高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀講義

1、高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀講義高壓開(kāi)關(guān)是指能開(kāi)斷、關(guān)合、承載運(yùn)行線(xiàn)路的正常電流，并能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載、關(guān)合、開(kāi)斷規(guī)定的異常電流（如短路電流）的電器設(shè)備。高壓開(kāi)關(guān)（也稱(chēng)高壓斷路器）是指額定電壓為3KV 及以上主要用于開(kāi)斷或關(guān)合電路的高壓電器。高壓開(kāi)關(guān)的主要功能是：1、在關(guān)合狀態(tài)時(shí)應(yīng)為良好的導(dǎo)體，不僅對(duì)正常電流而且對(duì)規(guī)定的短路電流也應(yīng)能承受其發(fā)熱和電動(dòng)力的作用；2、對(duì)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(shí)刻，應(yīng)能在不發(fā)生危險(xiǎn)過(guò)電壓的條件下，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)斷額定短路電流以下的電流；4、在開(kāi)斷狀態(tài)的任何時(shí)刻，應(yīng)能在斷路器觸頭不發(fā)生熔焊的條件下，在短時(shí)間內(nèi)安全地關(guān)合規(guī)定的短路電流。由于高

2、壓開(kāi)關(guān)在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著控制和保護(hù)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(yùn)行。所以，高壓開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性參數(shù)是判斷高壓開(kāi)關(guān)性能的重要參數(shù)之一，高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性參數(shù)測(cè)量是一項(xiàng)很重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，它是保證高壓開(kāi)關(guān)的主要參數(shù)在正常工作時(shí)滿(mǎn)足高壓開(kāi)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性參數(shù)測(cè)量包括動(dòng)作時(shí)間、速度參量、開(kāi)關(guān)行程、和動(dòng)作電壓等測(cè)試項(xiàng)目。第一節(jié) 測(cè)試方法的分類(lèi)一、高壓開(kāi)關(guān)時(shí)間參量測(cè)試的方法1、用電秒表測(cè)量時(shí)間電秒表具有測(cè)量簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但是電秒表難以準(zhǔn)確測(cè)量相間或斷口間不同期性，所以己逐漸被取代。2、光線(xiàn)示波器測(cè)量時(shí)間使用光線(xiàn)示波器可以測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)分、合閘時(shí)間，同期差及分、合閘電磁鐵

3、的動(dòng)作情況。這種方法具有測(cè)量準(zhǔn)確、直觀，且能同時(shí)測(cè)量多個(gè)時(shí)間參量等優(yōu)點(diǎn)。由于光線(xiàn)示波器時(shí)標(biāo)范圍寬、精度高，且能直觀反映出斷路器在動(dòng)作過(guò)程中有關(guān)參量的變化情況，因此，過(guò)去一直是測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性的主要方法。3、高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀這是一類(lèi)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)測(cè)量技術(shù)解決高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械動(dòng)作各參數(shù)的測(cè)量?jī)x器，到目前為止高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作中。二、高壓開(kāi)關(guān)速度參量測(cè)試的方法高壓開(kāi)關(guān)的速度參量以其分、合閘速度來(lái)表示。由于高壓開(kāi)關(guān)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每一時(shí)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(cè)量高壓開(kāi)關(guān)運(yùn)動(dòng)特性的方法共分為3類(lèi)：1、電磁振蕩

4、器測(cè)速法電磁振蕩器測(cè)速原理如圖1所示。運(yùn)動(dòng)紙板通測(cè)速桿與動(dòng)觸頭連接。當(dāng)振蕩電磁鐵線(xiàn)圈子中通入50Hz 交流電時(shí)，振動(dòng)筆以100次/s的頻率振動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的紙板上繪出周期為0.01s 的振蕩波形。紙板上波形長(zhǎng)度就是觸頭總行程，行程間對(duì)應(yīng)的周波數(shù)，就是觸頭總運(yùn)動(dòng)時(shí)間。在觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于每相鄰波峰間時(shí)間間隔為0.01s ，振動(dòng)曲線(xiàn)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(diǎn)位置的確定如圖2所示。圖1節(jié)電磁振蕩器測(cè)速原理示意圖1-運(yùn)動(dòng)紙板；2-振動(dòng)筆；3-銜鐵；4-振動(dòng)簧片；5-線(xiàn)圈；A-剛分、剛合點(diǎn)在振蕩波形圖上，首先要分清楚分（合）閘曲線(xiàn)的兩個(gè)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(diǎn)，向分閘方向量取一段等于斷路器超行程值的長(zhǎng)度S0，以這一線(xiàn)段終點(diǎn)位置為動(dòng)靜觸頭剛分（合）時(shí)刻。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)落在曲線(xiàn)的什么相位，再取同相位的一個(gè)波長(zhǎng)，即為所求剛分速度V F 或剛合速度V H 。 圖2 振蕩器測(cè)速波形圖(a分閘速度曲線(xiàn)；(b合閘速度曲線(xiàn)2、轉(zhuǎn)鼓式、電位器式測(cè)速法轉(zhuǎn)鼓式測(cè)速儀是以連接在動(dòng)觸頭系統(tǒng)上的記錄筆，沿以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)筒上所畫(huà)的曲線(xiàn)來(lái)反映其運(yùn)動(dòng)情況的。而電位器式測(cè)速儀則是以其滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻桿上的不同位置所反映的電壓值來(lái)測(cè)量斷路器的動(dòng)作狀況。這兩種測(cè)量方法

6、能直觀判斷高壓開(kāi)關(guān)觸頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有無(wú)卡澀和緩沖不良等異常現(xiàn)象，能夠粗略測(cè)出高壓開(kāi)關(guān)的固有分、合閘時(shí)間，速度測(cè)量精度較高。這兩種方法較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是較為笨重，功能單一。3、線(xiàn)性傳感器測(cè)速法這種方法的原理是：用一定分辨率的測(cè)量尺和開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭連接，在開(kāi)關(guān)一次分（或合）過(guò)程中將動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為測(cè)量尺的運(yùn)動(dòng)，從而繪制出一幅動(dòng)觸頭全運(yùn)動(dòng)過(guò)程的S-t 曲線(xiàn)。利用曲線(xiàn)中的坐標(biāo)參數(shù)，儀器就可以根據(jù)速度定義自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)速度（包括動(dòng)觸頭的行程）。線(xiàn)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(xiàn)性電阻式傳感器，二者均可以在一次運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中采樣線(xiàn)性的S-t 曲線(xiàn)。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(hào)脈沖，通過(guò)采樣和計(jì)算光信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)和正反方向，就可以精確采樣動(dòng)觸頭全運(yùn)動(dòng)過(guò)程的S-t 曲線(xiàn)。后者基本同理，只不過(guò)是將行程的變化，轉(zhuǎn)變成電阻的變化并加以測(cè)量計(jì)算而已。線(xiàn)性傳感器根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，還可分為直線(xiàn)傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器。直線(xiàn)傳感器是直接采樣直線(xiàn)行程的S-t 曲線(xiàn)，一般使用于動(dòng)觸頭較容易直接引出，并連接到傳感器上的開(kāi)關(guān)類(lèi)型，一般有油開(kāi)關(guān)和真空開(kāi)關(guān)。后者是采樣角度行程的-t 曲線(xiàn)，再通過(guò)角度和直線(xiàn)的一定換算公式，繪制出S-t 曲線(xiàn)，一般使用于動(dòng)觸頭為全封閉結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接測(cè)量直線(xiàn)行程，但可以測(cè)量角度行程，并可以推算出直線(xiàn)和角度之間近似線(xiàn)性的換算公式的開(kāi)關(guān)類(lèi)型，一般多為六氟化硫開(kāi)關(guān)。4

8、、萬(wàn)能傳感器測(cè)速法萬(wàn)能傳感器也就是加速度傳感器, 加速度傳感器采集的是動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度信號(hào)，需對(duì)其進(jìn)行一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算，最終得到所需的時(shí)間-行程特性曲線(xiàn)。加速度傳感器是安裝在操作機(jī)構(gòu)的提升桿或水平拉桿上，它只有運(yùn)動(dòng)部分，無(wú)靜止部分。第二節(jié) 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀工作原理對(duì)高壓開(kāi)關(guān)主要參數(shù)進(jìn)行測(cè)量, 以往采用繼電器組合控制電路和光線(xiàn)示波器, 存在精度低, 易燒毀繼電器的弊病. 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀是新一代操作測(cè)量?jī)x器, 該類(lèi)測(cè)試儀以性單片機(jī)為核心, 采用測(cè)速器測(cè)量速度, 霍爾電流傳感器測(cè)量操作線(xiàn)圈電流, 具有操作安全, 測(cè)量準(zhǔn)確, 性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。機(jī)構(gòu)組成由單片機(jī)、采樣/保持電路、定時(shí)器、測(cè)

9、量速度和電流模擬信號(hào)。由定時(shí)器測(cè)量斷口的分合時(shí)間。高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)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(jì)數(shù)電路及分合閘計(jì)數(shù)電路，時(shí)間基準(zhǔn)控制彈跳計(jì)數(shù)電路及分合閘計(jì)數(shù)電路，同時(shí)將基準(zhǔn)時(shí)間輸入主控制器。電源輸出信號(hào)采樣電路將分合閘輸出電源信號(hào)送回到主控制器，通過(guò)信號(hào)采樣電路將時(shí)間端口信號(hào)和外部觸發(fā)信號(hào)送回到主控制器，速度控制器將速度端口信號(hào)通過(guò)速度采樣電路將速度信號(hào)送回到主控制器。高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀通用工作原理圖見(jiàn)圖3。 圖3 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀工作原理圖高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀發(fā)展

10、到現(xiàn)在基本工作原理與圖3所示沒(méi)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(cè)試功能。高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀通過(guò)操作軟件，控制面板顯示和面板按鍵及打印機(jī)驅(qū)動(dòng)接口。測(cè)試結(jié)束通過(guò)系統(tǒng)存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器, 保存采集的數(shù)據(jù)。第三節(jié)開(kāi)關(guān)通用名詞解釋一、 觸頭開(kāi)距分位置時(shí)，開(kāi)關(guān)一極的各觸頭之間或其連接的任何導(dǎo)電部分之間的總間隙。二、行程（觸頭的）分、合操作中，開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭起始位置到任一位置的距離。三、 超行程合閘操作中，開(kāi)關(guān)觸頭接觸后動(dòng)觸頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離。注：對(duì)某些結(jié)構(gòu)如對(duì)接式觸頭，為觸頭接觸后產(chǎn)生閉合力的動(dòng)觸頭部件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離。四、 時(shí)間行程特性合、分操作中，開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭行程與時(shí)間的關(guān)系。

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

12、的位置。十一、 合（閘）時(shí)間從接到合（閘）指令瞬間起到所有極觸頭都接觸瞬間的時(shí)間間隔。 注1： 合（閘）時(shí)間包括開(kāi)關(guān)合閘所必需的并與開(kāi)關(guān)組成一整體的任何輔助設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間。注2： 對(duì)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(shí)間和主觸頭都接觸瞬間前的合（閘）時(shí)間作出區(qū)別，除非另有說(shuō)明，合（閘）時(shí)間就是指直到主觸頭都接觸瞬間的時(shí)間。十二、 分-合時(shí)間（自動(dòng)重合時(shí)）重合操作時(shí)，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(shí)間間隔。十三、 無(wú)電流時(shí)間（自動(dòng)重合時(shí)）自動(dòng)重合閘中，開(kāi)關(guān)分操作時(shí)，從各極均熄弧起到隨后重新合時(shí)任意一極首先通過(guò)電流時(shí)的時(shí)間間隔。注1：對(duì)裝

13、有并聯(lián)電阻的斷路器，需對(duì)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(shí)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(shí)間間隔的無(wú)電流時(shí)間。包括上述一種或兩種時(shí)間間隔的無(wú)電流時(shí)間。注2：無(wú)電流時(shí)間可以由于預(yù)擊穿時(shí)間和燃弧時(shí)間的變化而不同。十四、 重合閘時(shí)間重合閘操作中，從接到分閘指令瞬間起到所有極的動(dòng)靜觸頭都重新接觸瞬間的時(shí)間間隔。十五、 合-分時(shí)間；金屬短接時(shí)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(shí)在所有極中弧觸頭都分離瞬間的時(shí)間間隔。注：除非另有說(shuō)明，即認(rèn)為與開(kāi)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(shí)間是最

14、短的合、分時(shí)間。十六、 分閘時(shí)間（開(kāi)關(guān)的）從開(kāi)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(shí)間間隔。注：對(duì)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(shí)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(shí)間作出區(qū)別。除非另有說(shuō)明，分閘時(shí)間就是指直到主觸頭都分離瞬間的時(shí)間。十七、 開(kāi)關(guān)合（閘）同期性開(kāi)關(guān)合時(shí)各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭接觸瞬間的最大時(shí)間差異。十八、 開(kāi)關(guān)分（閘）同期性開(kāi)關(guān)分時(shí)各極間及（或）同一極各斷口間的觸頭分離瞬間的最大時(shí)間差異。十九、 時(shí)間-電流特性在規(guī)定操作條件下，表示時(shí)間（例如動(dòng)作時(shí)間）作為預(yù)期電流的 函數(shù)的曲線(xiàn)。 二十、 彈跳次數(shù) 開(kāi)關(guān)動(dòng)觸

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

16、空開(kāi)關(guān)不小于 2m/s，非真空開(kāi)關(guān)不小于 15m/s。 二、 誤差 儀器的測(cè)量誤差應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： a 時(shí)間測(cè)量誤差： 1 200ms 以?xún)?nèi) ±0.1ms+1 個(gè)字； - 11 - 高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械特性測(cè)試儀技術(shù)條件 2 200ms 以上 ±2%。 a 同期性時(shí)間測(cè)量誤差：測(cè)試儀同期性時(shí)間不大于±0.1ms； b 行程測(cè)量誤差： 1 對(duì)于真空開(kāi)關(guān) ±0.5mm； 2 對(duì)于非真空開(kāi)關(guān) ±2mm。 c 速度測(cè)量誤差： 1 02m/s 以?xún)?nèi) ±0.1m/s； 2 2m/s 以上 ±0.2m/s。 注： 速度誤差計(jì)算見(jiàn)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(duì)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(jī) 械損傷，接插件牢固可靠，開(kāi)關(guān)、按鈕均應(yīng)動(dòng)作靈活。儀器應(yīng)有明顯 的接地標(biāo)識(shí)。 儀器附件應(yīng)完備，傳感器附件應(yīng)有安裝說(shuō)明。 五、 安全要求 1. 絕緣電阻 測(cè)試儀電源部分和機(jī)殼之間的絕緣電阻應(yīng)不小于 2M。 - 12 - 2. 介電強(qiáng)度 測(cè)試儀電源部分和機(jī)殼之間應(yīng)承受工頻 1.5kV 電壓，歷時(shí) 1min， 無(wú)飛弧和擊穿現(xiàn)象。 第五節(jié) 1、儀器應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員操作。 2、在連接儀器的輸入或輸出端前，請(qǐng)務(wù)必將儀器正確接地。 3、測(cè)試線(xiàn)的接拆與傳感器安裝都應(yīng)在待測(cè)對(duì)象和儀器不帶電情況下 進(jìn)行。 4、盡量使用原廠提供的測(cè)試線(xiàn)。 5、在連接直流輸出線(xiàn)情況下，打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)和控制開(kāi)關(guān)操作前， 務(wù)必先確認(rèn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作不產(chǎn)生任何可能的人身與設(shè)備危險(xiǎn)。 6、在