、电弧燃烧产生的特高频电磁脉冲信号，将特高频电磁脉冲信号传输至高效数字处理单元2进行预处理，再经显示和综合分析终端3进行特高频电磁脉冲信号的分析，计算燃弧时间，判定sf6高压断路器是否发生重燃、灭弧室是否正常、灭弧室是否有轻度烧损、灭弧室是否有重度烧损等等，为高压sf6断路器性能评判和故障检测提供可靠依据。

在本申请具体实施方式中，特高频信号传感器1包括传感器绝缘外壳12和双锥宽带宽高增益射频天线13；双锥宽带宽高增益射频天线13设置在传感器绝缘外壳12的内部，双锥宽带宽高增益射频天线13的底端连接传感器输出端口11，具体可参见附图2和3，其中详细表明了特高频信号传感器1的具体结构。

传感器绝缘外壳12为圆台状，传感器绝缘外壳12用于保护双锥宽带宽高增益射频天线13，双锥宽带宽高增益射频天线13用于接收sf6高压断路器分合闸动作、电弧燃烧辐射产生的特高频电磁脉冲信号，双锥宽带宽高增益射频天线13的灵敏度较高，采用双锥宽带宽高增益射频天线13提高sf6高压断路器燃弧特性检测的精度，特高频电磁脉冲信号通过传感器输出端口11输出。

进一步，特高频信号传感器1还包括金属底盘14，金属底盘14支撑连接双锥宽带宽高增益射频天线13。金属底盘14与双锥宽带宽高增益射频天线13之间设置环氧树脂固定件15，环氧树脂固定件15支撑连接双锥宽带宽高增益射频天线13和金属底盘14。如此可保证双锥宽带宽高增益射频天线13的使用稳定性，便于特高频信号传感器1的使用。

在本申请具体实施方式中，高效数字处理单元2包括依次连接的滤波模块21、信号放大模块22和数字采集运算模块23；传感器输出端口11信号连接滤波模块21。具体的，传感器输出端口11通过信号传输光纤4信号连接高效数字处理单元2。高效数字处理单元2实现了特高频电磁脉冲信号的滤波、放大和运算。具体为，首先由滤波模块21对特高频信号进行滤波处理，将一些杂波，干扰波形滤掉，因为高压断路器燃弧辐射出来的特高频信号是在某一个特高频频段的，也是一个区间值，滤波器把不属于这个频段的波形滤掉，然后信号放大模块22在对滤出杂质后的波形进行数倍的放大，在传给数字采集运算模块23，数字采集运算模块23对波形数据进行处理，这个处理包括对波形(脉冲)进行比较运算(与设定的电平)、数模转换等。

显示和综合分析终端3装有专业分析软件的电脑，用于高效数字处理单元2处理后的特高频电磁脉冲信号的分析并进行分析结果的输出展示，其中的分析可具体包括将处理获得的特高频电磁脉冲信号与sf6高压断路器的各状态的特征波形进行比较，获取sf6高压断路器的实际状态。在显示和综合分析终端3中存储有大量与sf6高压断路器各状态对应的特征波形，通过比对获得的特高频电磁脉冲信号的波形特征与sf6高压断路器各状态对应的特征波形，获得sf6高压断路器的状态性能。

在本申请具体实施方式中，高效数字处理单元2的输出端通过usb串行线5信号连接显示和综合分析终端3。

在具体使用的过程中，sf6高压断路器的每一相上设置一个特高频信号传感器1，用于分别采集sf6高压断路器上每一相上分合闸动作、电弧燃烧产生的特高频电磁脉冲信号，具体结构参见附图4，其展示出了本申请sf6高压断路器燃弧特性检测系统的具体使用状态，附图中将sf6高压断路器的三相分别通过a相、b相和c相表示。特高频信号传感器1与sf6高压断路器的安装可以是直接安装在高压断路器接线板上也可以是借用绝缘支架支撑在断路器灭弧室的附件。

据分析可知：正常情况下，在sf6高压断路器合闸、开关动作过程中每相会辐射出1个特高频电磁脉冲信号，三相共辐射出3个特高频电磁脉冲信号。在分闸过程中，如无重燃现象，三相共辐射出3个特高频电磁脉冲信号，如存在重燃现象，开关动作过程将辐射出4个及以上特高频电磁脉冲信号。当开关性能下降时，由于触头表面烧蚀加剧，会形成多个尖刺，进而形成多个极不均匀电场区，动静触头间的击穿时，这些极不均匀电场区会先后发生击穿，会激发多个电磁波信号。另外由于装配、磨损等原因，会在灭弧室内产生金属颗粒，这些金属颗粒位于灭弧室底部。当开关动作时，灭弧室内的气体剧烈运动，金属颗粒会在气流的带动下运动，使得金属颗粒处于不同的电场区，金属颗粒间的电位不同，金属颗粒之间或金属颗粒与触头间都可能产生放电，继而激发电磁波信号，颗粒的数量越多，能激发的电磁波脉冲信号越密集。sf6高压断路器在不同的性能状态产生不同的特征波形，充分利用sf6高压断路器各状态的下的特征波形进行sf6高压断路器燃弧性能的判定，可提高sf6高压断路器燃弧性能判定的准确性，且本系统在检测过程中可实现非接触式的测量，不会影响高压断路器的正常运行也不会给设备正常运行带来安全隐患，能够精确的测量出sf6高压断路器分合闸过程中燃弧区间，能够精确捕捉燃弧产生的特高频电磁脉冲信号波形，分析sf6高压断路器燃弧区间是否满足标准要求，是否发生重燃及高压断路器弧触头、灭弧室性能做出准确判断。

针对本申请具体实施方式中采用三个特高频信号传感器1对sf6高压断路器的三相进行检测，高效数字处理单元2的具体实现电路原理如附图5所示。具体为，通过超高频天线传感器接收空气中的电气设备局部放电激发的电磁脉冲信号，将采集到的局部放电电磁脉冲信号通过滤波单元进行预处理，再通过放大单元将局部放电脉冲信号放大后输入比较器；在比较电平确定的时候，fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)通过d/a转换电路将该比较电平转换成模拟信号输入至比较器中；将一个工频周期等分为多个相位区间，每个相位区间通过fpga分配一个存储地址，fpga通过外接工频参考相位波形进行触发，在每一个触发周期内，比较器将每一个相位区间内的局部放电脉冲幅值与比较电平进行比较，fpga根据比较的情况，将幅值大于比较电平的局部放电脉冲的个数进行统计并存储在每个相位区间对应的存储地址上，进行比较的工频周期的数目通过fpga自带的计数器进行计数，当达到设定数目时，停止比较，提取此时存储的所有脉冲个数的统计数值，清零；自动增加比较电平的数值，其级差保持不变，重复上述步骤3)，直至增加到某一比较电平时，没有大于该比较电平的放电脉冲存在，此时，该比较电平近似等于局部放电脉冲的最大电压幅值，并可以通过存储的放电脉冲个数得到平均放电脉冲电压幅值。在具体操作过程中，为保证放电脉冲的最大电压幅值确定的精确性，通过逐渐减小级差的方式，重复操作，使最终得到的比较电平取值最大程度地接近放电脉冲的最大电压幅值。本申请提供的高效数字处理单元2提高sf6高压断路器燃弧特性的检测精度。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。