高压断路器动态接触电阻测量系统及测量方法与流程

1.本发明涉及高压断路器动态接触电阻测量技术领域，更具体地，涉及一种高压断路器动态接触电阻测量系统及测量方法。


背景技术：

2.依据电力行业标准, 运行的断路器每年的例行试验包括低跳电压，合分闸速度, 断路器的动作时间和断路器本体接触电阻等。这些试验对判断断路器的运行状况有一定的作用。对断路器运行状态的评估, 根据侧重点的不同,国内外已经做了很多工作。如断路器操动机构的在线监测；采用检测管法来测量低氟化物的含量, 并以此来推断断路器内sf6的绝缘强度；监测gis内部的局部放电来判断断路器和gis的运行状况等。
3.高压断路器运行的核心部件是处在灭弧室里的静触头和动触头，所以评估高压断路器在合闸和分闸过程中，静触头和动触头接触电阻的情况，对检测高压断路器的运行状况起到举足轻重的作用。对操作机构, 可以方便地打开检查, 但灭弧室由于断路器经过多次开断, 内部低氟化物含量很高, 而且粉尘也很多, 一旦打开灭弧室检查, 这些分解物将很快吸收水分并变成灰色, 象水泥一样牢牢粘附在灭弧室的各个部件上, 可见打开灭弧室检测断路器的状态不是最佳方法。
4.目前，国内多采用回路电阻测试仪，测试高压断路器断口接触电阻，以此衡量高压断路器的灭弧室里触头状态情况，但是该方案是静态方法，只能测试动触头静止时，动静触头之间的接触电阻，不能测量灭弧室里整个弧触头在运行过程中的电阻，针对断路器的断口动态电阻的测量，在国内暂没有相关成熟产品出现。
5.国外瑞典保珈玛的tm1800断路器动特性测试仪和德国威尔斯sa100断路器机械特性测试仪具有断口动态电阻测试功能，但其均具有测试电流小（500a左右），操作复杂、价格昂贵、维修周期长，技术支持不方便等缺点，高压断路器出现弧触头的烧损等异常也无法发现，造成高压断路器动态接触电阻测量的不准确。
6.可见本发明研究的基于电接触理论的高压断路器动态接触电阻测量系统及测量方法，可以填补国内对高压断路器动态电阻测试的一项空白，且具有显著的经济和应用价值。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供高压断路器动态接触电阻测量系统及测量方法，能够对断路器弧触头状态进行准确判断，操作简单、价格低廉、维修周期长，容易发现断路器的异常。
8.为达到上述目的，提供了高压断路器动态接触电阻测量系统，包括断路器动态接触电阻测试仪和电源箱；所述断路器动态接触电阻测试仪能够连接用于控制高压断路器合闸或分闸的合分闸控制线；所述断路器动态接触电阻测试仪电连接电源箱；电源箱包括若干个强电流源；所述强电流源分别接在高压断路器的各相断口上；所述断路器动态接触电阻测试仪包括若干个行程传感器、环境数据感应系统、断
口电压测量电路、断口电流测量电路、主控制器、数据处理装置、计时器、深度学习装置、存储器、输出装置；所述行程传感器安装在各相断口机械传动机构，用于测量各相弧触头的运行轨迹；所述环境数据感应系统，可拆卸安装在高压断路器外部，用于测量高压断路器外部的环境数据；所述断口电压测量电路用于实时测量各相断口之间的电压；所述断口电流测量电路用于实时测量各相断口之间的电流；所述计时器用于接收计时信号并进行计时；所述数据处理装置用于获取断路器数据集；所述断路器数据集为接收环境数据感应系统获得的环境数据、断口电压测量电路、断口电流测量电路获得的电压合成的数据集；所述存储器用于存储海量断路器数据集和与海量断路器数据集一一对应的专家根据经验获得的高压断路器判断结果；所述高压断路器判断结果包括断路器正常结果和断路器异常结果；所述深度学习装置用于存储高压断路器判断模型；所述高压断路器判断模型为通过机器学习训练方法训练后的神经网络模型；所述高压断路器输入断路器数据集，输出高压断路器判断结果；所述主控制器用于控制高压断路器合闸或分闸；用于在行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、数据处理装置、计时器、深度学习装置、存储器、输出装置进行信息交互；还用于根据高压断路器判断结果进行判断，若高压断路器判断结果为断路器正常结果控制输出装置输出通过各相断口之间的电压和各相断口之间的电流计算的动态电阻与时间的关系图；若高压断路器判断结果为断路器异常结果则输出断路器异常结果。
9.特别的，所述断路器异常结果包括a相弧触头烧损、b相弧触头烧损、c相弧触头烧损、环境异常。
10.特别的，所述行程传感器包括转向传感器和加速度传感器。
11.特别的，所述强电流源采用容量12v，500f的电容，测量时可产生2000a以上电流的超级电容。
12.特别的，所述输出装置包括打印机和电脑。
13.特别的，所述环境数据感应系统包括温湿度传感器、粉尘传感器；所述环境数据包括温度、湿度、单位体积内空气中悬浮颗粒物个数及质量。
14.特别的，所述输入装置还用于输出动态电阻与各相弧触头行程的关系图。
15.特别的，所述高压断路器判断模型通过机器学习训练方法训练的方法，包括以下步骤：调取存储器中存储的海量断路器数据集和与海量断路器数据集一一对应的专家根据经验获得的高压断路器判断结果并构成样本数据；将所述样本数据训练神经网络模型。
16.一种应用上述高压断路器动态接触电阻测量系统的测量方法，包括以下步骤：断路器动态接触电阻测试仪通过合分闸控制线控制高压断路器分闸；
将断路器动态接触电阻测试仪电连接电源箱，强电流源分别接在高压断路器的各相断口上；电源箱为断路器动态接触电阻测试仪供电；确认行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、计时器是否正常工作；若不正常工作则重新安装好行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、计时器；强电流源为高压断路器的各相断口施加强电流，使高压断路器蓄能；主控制器向计时器发送计时信号，计时器进行预设时段的计时；同时，行程传感器测量各相弧触头的运行轨迹，断口电压测量电路实时测量各相断口之间的电压，断口电流测量电路实时测量各相断口之间的电流；数据处理装置将获取断路器数据集；深度学习装置接收断路器数据集，输出高压断路器判断结果；若高压断路器判断结果为断路器正常结果则主控制器控制输出装置输出通过各相断口之间的电压和各相断口之间的电流计算的动态电阻与时间的关系图；若高压断路器判断结果为断路器异常结果则则主控制器输出断路器异常结果。
17.本发明的有益效果如下所示：1.本发明是一种不用打开灭弧室就可以评估断路器灭弧室状况的系统，为判断弧触头的烧损情况提供快速直接的判断依据，根据弧触头的烧损情况, 就可以决定断路器是否需要大修，保障高压断路器可靠运行。断路器弧触头状态的准确判断，提升了断路器的运行寿命，大大地提升了系统运行的经济效益。
18.2.本发明可以在不打开灭弧室的状态下完成断口动态电阻的测量，为判断弧触头的烧损情况提供快速直接的判断依据，根据弧触头的烧损情况就可以决定断路器是否需要大修。与国内以往使用回路电阻测试仪测试高压断路器静态电阻的测试理论相比，无论是科学严谨性，数据真实准确性以及后续数据分析判别等方面都具有划时代的意义。
19.3.本发明还配备高性能形成传感器及动作时间测量系统。以现场使用简便、可靠为目标，减轻现场工作劳动强度，提升劳动效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例的断路器动态接触电阻测试仪的原理框图；图2为本发明实施例的断路器动态接触电阻测试仪的工作原理框图；图3为本发明实施例的断口电压测量电路的电路图；图4为本发明实施例的断口电流测量电路的电路图；图5为本发明实施例的行程传感器的电路图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
26.如图1所示，本发明实施例的高压断路器动态接触电阻测量系统，包括断路器动态接触电阻测试仪和电源箱。断路器动态接触电阻测试仪能够连接用于控制高压断路器合闸或分闸的合分闸控制线。断路器动态接触电阻测试仪电连接电源箱。
27.电源箱包括若干个强电流源；所述强电流源分别接在高压断路器的各相断口上；强电流源采用容量12v，500f的电容，测量时可产生2000a以上电流的超级电容。
28.如图2所示，断路器动态接触电阻测试仪包括若干个行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、主控制器、数据处理装置、计时器、深度学习装置、存储器、输出装置。
29.行程传感器安装在各相断口机械传动机构，用于测量各相弧触头的运行轨迹。如图5所示，行程传感器包括转向传感器和加速度传感器。使用加速度传感器时，加速度信号经过仪表放大器u7，进行信号放大，然后经过rc低通滤波电路传输给模式转换芯片ad7656。使用转向传感器时，滑线传感器的输出端经过运算放大器u14，进行信号放大，然后经过rc低通滤波电路传输给模式转换芯片ad7656。
30.环境数据感应系统，可拆卸安装在高压断路器外部，用于测量高压断路器外部的环境数据。环境数据感应系统包括温湿度传感器、粉尘传感器；所述环境数据包括温度、湿度、单位体积内空气中悬浮颗粒物个数及质量。
31.断口电压测量电路用于实时测量各相断口之间的电压。如图3所示，本实施例的断口电压测量电路采用电气隔离的方式，既是使用隔离运放iso124u，进行电气隔离。断路器断口两侧电压信号通过测试专用线接在接插件j1上，电压信号通过运算放大器u1（ad8675arz），传输给隔离运放u8(iso124)。隔离运放iso124输入端电源和运算放大器ad8675arz的电源为单独供电，电源由接插件j2接入。隔离运放的输出信号为v_out，送给模数转换芯片ad7656。
32.断口电流测量电路用于实时测量各相断口之间的电流。如图4所示，本实施例的断口电流测量电路通过穿心霍尔传感器，进行大电流测量。霍尔传感器的通过专用测试线，接在接插件接j3上，在测试过程中，霍尔电流传感器把电流信号，转换为电压信号，该电压信
号通过运算放大器u3(ad8675)，传输给模数转换芯片ad7656。
33.计时器用于接收计时信号并进行计时。
34.数据处理装置用于获取断路器数据集。断路器数据集为接收环境数据感应系统获得的环境数据、断口电压测量电路、断口电流测量电路获得的电压合成的数据集。
35.存储器用于存储海量断路器数据集和与海量断路器数据集一一对应的专家根据经验获得的高压断路器判断结果。高压断路器判断结果包括断路器正常结果和断路器异常结果。断路器异常结果包括a相弧触头烧损、b相弧触头烧损、c相弧触头烧损、环境异常。
36.深度学习装置用于存储高压断路器判断模型；所述高压断路器判断模型为通过机器学习训练方法训练后的神经网络模型；所述高压断路器输入断路器数据集，输出高压断路器判断结果；高压断路器判断模型通过机器学习训练方法训练的方法，包括以下步骤：调取存储器中存储的海量断路器数据集和与海量断路器数据集一一对应的专家根据经验获得的高压断路器判断结果并构成样本数据；将所述样本数据训练神经网络模型。
37.主控制器用于控制高压断路器合闸或分闸；用于在行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、数据处理装置、计时器、深度学习装置、存储器、输出装置进行信息交互；还用于根据高压断路器判断结果进行判断，若高压断路器判断结果为断路器正常结果控制输出装置输出通过各相断口之间的电压和各相断口之间的电流计算的动态电阻与时间的关系图；若高压断路器判断结果为断路器异常结果则输出断路器异常结果。
38.主控制器采用高性能微处理器nxp2478，数据处理装置采用分辨率为16位、采样频率可达250ksps的adc芯片ad7656，ram存储器hy57v641620et组成。
39.输出装置包括打印机和电脑。输入装置还用于输出动态电阻与各相弧触头行程的关系图。本实施例可在电脑pc的液晶屏显示，或通过打印机打印报表，以及通过rs232串口线上传到pc机，也可以把测量数据存储在本机的电子盘flash中。
40.一种应用上述高压断路器动态接触电阻测量系统的测量方法，包括以下步骤：断路器动态接触电阻测试仪通过合分闸控制线控制高压断路器分闸；将断路器动态接触电阻测试仪电连接电源箱，强电流源分别接在高压断路器的各相断口上；电源箱为断路器动态接触电阻测试仪供电；确认行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、计时器是否正常工作；若不正常工作则重新安装好行程传感器、环境数据感应系统、断口电压测量电路、断口电流测量电路、计时器；强电流源为高压断路器的各相断口施加强电流，使高压断路器蓄能；主控制器向计时器发送计时信号，计时器进行预设时段的计时；同时，行程传感器测量各相弧触头的运行轨迹，断口电压测量电路实时测量各相断口之间的电压，断口电流测量电路实时测量各相断口之间的电流；数据处理装置将获取断路器数据集；深度学习装置接收断路器数据集，输出高压断路器判断结果；若高压断路器判断结果为断路器正常结果则主控制器控制输出装置输出通过各相断口之间的电压和各相断口之间的电流计算的动态电阻与时间的关系图；若高压断路器
判断结果为断路器异常结果则则主控制器输出断路器异常结果。
41.虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。