開關電器測量參數(shù)論文

1、電器測試與故障診斷技術論文學 院： 電氣工程學院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化1403班學生姓名： 王寧 學 號： 140301308 2017年10月16日目錄一緒論41.1引言41.2國內(nèi)外測量技術現(xiàn)狀41.3電器開關分合閘速度測試意義51.4電流互感器工作原理61.5位移傳感器工作原理7二設計方案92.1電流測量方案92.2電壓測量方案102.3分合閘速度測量方案112.3.1速度參量定義112.3.2測量斷路器速度參量的方法112.3.3高壓開關綜合測試儀12三結論功能16參考文獻致謝開關電器參數(shù)設計方案摘要：電壓、電流、分合閘速度是開關電器的主要技術參數(shù)。無論是設計產(chǎn)品的試驗，還是開

2、關電器的實際應用，準確的了解開關電器的電壓、電流、分合閘速度這些參數(shù)，都有助于我們詳細地了解開關電器并將之應用到合適的場合，以方便設計者修改相關參數(shù)或客戶合理地使用開關產(chǎn)品。文章按要求：1.電壓測量范圍 012kV2.電流測量范圍 025kA3.有兩套電流互感器，一套用以計量（額定電流630A），一套用以保護（額定電流25KA）設計開關電器的電壓、電流、分合閘速度測量方案關鍵詞：開關電器 參數(shù)測量 互感器 傳感器Design scheme of switch electrical parametersAbstract: the speed of voltage, current and spl

3、it gate is the main technical parameter of the switch.Both design product test and practical application of switch electrical appliances, accurate understanding of switch electrical voltage, current, switching speed of these parameters, helps us to understand in detail the switch electrical applianc

4、es and will be used in some occasions, the right of related parameters for the designer to modify or client reasonably use switch products.The article is required: (1) voltage measurement range 0-12kv(2) current measurement range 0-25ka(3) there are two sets of current transformers, one to be measur

5、ed (rated current 630A), and one to protect (rated current 25KA).The voltage, current, and subclosing speed measurement scheme of the switch electric appliance is designedKey words: switching electrical parameters, measuring the sensor of the transformer一緒論1.1引言測量是人們認識客觀事物，并用數(shù)量概念描述客觀事物，進而達到逐步掌握事物的本質

6、和揭示自然規(guī)律的一種手段。其中，電氣測量是當代工業(yè)發(fā)展的一種必不可少的手段。電氣測量是對物質世界的信息進行測量與控制的基本手段。它融合了微電子技術、計算機技術、通信技術、網(wǎng)絡技術、新元件新材料的現(xiàn)代測量技術等，是現(xiàn)代工業(yè)中新技術應用做多、最快的方向之一。電氣測量的對象主要反映電和磁特征的物理量，如電流（I）、電壓（U）、電功率（P）、磁感應強度（B）等。1.2國內(nèi)外測量技術現(xiàn)狀隨著電器產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新，各種測量技術也隨之蓬勃發(fā)展?；ジ衅髋c傳感器均得到廣泛的應用?；ジ衅髯钤绯霈F(xiàn)于19世紀末。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，互感器的電壓等級和準確級別都有很大提高，還發(fā)展了很多特種互感器，如電壓、電流復合式互感器

7、、直流電流互感器，高準確度的電流比率器和電壓比率器，大電流激光式電流互感器，電子線路補償互感器，超高電壓系統(tǒng)中的光電互感器，以及SF6全封閉組合電器（GIS）中的電壓、電流互感器。在電力工業(yè)中，要發(fā)展什么電壓等級和規(guī)模的電力系統(tǒng)，必須發(fā)展相應電壓等級和準確度的互感器，以供電力系統(tǒng)測量、保護和控制的需要。除此之外，傳感器技術異軍突起，在現(xiàn)代檢測技術中占據(jù)了非常重要的地位。最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的

8、敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。早在上世紀70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器點對點傳輸。連接傳感控制器而構成的傳感器網(wǎng)絡雛形，可以稱之為第一代傳感器網(wǎng)絡；隨著科學技術的不斷進步，傳感器具有了多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器相連，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡，稱之為第二代傳感器網(wǎng)絡；從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術應用于傳感器網(wǎng)絡，大量多功能傳感器被應用，并使用無線連接技術，無線傳感器網(wǎng)絡逐漸形成。1.3電器開關分合閘速度測試意義斷路器的分、合閘速度，分、合閘時間，分、

9、合閘不同期程度，以及分合閘線圈的動作電壓，直接影響斷路器的關合和開斷性能。斷路器只有保證適當?shù)姆?、合閘速度，才能充分發(fā)揮其開斷電流的能力，以及減小合閘過程中預擊穿造成的觸頭電磨損及避免發(fā)生觸頭燒損、噴油，甚至發(fā)生爆炸。而剛合速度的降低，若合閘于短路故障時，由于阻礙觸頭關合電動力的作用，將引起觸頭振動或使其處于停滯狀態(tài)，同樣容易引起爆炸，特別是在自動重合閘不成功情況下更是如此。反之，速度過高，將使運動機構受到過度的機械應力，造成個別部件損壞或使用壽命縮短。同時，由于強烈的機械沖擊和振動，還將使觸頭彈跳時間加長。真空和SF6斷路器的情況相似。斷路器分、合閘嚴重不同期，將造成線路或變壓器的非全相接入

10、或切斷，從而可能出現(xiàn)危害絕緣的過電壓。斷路器機械特性的某些方面是用觸頭動作時間和運動速度作為特征參數(shù)來表示的，在機械特性試驗中一般最主要的是剛分速度、剛合速度、最大分閘速度、分閘時間、合閘時間、合分時間、分合時間以及分、合閘同期性等。分閘時間：是指從斷路器分閘操作起始瞬間（接到分閘指令瞬間）起到所有極的觸頭分離瞬間為止的時間間隔。應具有很短的合閘時間，減少合閘時的電弧的能量，防止電弧使觸頭熔焊。合閘時間：是指處于分位置的斷路器，從合閘回路通電起到所有極觸頭都接觸瞬間為止的時間間隔。分閘時間必須在規(guī)定的時間范圍內(nèi)。分閘時間太短，則系統(tǒng)短路時直流分量過大，可能會引起分閘困難；分閘時間太長，則影響系

11、統(tǒng)的穩(wěn)定性。分合時間：是斷路器在自動重合閘時，從所有極觸頭分離瞬間起至首先接觸極接觸瞬間為止的時間間隔。合分時間：是斷路器在不成功重合閘的合分過程中或單獨合分操作時，從首先接觸極的觸頭接觸瞬間起到隨后的分操作時所有極觸頭均分離瞬間為止的時間間隔。分閘與合閘操作同期性：是指斷路器在分閘和合閘操作時，三相分斷和接觸瞬間的時間差，以及同相各滅弧單元觸頭分斷和接觸瞬間的時間差，前者稱為相間同期性，后者稱為同相各斷口間同期性。1.4電流互感器工作原理電流互感器 是依據(jù)電磁感應原理將一次側大電流轉換成二次側小電流來測量的儀器。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次側繞組匝數(shù)很少，串在需要測

12、量的電流的線路中。因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次側繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的二次側回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器是把一次側大電流轉換成二次側小電流來測量 ，二次側不可開路。在發(fā)電、變電、輸電、配電和用電的線路中電流大小懸殊，從幾安到幾萬安都有。為便于測量、保護和控制需要轉換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓一般都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到電流變換和電氣隔離作用  。對于指針式的電流表，電流互感器的二次電流大多數(shù)是安培級的（如5A等）。對于

13、數(shù)字化儀表，采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴大儀表量程。）電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應原理工作，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。電流互感器接被測電流的繞組（匝數(shù)為N1），稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；接測量儀表的繞組（匝數(shù)為N2）稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。電流互感器在額定電

14、流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。Kn=I1n/I2n電流互感器（Current transformer 簡稱CT）的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數(shù)值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉變?yōu)?A的電流。圖1電流互感器原理結構圖和接線圖1.5位移傳感器工作原理傳感器由敏感元件和轉換元件組成。敏感元件：指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。 轉換元件：指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。 信號調理與轉換電路：對信號進行放大、運算調制等，此外信號調理轉換

15、電路以及傳感器的工作必須有輔助電源圖2傳感器組成框圖位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型和結構型兩種。常用位移傳感器以模擬式結構型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數(shù)字式位移傳感器的一個重要優(yōu)點是便于將信號直接送入計算機系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應用日益廣泛。位器式位移傳感器，它通過電位器元件將機械位移轉換成與

16、之成線性或任意函數(shù)關系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移傳感器。但是，為實現(xiàn)測量位移目的而設計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個確定關系。電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉換為電壓輸出。線繞式電位器由于其電刷移動時電阻以匝電阻為階梯而變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件，則過大的階躍電壓會引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應盡量減小每匝的電阻值。電位器式

17、傳感器的另一個主要缺點是易磨損。它的優(yōu)點是：結構簡單，輸出信號大，使用方便，價格低廉。磁致伸縮位移傳感器通過非接觸式的測控技術精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測產(chǎn)品的實際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應用于成千上萬的實際案例中。由于作為確定位置的活動磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?，IP防護等級在IP67以上。此外，傳感器采用了高科技材料和先進的電子處理技術，因而它能應用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號為絕對位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會丟失，更無須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，

18、就算不斷重復檢測，也不會對傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測的可靠性和使用壽命。磁致伸縮位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管，波導管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導管內(nèi)傳輸，從而在波導管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導管內(nèi)會產(chǎn)生一個應變機械波脈沖信號，這個應變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電

19、子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標。磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長行程絕對位置測量的位移傳感器。它采用非接觸的測量方式，由于測量用的活動磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長、環(huán)境適應能力強，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強振動，現(xiàn)已被廣泛應用于機械位移的測量、控制中。二設計方案2.1電流測量方案電流測量方案如下圖所示，采用三段式過

20、電流保護為基礎，對開關電器進行電流測量。圖3 電流測量圖TA-電流互感器 KA1、KA3、KA5-電流繼電器 KT2、KT4、KT6-時間繼電器 KS7、KS8、KS9-信號繼電器 QF-隔離開關 YT-跳閘線圈原理如下：當位于母線上的開關電器關合后，通過母線上的電流互感器，將電流經(jīng)大電流變成小電流，有二次繞組上所接的電流測量設備對其進行該電流測量，而后通過匝數(shù)比將電流進行換算，得到互感器一次側電流，即為開關電器所通過的電流。而電路的右半部分，是對該電路進行保護，采用的是三段式過電流保護原理。將電流繼電器設定為某個值，當電路中電流大于該電流值時，繼電器線圈得電，接通時間繼電器，經(jīng)過一定的時間間

21、隔，接通信號繼電器，信號繼電器將過流信號發(fā)送給跳閘線圈，跳閘線圈得電，關斷電路的斷路器和隔離開關，以此達到保護的目的。2.2電壓測量方案電壓測量方案電路圖如下圖所示。 圖4 開關電器電壓測量方案圖QS-隔離開關 QF1、QF2-保護斷路器 QF3-合閘斷路器 L-限流電抗器QF-試品 R0、C0-調頻電阻、電容 TV1-斷路短路試驗變壓器 TV2-電流互感器空載電壓用電壓互感器TV2按分壓比降壓后由電表測得?；謴碗妷汉碗娀‰妷嚎捎煞謮浩鰿RV1和CRV2按分壓比降壓后，再由示波器或其他設備測得其電壓和波形。電壓互感器的接線圖采用Y0/Y0/開口三角形接線，如下圖所示，接成Y0形的二次繞組供電給

22、儀表等設備，輔助二次繞組接成開口三角形，供給絕緣監(jiān)察電壓繼電器。三相系統(tǒng)正常運行時，三相電壓平衡，開口三角形兩端電壓為0。圖5電壓互感器接線圖2.3分合閘速度測量2.3.1速度參量定義1觸頭剛分速度：指開關分閘過程中，動觸頭與靜觸頭分離瞬間的運動速度。技術條件無規(guī)定時，國家標準推薦取剛分后0.01s內(nèi)平均速度作為剛分點的瞬時速度，并以名義超程的計算點作為剛分計算點。2觸頭剛合速度：指開關在合閘過程中，動觸頭與靜觸頭接觸瞬間的運動速度。技術條件無規(guī)定時，國家標準一般推薦取剛合前0.01s內(nèi)平均速度作為剛合點的瞬時速度，并以名義超程的計算點作為剛合計算點。3最大分閘速度：指開關分閘過程中區(qū)段平均速

23、度的最大值，但區(qū)段長短應按技術條件規(guī)定，如無規(guī)定，按0.01s計算。2.3.2測量斷路器速度參量的方法斷路器的速度參量以其分、合閘速度來表示。由于斷路器在運動過程中每一時刻的速度是不同的，一般所關心的是剛分、剛合速度和最大速度。根據(jù)以上定義要求，下面介紹幾種測量斷路器運動特性的方法。1電磁振蕩器測速法電磁振蕩器測速原理如圖6所示。圖6 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、剛合點運動紙板通過測速桿與動觸頭連接。當振蕩電磁鐵線圈中通入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

24、程，行程間對應的周波數(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vmax。剛分(合)點位置的確定如圖7所示。圖7振蕩器測速波形圖（a）分閘速度曲線；（b）合閘速度曲線在振蕩波形圖上，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

25、所求剛分速度vF或剛合速度vH。2轉鼓式、電位器式測速儀轉鼓式測速儀是以連接在動觸頭系統(tǒng)上的記錄筆，沿以恒定角速度轉動的轉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。這兩種測量方法能直觀判斷斷路器觸頭在整個運動過程中有無卡澀和緩沖不良等異?，F(xiàn)象，能夠粗略測出斷路器的固有分、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，已很少使用。2.3.3高壓開關綜合測試儀隨著計算機技術的廣泛應用，出現(xiàn)了高壓開關綜合測試儀。它能夠在測試過程中，將開關的時間、速度等多項特性參數(shù)同時進行測量，提高了工作效率

26、，這是開關測試的方向。1光電測速原理由于光電測速方式結構簡單、可靠，大多數(shù)開關測試儀都采用光電傳感器進行開關的測速。光電測試是利用對檢測到的光信號進行計數(shù)(或計時)來實現(xiàn)對觸頭行程和速度的測量的。圖8中示出了光電測速結構示意圖。圖8 光電測速結構示意圖1傳感頭；2光柵尺；3測速桿；4動觸頭；5發(fā)光管；6光敏接收管；7整形電路圖3中，開有光孔的光柵尺通過測速桿與開關動觸頭連接。動觸頭運動時，帶動光柵尺上下運動。發(fā)光管5發(fā)出的光線可通過光柵尺上的光孔照射到光敏接收管6上，或被光柵尺不透光部分遮擋。被檢測到的光信號，經(jīng)整形電路7轉換成相應的方波信號，送入測試儀進行計算處理。下面，以國產(chǎn)的某開關測試儀

27、為例，來說明這類儀器的使用。該儀器除能給出測試數(shù)據(jù)外，還能給出詳細的波形圖，并將開關行程曲線和斷口波形繪制在同一張圖上，從而可較直觀地了解各量的情況和彼此間的相互關系，幫助分析開關的狀態(tài)和工作情況，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的某些缺陷和隱患。2、連接和接線圖9示出了利用該類儀器對少油斷路器進行測試的接線圖。圖10示出了油斷路器測速傳感器的安裝示意圖，其測速傳感器通過管狀支架固定在開關的上部。光柵尺穿過傳感器，井通過測速桿與開關的動觸頭連接。測速信號電纜通過插頭接于儀器背面的插孔中。圖9少油斷路器測試接線示意圖FQ分閘線圈；HQ合閘線圈圖10 少油斷路器測速傳感器安裝示意圖1傳感頭；2光尺；3光尺接頭；4

28、管狀支架；5測速桿；6動觸頭；7絕緣板；8夾具接線完成后，儀器即進入準備狀態(tài)，斷路器一旦操作，儀器自動判斷該次操作是分、合、合分或分合操作，并對有關參數(shù)進行測試。技顯示或打印按鈕，即可進行數(shù)據(jù)顯示或打印輸出。3真空斷路器的測試真空斷路器的時間特性的測試方法與其他斷路器相同。對于真空斷路器，應注意其合閘彈跳時間不大于2ms。合閘彈跳時間過長，將加劇觸頭的燒損，甚至導致動靜觸頭間的熔焊。真空斷路器的速度是按一定行程的平均值進行測試，通常采用一特制的輔助觸點安裝在真空斷路器的動觸頭端，利用其與真空斷路器的動觸頭的接觸或分離來作為計時的起點或終點。圖11 (a)示出了用該類斷路器測試儀對真空斷路器機械

29、特性進行測試的原理接線圖。圖中的箭頭表示測速的輔助觸點。圖11 (b)則為用于安裝輔助觸點的夾具的結構示意圖。夾具1用于將其固定在斷路器動觸頭端附近合適的位置，當需要測合閘特性的時候，應讓輔助觸點剛好與斷路器動觸頭側的動觸頭接觸。這樣測得的合閘平均速度即為該斷路器全部合閘行程的平均速度。當需要測分閘特性的時候，斷路器處于合閘位置則應使輔助觸點放在離動觸頭運動方向上6mm處。這樣測得的分閘平均速度，即為剛分6mm內(nèi)的平均速度。圖11 真空斷路器測試示意圖（a）真空斷路器測試接線示意圖；（b）真空斷路器測試示意圖FQ分閘線圈；HQ合閘線圈1夾具；2絕緣薄板；3輔助觸頭；4斷路器動觸頭4SF6斷路器的測試由于SF6斷路器滅弧室不能打開，不能直接對動觸頭進行測試，通常是對SF6斷路器機構的可動部分進行測速。當對SF6斷路器測速時，可根據(jù)斷路器的具體結構，將傳感頭固定在適當位置，并將光柵尺通過某種方式與斷路器的運動部分連接，即可實現(xiàn)測速，其測速結果應滿足該斷路器的技術條件的要求。三結論功能綜上，成功按照要求設計了測量開關電器的電壓，電流，分合閘速度的方案。在本文所設計中，采用光電測速法測量斷路器的速度特性時采用光電傳感器，與斷路器之間沒有直