高壓開關(guān)機械特性測試儀講義

1、高壓開關(guān)機械特性測試儀講義高壓開關(guān)是指能開斷、關(guān)合、承載運行線路的正常電流，并能在規(guī)定時間內(nèi)承載、關(guān)合、開斷規(guī)定的異常電流（如短路電流）的電器設(shè)備。高壓開關(guān)（也稱高壓斷路器）是指額定電壓為3KV 及以上主要用于開斷或關(guān)合電路的高壓電器。高壓開關(guān)的主要功能是：1、在關(guān)合狀態(tài)時應(yīng)為良好的導體，不僅對正常電流而且對規(guī)定的短路電流也應(yīng)能承受其發(fā)熱和電動力的作用；2、對地及斷口間具有良好的絕緣性能；3、在關(guān)合狀態(tài)的任何時刻，應(yīng)能在不發(fā)生危險過電壓的條件下，在盡可能短的時間內(nèi)開斷額定短路電流以下的電流；4、在開斷狀態(tài)的任何時刻，應(yīng)能在斷路器觸頭不發(fā)生熔焊的條件下，在短時間內(nèi)安全地關(guān)合規(guī)定的短路電流。由于高

2、壓開關(guān)在電力系統(tǒng)中擔負著控制和保護的雙重任務(wù)，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行。所以，高壓開關(guān)的機械特性參數(shù)是判斷高壓開關(guān)性能的重要參數(shù)之一，高壓開關(guān)機械特性參數(shù)測量是一項很重要的試驗項目，它是保證高壓開關(guān)的主要參數(shù)在正常工作時滿足高壓開關(guān)標準的要求。 高壓開關(guān)機械特性參數(shù)測量包括動作時間、速度參量、開關(guān)行程、和動作電壓等測試項目。第一節(jié) 測試方法的分類一、高壓開關(guān)時間參量測試的方法1、用電秒表測量時間電秒表具有測量簡單、使用方便等優(yōu)點。但是電秒表難以準確測量相間或斷口間不同期性，所以己逐漸被取代。2、光線示波器測量時間使用光線示波器可以測量高壓開關(guān)分、合閘時間，同期差及分、合閘電磁鐵

3、的動作情況。這種方法具有測量準確、直觀，且能同時測量多個時間參量等優(yōu)點。由于光線示波器時標范圍寬、精度高，且能直觀反映出斷路器在動作過程中有關(guān)參量的變化情況，因此，過去一直是測量高壓開關(guān)機械特性的主要方法。3、高壓開關(guān)機械特性測試儀這是一類隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用計算機測量技術(shù)解決高壓開關(guān)機械動作各參數(shù)的測量儀器，到目前為止高壓開關(guān)機械特性測試儀已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場試驗工作中。二、高壓開關(guān)速度參量測試的方法高壓開關(guān)的速度參量以其分、合閘速度來表示。由于高壓開關(guān)在運動過程中每一時刻的速度是不同的，一般所關(guān)心的是剛分、剛合速度和最大速度。根據(jù)定義要求，測量高壓開關(guān)運動特性的方法共分為3類：1、電磁振蕩

4、器測速法電磁振蕩器測速原理如圖1所示。運動紙板通測速桿與動觸頭連接。當振蕩電磁鐵線圈子中通入50Hz 交流電時，振動筆以100次/s的頻率振動，在運動的紙板上繪出周期為0.01s 的振蕩波形。紙板上波形長度就是觸頭總行程，行程間對應(yīng)的周波數(shù)，就是觸頭總運動時間。在觸頭運動過程中，由于每相鄰波峰間時間間隔為0.01s ，振動曲線最大波峰間的厘米數(shù)就是觸頭的最大速度值V max。剛分（合）點位置的確定如圖2所示。圖1節(jié)電磁振蕩器測速原理示意圖1-運動紙板；2-振動筆；3-銜鐵；4-振動簧片；5-線圈；A-剛分、剛合點在振蕩波形圖上，首先要分清楚分（合）閘曲線的兩個端頭中哪一端是分閘位置S1，哪一端

5、是合閘位置S2，然后以合閘位置S2為起始點，向分閘方向量取一段等于斷路器超行程值的長度S0，以這一線段終點位置為動靜觸頭剛分（合）時刻。按國家標準規(guī)定，取觸頭分離后（接觸前）10ms 內(nèi)的速度為剛分（合）速度，所以視超行程終點落在曲線的什么相位，再取同相位的一個波長，即為所求剛分速度V F 或剛合速度V H 。 圖2 振蕩器測速波形圖(a分閘速度曲線；(b合閘速度曲線2、轉(zhuǎn)鼓式、電位器式測速法轉(zhuǎn)鼓式測速儀是以連接在動觸頭系統(tǒng)上的記錄筆，沿以恒定角速度轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)筒上所畫的曲線來反映其運動情況的。而電位器式測速儀則是以其滑動觸點在電阻桿上的不同位置所反映的電壓值來測量斷路器的動作狀況。這兩種測量方法

6、能直觀判斷高壓開關(guān)觸頭在整個運動過程中有無卡澀和緩沖不良等異?，F(xiàn)象，能夠粗略測出高壓開關(guān)的固有分、合閘時間，速度測量精度較高。這兩種方法較為簡單，缺點是較為笨重，功能單一。3、線性傳感器測速法這種方法的原理是：用一定分辨率的測量尺和開關(guān)的動觸頭連接，在開關(guān)一次分（或合）過程中將動觸頭的運動轉(zhuǎn)化為測量尺的運動，從而繪制出一幅動觸頭全運動過程的S-t 曲線。利用曲線中的坐標參數(shù)，儀器就可以根據(jù)速度定義自動計算出對應(yīng)速度（包括動觸頭的行程）。線性傳感器根據(jù)采用的介質(zhì)不同，可分為光電傳感器和線性電阻式傳感器，二者均可以在一次運動的過程中采樣線性的S-t 曲線。前者是采用行程變化一定距離，便產(chǎn)生一定數(shù)量

7、的光信號脈沖，通過采樣和計算光信號脈沖的個數(shù)和正反方向，就可以精確采樣動觸頭全運動過程的S-t 曲線。后者基本同理，只不過是將行程的變化，轉(zhuǎn)變成電阻的變化并加以測量計算而已。線性傳感器根據(jù)使用場合的不同，還可分為直線傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器。直線傳感器是直接采樣直線行程的S-t 曲線，一般使用于動觸頭較容易直接引出，并連接到傳感器上的開關(guān)類型，一般有油開關(guān)和真空開關(guān)。后者是采樣角度行程的-t 曲線，再通過角度和直線的一定換算公式，繪制出S-t 曲線，一般使用于動觸頭為全封閉結(jié)構(gòu)，無法直接測量直線行程，但可以測量角度行程，并可以推算出直線和角度之間近似線性的換算公式的開關(guān)類型，一般多為六氟化硫開關(guān)。4

8、、萬能傳感器測速法萬能傳感器也就是加速度傳感器, 加速度傳感器采集的是動觸頭運動時的加速度信號，需對其進行一系列數(shù)學運算，最終得到所需的時間-行程特性曲線。加速度傳感器是安裝在操作機構(gòu)的提升桿或水平拉桿上，它只有運動部分，無靜止部分。第二節(jié) 高壓開關(guān)機械特性測試儀工作原理對高壓開關(guān)主要參數(shù)進行測量, 以往采用繼電器組合控制電路和光線示波器, 存在精度低, 易燒毀繼電器的弊病. 高壓開關(guān)機械特性測試儀是新一代操作測量儀器, 該類測試儀以性單片機為核心, 采用測速器測量速度, 霍爾電流傳感器測量操作線圈電流, 具有操作安全, 測量準確, 性能穩(wěn)定的特點。機構(gòu)組成由單片機、采樣/保持電路、定時器、測

9、量速度和電流模擬信號。由定時器測量斷口的分合時間。高壓開關(guān)機械特性測試儀工作原理:先將200V 交流電源接入，給主控制器CPU 供電，主控制器通電后，控制光屏顯示器、直流整流電路、分合閘輸出電源、速度控制器和彈跳計數(shù)電路及分合閘計數(shù)電路，時間基準控制彈跳計數(shù)電路及分合閘計數(shù)電路，同時將基準時間輸入主控制器。電源輸出信號采樣電路將分合閘輸出電源信號送回到主控制器，通過信號采樣電路將時間端口信號和外部觸發(fā)信號送回到主控制器，速度控制器將速度端口信號通過速度采樣電路將速度信號送回到主控制器。高壓開關(guān)機械特性測試儀通用工作原理圖見圖3。 圖3 高壓開關(guān)機械特性測試儀工作原理圖高壓開關(guān)機械特性測試儀發(fā)展

10、到現(xiàn)在基本工作原理與圖3所示沒有很大的區(qū)別。只是在功能上增加了許多，比如有石墨觸頭等的測試功能。高壓開關(guān)機械特性測試儀通過操作軟件，控制面板顯示和面板按鍵及打印機驅(qū)動接口。測試結(jié)束通過系統(tǒng)存儲器將數(shù)據(jù)存入存儲器, 保存采集的數(shù)據(jù)。第三節(jié)開關(guān)通用名詞解釋一、 觸頭開距分位置時，開關(guān)一極的各觸頭之間或其連接的任何導電部分之間的總間隙。二、行程（觸頭的）分、合操作中，開關(guān)動觸頭起始位置到任一位置的距離。三、 超行程合閘操作中，開關(guān)觸頭接觸后動觸頭繼續(xù)運動的距離。注：對某些結(jié)構(gòu)如對接式觸頭，為觸頭接觸后產(chǎn)生閉合力的動觸頭部件繼續(xù)運動的距離。四、 時間行程特性合、分操作中，開關(guān)的動觸頭行程與時間的關(guān)系。

11、五、 分閘速度開關(guān)分（閘）過程中動觸頭的運動速度。注：實施時常以某盡量小區(qū)段的平均值表征。六、 觸頭剛分速度開關(guān)分（閘）過程中，動觸頭與靜觸頭分離瞬間的運動速度。 注：測試有困難時，常以剛分后10ms 內(nèi)的平均值表征。七、 合閘速度開關(guān)合（閘）過程中，動觸頭的運動速度。注：實施時常以某盡量小區(qū)段的平均值表征。八、 觸頭剛合速度開關(guān)合（閘）過程中，動觸頭與靜觸頭接觸瞬間的運動速度。 注：測試有困難時，常以剛合前10ms 內(nèi)的平均值表征。九、 合（閘）位置（開關(guān)裝置的）保證開關(guān)裝置主回路的預定連續(xù)性（通電）的位置。十、 分（閘）位置（開關(guān)裝置的）保證開關(guān)裝置主回路中分閘的觸頭間具有預定（電氣）間隙

12、的位置。十一、 合（閘）時間從接到合（閘）指令瞬間起到所有極觸頭都接觸瞬間的時間間隔。 注1： 合（閘）時間包括開關(guān)合閘所必需的并與開關(guān)組成一整體的任何輔助設(shè)備的動作時間。注2： 對裝有并聯(lián)電阻的斷路器，需把與并聯(lián)電阻串聯(lián)的觸頭都接觸瞬間前的合閘時間和主觸頭都接觸瞬間前的合（閘）時間作出區(qū)別，除非另有說明，合（閘）時間就是指直到主觸頭都接觸瞬間的時間。十二、 分-合時間（自動重合時）重合操作時，從所有極的弧觸頭都分離瞬間起到所有極各弧觸頭都重新接觸瞬間的時間間隔。十三、 無電流時間（自動重合時）自動重合閘中，開關(guān)分操作時，從各極均熄弧起到隨后重新合時任意一極首先通過電流時的時間間隔。注1：對裝

13、有并聯(lián)電阻的斷路器，需對下列情況作出區(qū)別：即不包括從主電弧熄滅瞬間起到電阻電流電弧熄滅瞬間的時間間隔，也不包括從建立電阻電流瞬間起到 建立全電流瞬間的時間間隔的無電流時間。包括上述一種或兩種時間間隔的無電流時間。注2：無電流時間可以由于預擊穿時間和燃弧時間的變化而不同。十四、 重合閘時間重合閘操作中，從接到分閘指令瞬間起到所有極的動靜觸頭都重新接觸瞬間的時間間隔。十五、 合-分時間；金屬短接時間在合操作中，從所有極各觸頭都接觸瞬間起到隨后的分操作時在所有極中弧觸頭都分離瞬間的時間間隔。注：除非另有說明，即認為與開關(guān)裝在一起的分閘脫扣器是在首合極中各觸頭都接觸瞬間通電。這種情況下的合、分時間是最

14、短的合、分時間。十六、 分閘時間（開關(guān)的）從開關(guān)分閘操作起始瞬間（即接到分閘指令瞬間）起到所有極的觸頭分離瞬間的時間間隔。注：對裝有并聯(lián)電阻的斷路器，需把直到弧觸頭都分離瞬間的分閘時間和直到帶并聯(lián)電阻的串聯(lián)觸頭都分離瞬間的分閘時間作出區(qū)別。除非另有說明，分閘時間就是指直到主觸頭都分離瞬間的時間。十七、 開關(guān)合（閘）同期性開關(guān)合時各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭接觸瞬間的最大時間差異。十八、 開關(guān)分（閘）同期性開關(guān)分時各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭分離瞬間的最大時間差異。十九、 時間-電流特性在規(guī)定操作條件下，表示時間（例如動作時間）作為預期電流的 函數(shù)的曲線。 二十、 彈跳次數(shù) 開關(guān)動觸

15、頭與靜觸頭在分(合閘操作中，分開(合上的次數(shù)。 二十一、 彈跳時間 開關(guān)動觸頭與靜觸頭在分(合閘操作中，從第一次分開(合上 開始到最后穩(wěn)定地分開(合上為止的時間。 二十二、 分(合閘平均速度 開關(guān)分(合閘操作中，動觸頭在整個運動中的行程與時間的比 值。 注：對于裝有分閘緩沖的真空斷路器，分閘平均速度是指開關(guān)分閘操 作中，動觸頭在被緩沖前的行程中與該段行程中所用時間的比值。 。 第四節(jié) 一、 技術(shù)參數(shù) 儀器的測量時間、測量行程和測量速度應(yīng)滿足如下要求： a 測量時間：不小于開關(guān)分、合閘時間，分辨率：0.01ms； b 測量行程：由不同傳感器確定（不小于開關(guān)行程的 120%） ； c 測量速度：真

16、空開關(guān)不小于 2m/s，非真空開關(guān)不小于 15m/s。 二、 誤差 儀器的測量誤差應(yīng)滿足如下要求： a 時間測量誤差： 1 200ms 以內(nèi) ±0.1ms+1 個字； - 11 - 高壓開關(guān)機械特性測試儀技術(shù)條件 2 200ms 以上 ±2%。 a 同期性時間測量誤差：測試儀同期性時間不大于±0.1ms； b 行程測量誤差： 1 對于真空開關(guān) ±0.5mm； 2 對于非真空開關(guān) ±2mm。 c 速度測量誤差： 1 02m/s 以內(nèi) ±0.1m/s； 2 2m/s 以上 ±0.2m/s。 注： 速度誤差計算見7.3.3的公式（

17、4）和公式（6）。 三、 使用環(huán)境條件 a 供電電源：AC220V±22V；50Hz±1Hz； b 溫度：040； c 相對濕度：85。 四、 外觀要求 儀器表面應(yīng)光潔平整， 不應(yīng)有凹、 凸痕及劃傷、 裂縫、 變形現(xiàn)象。 涂層不應(yīng)起泡、脫落。字跡應(yīng)清晰、明了。金屬零件不應(yīng)有銹蝕及機 械損傷，接插件牢固可靠，開關(guān)、按鈕均應(yīng)動作靈活。儀器應(yīng)有明顯 的接地標識。 儀器附件應(yīng)完備，傳感器附件應(yīng)有安裝說明。 五、 安全要求 1. 絕緣電阻 測試儀電源部分和機殼之間的絕緣電阻應(yīng)不小于 2M。 - 12 - 2. 介電強度 測試儀電源部分和機殼之間應(yīng)承受工頻 1.5kV 電壓，歷時 1min， 無飛弧和擊穿現(xiàn)象。 第五節(jié) 1、儀器應(yīng)由專業(yè)人員操作。 2、在連接儀器的輸入或輸出端前，請務(wù)必將儀器正確接地。 3、測試線的接拆與傳感器安裝都應(yīng)在待測對象和儀器不帶電情況下 進行。 4、盡量使用原廠提供的測試線。 5、在連接直流輸出線情況下，打開儀器電源開關(guān)和控制開關(guān)操作前， 務(wù)必先確認開關(guān)動作不產(chǎn)生任何可能的人身與設(shè)備危險。 6、在