高压交流断路器燃弧时间测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种高压交流断路器燃弧时间测量系统及方法，利用分压器、电流互感器、瞬态波形记录仪等组成的测量采集系统，通过数据分析软件对波形数据进行后期优化处理，消除或显著减小由于变比误差、零位漂移、电子数字噪声等造成的误差干扰水平，显著增强仅数十伏特的电弧电压分量的可分辨性，利用电弧电压分量在燃弧前后的阶跃特征，从恢复电压波形上标定电弧电压分量跃变的起始及结束时刻，实现燃弧时间精确测定的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压交流断路器燃弧时间测量系统及方法，属于电力系统输变配电

技术介绍
燃弧时间为交流高压开关设备开断电流时从断路器触头刚分时刻至电流过零息弧时刻，在该阶段电流在开关灭弧室内以电弧形态存在。1984-2014 《高压交流断路器》标准要求的高压交流断路器开断试验大多要求在最长、最短燃弧时间，以及最长、最短燃弧时间之间按要求间隔进行开断试验，以三相电容器组电流开断试验要求为例，要求的试验方式BC2如下：——4个CO，分布在一个极性上(步长:15°)；——32个CO，在一个极性上的最短燃弧时间；——4个CO，分布在另一个极性上(步长:15°)；——32个CO，在另一个极性上的最短燃弧时间；——其余的试验应达到总计80个CO，均匀分布(步长:15°)上述要求均需要实测或预期燃弧时间，精度与要求的步长（15°相当于0.833毫秒）相匹配。因此对燃弧时间的精确测量是开展高压交流断路器开断试验的要求与前提。高压交流断路器开断过程燃弧时间的测量十分困难，无法直接测量，只能通过间接方式获取。通常采取分闸时间（分闸指令发出时刻至电流过零开断时刻）减去断路器固分时间（分闸指令发出时刻至断路器触头刚分时刻）来得到。该方法只有分闸时间是实测的，固分时间被作为常数预置，实际刚分时刻并不掌握。而实际上固分时间受操动机械机构、分闸同期、分闸线圈电压等诸多因素影响，是不稳定、分散的，且个别情况下由于机构卡涩，固有分闸时间显著延长，因此采用该方法存在较大误差与不确定性，是不受控的。另一种方式是利用电弧电流产生的空间磁场信号，在线测定断路器开断电流时的起弧时刻。这种方法虽然可行但只能测出触头首开相的起弧时间，实际应用中需假定三相分断同期，这造成了较大的误差，且不能三相独立测量。对于低压开关，可以通过直接测量断口恢复电压，通过开关在合闸---触头刚分起弧---过零息弧时，相应断口恢复电压从零---电弧电压（一般达数十伏特）---正常恢复电压（数百伏特）的跃变特性，非常方便、简单地测定燃弧时间。但对于交流高压开关设备开断试验，燃弧时间难以通过常规配置的测量系统测定。以10kV交流高压真空断路器开断电容器组电流试验为例，高压分压器测量系统的量程根据可能出现操作过电压的预期最大瞬态恢复电压整定，量程典型值达到100kV，分压器精度典型值为0.5%，差分获取的断口恢复电压仅分压器变比误差就可以达到1%（2*0.5%），即仅变比造成的系统误差就可能高达1000V，还包括零位漂移、电子数字噪声、引线阻抗引起的压降误差等，理论上恢复电压为零值的合闸阶段也会出现至少数百伏特的干扰电平，而燃弧阶段电弧电压仅二十伏特左右，恢复电压中电弧电压分量被高达数十倍的干扰电平彻底淹没，无法辨别跃变特征点，因此常规测量系统及方法无法测定高压交流断路器开断试验燃弧时间。有鉴于此，本专利技术人对此进行研究，专门开发出一种高压交流断路器燃弧时间测量系统及方法，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高压交流断路器燃弧时间测量系统及方法，实现燃弧时间的精确测定。为了实现上述目的，本专利技术的解决方案是：高压交流断路器燃弧时间测量系统，包括高压交流断路器，所述高压交流断路器母线侧（电源侧）对地安装有母线侧分压器，所述高压交流断路器负载侧对地安装有负载侧分压器，所述高压交流断路器串联安装有电流互感器，所述母线侧分压器、负载侧分压器、电流互感器二次侧与数字式瞬态波形记录仪连接，由瞬态波形记录仪采集记录母线侧分压器提供的母线侧对地电压信号Um、负载侧分压器提供的负载侧对地电压信号Uc、电流互感器提供的高压交流断路器电流信号Ic。高压交流断路器燃弧时间测量方法，包括如下步骤：1）采集首次原始数据：高压试验回路带正常试验电压，试品高压交流断路器进行首次开断操作并记录波形采集，获取母线侧电压Um、负载侧电压Uc、高压交流断路器电流Ic波形数据对象；2）数字平滑：利用数据分析软件提供的函数分析功能，采用数字平滑函数SmoothedSignal（），对所获取的母线侧电压Um、负载侧电压Uc数据对象，进行数字平滑计算，选取适当平滑参数N，获得数字平滑优化后的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）数据对象：Smooth（Um） = SmoothedSignal（Um，N） （1）Smooth（Uc） = SmoothedSignal（Uc，N） （2）作为优选，步骤2）所述平滑参数范围为：2≤N≤10；3）零位漂修计算：对上述获取的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）波形数据进行适当显示，选取合闸稳态阶段整数倍工频周期数据段，采用数据软件提供的平均值函数Mean()，分别计算获取母线侧电压Um、负载侧电压Uc零位漂移修正值Um0、Uc0：Um0=Mean(Um) （3）Uc0=Mean(Uc) （4）4）零位漂移修正：对上述获取的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）数据对象，分别减去上述获得的零位漂移修正值Um0、Uc0，获得零位漂移修正优化后的母线侧电压Formula(Um)、负载侧电压Formula(Uc)数据对象：Formula(Um) = Smooth（Um）- Um0 （5）Formula(Uc) = Smooth（Uc）- Uc0 （6）5）计算变比校正系数k：对上述获取的母线侧电压Formula(Um)、负载侧电压Formula(Uc) 波形数据进行适当显示，选取合闸稳态阶段某一波峰，在同一时间刻度采用光标分别读取母线侧电压峰值Ummax、负载侧电压峰值Ucmax，或采用最大值函数，选取同一时间范围包含一个波峰的数据区段，计算获得最大值，以母线侧电压峰值Ummax为基准，计算负载侧电压变比校正系数k：k = Ummax / Ucmax （7）6）进行变比校正：对负载侧电压Formula(Uc)数据对象，乘以负载侧电压变比校正系数k，获得变比校正过后的负载侧电压Formula2(Uc)数据对象：Formula2(Uc) = k * Formula(Uc) （8）7）差分获得优化后的恢复电压数据对象：对上述获取的母线侧电压Formula(Um)数据对象，减去上述获取的负载侧电压Formula2(Uc)数据对象，进行差分计算，获得试品高压交流断路器优化后的恢复电压数据对象Formula(Uf)：Formula(Uf) = Formula(Um) - Formula2(Uc) （9）8）标定电流过零息弧时刻t1：对上述高压交流断路器恢复电压数据对象Formula(Uf)波形，选取高压交流断路器由合闸至分闸适当范围数据段，对恢复电压Formula(Uf)进行充分放大显示，根据高压交流断路器电流过零息弧时，恢复电压从接近于零值显著跃升至高电平在恢复电压Formula(Uf)波形上，标定信号显著跃升起始点为高压交流断路器电流过零息弧时刻t1（为增加直观性，可配合高压交流断路器电流信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
高压交流断路器燃弧时间测量系统，其特征在于：包括高压交流断路器，所述高压交流断路器母线侧对地安装有母线侧分压器，所述高压交流断路器负载侧对地安装有负载侧分压器，所述高压交流断路器串联安装有电流互感器，所述母线侧分压器、负载侧分压器、电流互感器二次侧与数字式瞬态波形记录仪连接，由瞬态波形记录仪采集记录母线侧分压器提供的母线侧对地电压信号Um、负载侧分压器提供的负载侧对地电压信号Uc、电流互感器提供的高压交流断路器电流信号Ic。

【技术特征摘要】
1.高压交流断路器燃弧时间测量系统，其特征在于：包括高压交流断路器，所述高压交流断路器母线侧对地安装有母线侧分压器，所述高压交流断路器负载侧对地安装有负载侧分压器，所述高压交流断路器串联安装有电流互感器，所述母线侧分压器、负载侧分压器、电流互感器二次侧与数字式瞬态波形记录仪连接，由瞬态波形记录仪采集记录母线侧分压器提供的母线侧对地电压信号Um、负载侧分压器提供的负载侧对地电压信号Uc、电流互感器提供的高压交流断路器电流信号Ic。2.高压交流断路器燃弧时间测量方法，其特征在于包括如下步骤：采集首次原始数据：高压试验回路带正常试验电压，试品高压交流断路器进行首次开断操作并记录波形采集，获取母线侧电压Um、负载侧电压Uc、高压交流断路器电流Ic波形数据对象；数字平滑：利用数据分析软件提供的函数分析功能，采用数字平滑函数SmoothedSignal（），对所获取的母线侧电压Um、负载侧电压Uc数据对象，进行数字平滑计算，选取适当平滑参数N，获得数字平滑优化后的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）数据对象：Smooth（Um） = SmoothedSignal（Um，N） （1）Smooth（Uc） = SmoothedSignal（Uc，N） （2）零位漂修计算：对上述获取的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）波形数据进行适当显示，选取合闸稳态阶段整数倍工频周期数据段，采用数据软件提供的平均值函数Mean()，分别计算获取母线侧电压Um、负载侧电压Uc零位漂移修正值Um0、Uc0：Um0=Mean(Um) （3）Uc0=Mean(Uc) （4）零位漂移修正：对上述获取的母线侧电压Smooth（Um）、负载侧电压Smooth（Uc）数据对象，分别减去上述获得的零位漂移修正值Um0、Uc0，获得零位漂移修正优化后的母线侧电压Formula(Um)、负载侧电压Formula(Uc)数据对象：Formula(Um) = Smooth（Um）- Um0 （5）Formula(Uc) = Smooth（Uc）- Uc0 （6）计算变比校正系数k：对上述获取的母线侧电压Formula(Um)、负载侧电压Formula(Uc) 波形数据进行适当显示，选取合闸稳态阶段一波峰，在同一时间刻度采用光标分别读取母线侧电压峰值Ummax、负载侧电压峰值Ucmax，以母线侧电压峰值Ummax为基准，计算负载侧电压变比校正系数k：k = Ummax / Ucmax （7）进行变比校正：对负载侧电压Formula(Uc)数据对象，乘以负载侧电压变比校正系数k，获得变比校正过后的负载侧电压Formula2(Uc)数据对象：Formula2(Uc) = k...

【专利技术属性】
技术研发人员：金百荣，蔡重凯，李电，陈晓宇，洪金琪，秋勇，吕丹，沈勇，施明明，夏嵘，严军，王国栋，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司绍兴供电公司，国家电网公司，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33