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一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，包括兩個電磁波信號采集裝置，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器。本發(fā)明通過合理布局天線并比較電磁波到達天線的時間差即可確定燃弧起始時間對應(yīng)的相別，簡單易行，測量精度高，并且與系統(tǒng)無電氣連接，安全可靠，同時還能夠區(qū)分出斷路器A相、B相和C相中哪一項首先出現(xiàn)電弧。
【專利說明】一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于變電領(lǐng)域的測量系統(tǒng)和測量方法，尤其涉及一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]斷路器是電網(wǎng)中數(shù)量最為龐大的電力設(shè)備，發(fā)揮著控制和保護作用。一旦斷路器發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致電網(wǎng)事故，還可能導(dǎo)致現(xiàn)有事故的擴大，給國民經(jīng)濟和社會穩(wěn)定帶來巨大的負面影響。
[0003]開斷時間是反映斷路器開斷過程的一項重要參數(shù)，指的是斷路器接到分閘指令瞬間起到所有各相中電弧最終熄滅的時間間隔，包括分閘時間和燃弧時間兩部分，其中燃弧時間是標志斷路器熄弧能力的重要參數(shù)。開斷時間分為分閘時間和燃弧時間，分閘時間為斷路器接到分閘指令瞬間起到所有相中弧觸頭分離瞬間的時間間隔。燃弧時間則為某相中首先起弧瞬間起到各相中電弧最終熄滅的時間間隔，而電弧的熄滅時間通常是在電流的過零點處，可以通過測量系統(tǒng)電流獲得，因此燃弧時間準確測量的關(guān)鍵在于確定斷路器的燃弧起始時間。
[0004]傳統(tǒng)的燃弧時間測量主要通過測量開斷電流，利用電流傳感器獲取系統(tǒng)電流，由于起弧后電流不再呈現(xiàn)正弦分布，可以對電流波形進行分析從而確定燃弧時間。此方法存在的主要問題為:1)需要從CT處采集電流信號，與系統(tǒng)存在直接的電氣連接，存在安全隱患；2) CT的響應(yīng)時間會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)及檢測方法，能夠快速準確的檢測到斷路器燃弧起始時間及對應(yīng)相別，簡單易行，測量精度高，并且與系統(tǒng)無電氣連
接，安全可靠。
[0006]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，包括兩個電磁波信號采集裝置，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器。
[0007]還包括第三電磁波信號采集裝置，第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離相同，第三電磁波信號采集裝置的信號輸出端連接示波器。
[0008]所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。
[0009]所述的信號調(diào)理放大模塊包括信號調(diào)理器和功率放大器。[0010]所述的天線采用平面等角螺旋射頻天線。
[0011]所述的天線中心檢測頻率高于500MHz ;示波器采集通道不少于電磁波信號采集裝置的數(shù)量，示波器采樣率不低于2GHz，示波器在2GHz采樣率下掃描時間不低于20mS。
[0012]一種利用權(quán)利要求1所述斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)進行斷路器燃弧起始時間檢測方法，包括以下步驟:
A:分別設(shè)置兩個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時因產(chǎn)生開關(guān)電弧而激發(fā)出的射頻電磁波，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；然后將兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器；
B:利用示波器接收第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置所采集到的信號，并判斷示波器所接收到的信號的先后順序，若首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電弧；若首先接收到第二電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電弧；若首先接收到的信號為第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置同時發(fā)送的信號，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
[0013]所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。
[0014]一種利用權(quán)利要求2所述斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)進行斷路器燃弧起始時間檢測方法，包括以下步驟:
a:分別設(shè)置三個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時因產(chǎn)生開關(guān)電弧而激發(fā)出的射頻電磁波，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離、第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離以及第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離均相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；然后將三個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器；
b:利用示波器接收第一電磁波信號采集裝置、第二電磁波信號采集裝置和第三所采集到的信號，并判斷示波器所接收到的信號的先后順序，若首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到第二電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電?。蝗羰紫冉邮盏降谌姶挪ㄐ盘柌杉b置發(fā)送的信號，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
[0015]所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。
[0016]本發(fā)明通過兩個或三個處于不同位置的電磁波信號采集裝置接收斷路器開斷時發(fā)出的電磁波信號，然后使用示波器對電磁波信號采集裝置輸出的信號進行處理分析，最后利用示波器接收到信號的時間及不同天線接收到信號的時間差來確定斷路器燃弧起始時間及對應(yīng)相別。由于電磁波信號采集裝置處于不同位置，距離斷路器各相的距離不同，燃弧發(fā)出的電磁波信號到達各天線的時間也不同，因此通過合理布局天線和比較電磁波到達天線的時間差即可確定燃弧起始時間對應(yīng)的相別，簡單易行，測量精度高，并且與系統(tǒng)無電氣連接，安全可靠，同時還能夠區(qū)分出斷路器A相、B相和C相中哪一項首先出現(xiàn)電弧。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)的原理框圖；
圖2為實施例1中斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)的放置位置示意圖；
圖3為實施例1中示波器所接收到的電磁波信號示意圖；
圖4為實施例2中斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)的放置位置示意圖；
圖5為本發(fā)明所述利用兩個電磁波信號采集裝置進行斷路器燃弧起始時間檢測方法的流程圖；
圖6為本發(fā)明所述利用三個電磁波信號采集裝置進行斷路器燃弧起始時間檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)包括兩個電磁波信號采集裝置，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器。為了簡化檢測方法，本發(fā)明還可增加第三電磁波信號采集裝置，第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離相同，第三電磁波信號采集裝置的信號輸出端連接示波器。
[0019]本發(fā)明所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。天線用于采集斷路器開斷時產(chǎn)生的開關(guān)電弧所激發(fā)出的射頻電磁波，并將采集到的信號轉(zhuǎn)換成為電壓信號后發(fā)送至信號調(diào)理放大模塊。為了保證采集效果，天線采用平面等角螺旋射頻天線，平面等角螺旋射頻天線的中心檢測頻率高于500MHz，優(yōu)選為500MHz-2GHz，可以避開變電站的電暈等干擾，并保證能夠捕捉到較廣范圍內(nèi)的信號。信號調(diào)理放大模塊包括信號調(diào)理器和功率放大器，用于對射頻天線所采集到的信號進行濾波和放大處理，消除在變電站內(nèi)射頻天線接所采集到的電磁波干擾信號，同時放大斷路器開斷時開關(guān)電弧產(chǎn)生的電磁波信號，提高信噪比。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將信號調(diào)理放大模塊發(fā)送的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號發(fā)送至示波器進行處理。示波器采集通道不少于電磁波信號采集裝置的數(shù)量，示波器采樣率不低于2GHz，示波器在2GHz采樣率下掃描時間不低于20mS。
[0020]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明中選用兩個和三個電磁波信號采集裝置的情況進行進一步說明。
[0021]實施例1
如圖2所示，本實施例中，斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)包括兩個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時產(chǎn)生的開關(guān)電弧所激發(fā)出的射頻電磁波。第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同。使用過程中，在斷路器開斷時，斷路器A相、B相和C相中產(chǎn)生的開關(guān)電弧將激發(fā)出射頻電磁波，兩個電磁波信號采集裝置可準確采集到上述射頻電磁波，再經(jīng)處理后發(fā)送至示波器。斷路器A相、B相和C相中各相間燃弧時間差屬于ms量級，而燃弧電磁波脈沖屬于ns量級，因此示波器所接收到的電磁波信號如圖3所示。其中，脈沖群間的時間差屬于ms量級，而脈沖群內(nèi)第一電磁波信號采集裝置與第二電磁波信號采集裝置采集到的脈沖的時間差屬于ns量級。示波器所接收到的電磁波信號中各脈沖群發(fā)生的時間即為斷路器的燃弧起始時刻，其對應(yīng)的斷路器相別能夠根據(jù)天線I與天線2脈沖的時間差來確定。
[0022]若示波器首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，由于第一電磁波信號采集裝置距離斷路器A相最近，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電弧；若首先接收到第二電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，由于第二電磁波信號采集裝置距離斷路器C相最近，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到的信號為第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置同時發(fā)送的信號，由于第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置距離斷路器B相距離相同，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
[0023]實施例2
如圖4所示，本實施例中，斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)包括三個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時產(chǎn)生的開關(guān)電弧所激發(fā)出的射頻電磁波。第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離、第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離以及第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離均相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同。使用過程中，在斷路器開斷時，斷路器A相、B相和C相中產(chǎn)生的開關(guān)電弧將激發(fā)出射頻電磁波，三個電磁波信號采集裝置可準確采集到上述射頻電磁波，再經(jīng)處理后發(fā)送至示波器。斷路器A相、B相和C相中各相間燃弧時間差屬于ms量級，而燃弧電磁波脈沖屬于ns量級，因此示波器所接收到的電磁波信號中脈沖群間的時間差屬于ms量級,而脈沖群內(nèi)第一電磁波信號米集裝置與第二電磁波信號采集裝置脈沖的時間差屬于ns量級。與實施例1同理，示波器所接收到的電磁波信號中各脈沖群發(fā)生的時間即為斷路器的燃弧起始時刻，其對應(yīng)的斷路器相別能夠根據(jù)天線I與天線2脈沖的時間差來確定。
[0024]若示波器首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，由于第一電磁波信號采集裝置距離斷路器A相最近，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電?。蝗羰紫冉邮盏降诙姶挪ㄐ盘柌杉b置發(fā)送的信號，由于第二電磁波信號采集裝置距離斷路器C相最近，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到第三電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，由于第三電磁波信號采集裝置距離斷路器B相最近，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
[0025]本發(fā)明首先通過兩個或三個處于不同位置的電磁波信號采集裝置接收斷路器開斷時發(fā)出的電磁波信號，然后使用示波器對電磁波信號采集裝置輸出的信號進行處理分析，最后利用示波器接收到信號的時間及不同天線接收到信號的時間差來確定斷路器燃弧起始時間及對應(yīng)相別。由于電磁波信號采集裝置處于不同位置，距離斷路器各相的距離不同，燃弧發(fā)出的電磁波信號到達各天線的時間也不同，因此通過合理布局天線和比較電磁波到達天線的時間差即可確定燃弧起始時間對應(yīng)的相別，簡單易行，測量精度高，并且與系統(tǒng)無電氣連接，安全可靠，同時還能夠區(qū)分出斷路器A相、B相和C相中哪一項首先出現(xiàn)電弧。[0026]本發(fā)明所述兩種斷路器燃弧起始時間的檢測方法，分別為如圖5所述的利用兩個電磁波信號采集裝置進行斷路器燃弧起始時間的檢測方法，以及如圖6所示的利用三個電磁波信號采集裝置進行斷路器燃弧起始時間的檢測方法，在上文實施例1和實施例2中的相關(guān)敘述已有詳細說明，在此不再贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個電磁波信號采集裝置，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:還包括第三電磁波信號采集裝置，第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離相同，第三電磁波信號采集裝置的信號輸出端連接示波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號調(diào)理放大模塊包括信號調(diào)理器和功率放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的天線采用平面等角螺旋射頻天線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的天線中心檢測頻率高于500MHz ;示波器采集通道不少于電磁波信號采集裝置的數(shù)量，示波器采樣率不低于2GHz，示波器在2GHz采樣率下掃描時間不低于20mS。
7.一種利用權(quán)利要求1所述斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)進行斷路器燃弧起始時間檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: A:分別設(shè)置兩個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時因產(chǎn)生開關(guān)電弧而激發(fā)出的射頻電磁波，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；然后將兩個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器； B:利用示波器接收第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置所采集到的信號，并判斷示波器所接收到的信號的先后順序，若首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到第二電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到的信號為第一電磁波信號采集裝置和第二電磁波信號采集裝置同時發(fā)送的信號，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的斷路器燃弧起始時間檢測方法，其特征在于:所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接示波器。
9.一種利用權(quán)利要求2所述斷路器燃弧起始時間檢測系統(tǒng)進行斷路器燃弧起始時間檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: a:分別設(shè)置三個電磁波信號采集裝置，用于采集斷路器在開斷時因產(chǎn)生開關(guān)電弧而激發(fā)出的射頻電磁波，第一電磁波信號采集裝置與斷路器A相的距離、第二電磁波信號采集裝置與斷路器C相的距離以及第三電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離均相同，第一電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離和第二電磁波信號采集裝置與斷路器B相的距離相同；然后將三個電磁波信號采集裝置的信號輸出端分別連接示波器； b:利用示波器接收第一電磁波信號采集裝置、第二電磁波信號采集裝置和第三所采集到的信號，并判斷示波器所接收到的信號的先后順序，若首先接收到第一電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器A相首先出現(xiàn)電弧；若首先接收到第二電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器C相首先出現(xiàn)電??；若首先接收到第三電磁波信號采集裝置發(fā)送的信號，則判斷斷路器B相首先出現(xiàn)電弧。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的斷路器燃弧起始時間檢測方法，其特征在于:所述的電磁波信號采集裝置包括天線、信號調(diào)理放大模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，天線的信號輸出端連接信號調(diào)理放大模塊的信號輸入端，信號調(diào)理放大模塊的信號輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信 號輸出端連接示波器。
【文檔編號】G01R31/327GK103954911SQ201410183698
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】黃興泉, 王偉, 張欲曉, 彭博, 郭琳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)