CN103207369A - 一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，采用非接触式的光电传感器，信号不受高电压、大电流、强电磁场的影响，由此确定的断路器分闸时刻准确；采用基于抛物线拟合的方法获得试验电流（试验电压）波形的峰值，避免了在峰值处由于波形不光滑而引起的较大误差,提高了计算触头分离前、后试验电流和试验电压有效值的精度。总之，本发明方法提高了断路器开断试验数据分析的准确性，可以正确的判断断路器的开断性能，为国家的电力***的发展提供有力的技术保障。

Description

一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法

【技术领域】

本发明涉及断路器试验技术领域，特别涉及一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法。

【背景技术】

断路器开断试验是通过在实验室模拟再现电网中可能出现的不同类型代表性故障方式来检验和考核其性能的一种试验，是型式试验的最主要内容之一。试验数据分析的准确性是正确判断断路器开断性能的关键，试验数据分析包括触头分离前、后试验电流和试验电压有效值计算、断路器燃弧时间计算、分闸时间计算等多个方面。

在试验中准确地标定断路器触头的分离时刻和计算试验电流（试验电压）峰值是提高试验数据分析准确性的关键。

在高电压、大电流、强电磁场环境下，传统的采用接触式辅助信号（如触头运动特性传感器）来确定断路器触头分离时刻的方法容易受到电磁场的影响，信号上常常叠加了工频干扰信号和高频干扰脉冲信号，对准确标定断路器触头分离时刻影响很大，试验数据分析结果精度不高，难以保证正确评判断路器的开断性能。

另外，计算试验电流（试验电压）的有效值是采用三峰值法，即

$I_g=\left|\frac{(I_{\mathrm{peak}\_A}+I_{\mathrm{peak}\_C}-2\×I_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|(U_g=|\frac{(U_{\mathrm{peak}\_A}+U_{\mathrm{peak}\_C}-2\×U_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\left|\right)$

其中，I_g为电流有效值，I_{peak_A}、I_{peak_B}和I_{peak_C}为分闸时刻前电流信号的最后三个相邻波峰/波谷的电流值，U_g为电压有效值，U_{peak_A}、U_{peak_B}和U_{peak_C}为分闸时刻后电压信号的前三个相邻波峰/波谷的电流值，其精度取决于如何准确地获得试验电流（试验电压）的峰值。在断路器开断试验中由于测量***噪声、高次谐波、电磁干扰、采样率等因素的影响，采集到的试验电流（试验电压）波形在峰值处并不是光滑、连续的曲线，在计算试验电流（试验电压）有效值时选用单个样本点的数值作为试验电流（试验电压）的峰值很有可能会引入很大的误差。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，包括：

ⅰ、在断路器的操作机构上固定一个钢片，在钢片旁侧设置一个U型的光电传感器；在断路器动触头和静触头两端分别通过一个电阻连接到直流蓄电池的正极和负极；

ⅱ、进行空载试验，当断路器触头动作时，操作机构带动设置于其上的钢片划过U型光电传感器，产生一个脉冲信号；当触头分离时，回路断开，电阻上的电压由高电平跌落至零；

ⅲ、第ⅰ步中脉冲信号的上升沿和第ⅱ步中电阻上电压信号的下降沿的时间差为△t，调整U型光电传感器在操作机构上的安装角度或位置使△t＜0.5ms；

ⅳ、拆除步骤i中搭建的电阻和直流蓄电池。

本发明进一步的改进在于：所述操作机构包括主轴和拐臂；钢片安装在主轴上；拐臂连接主轴和断路器的动触头；钢片通过绝缘支架支撑并固定。

本发明进一步的改进在于：所述钢片长10cm，宽1.5cm。

本发明进一步的改进在于：拆除步骤i中搭建的电阻和直流蓄电池后，进行断路器开断试验，采集电流信号、电压信号和U型光电传感器的输出信号；然后采用了基于抛物线拟合的方法来计算试验电流/试验电压峰值,具体包括：

1）、以调整后U型光电传感器所产生的脉冲信号上升沿作为断路器触头分离的时刻；找到分闸时刻前电流信号的最后三个相邻半波形/分闸时刻后电压信号的前三个相邻半波形；找到一个电流半波形/电压半波形离散数据中的绝对值最大幅值点（tp+1，Ip+1）/（tp+1，Up+1），以该点为中心，两侧各再取相邻的P个点；

其中

T为电流/电压的周期，f_s为电流/电压的采样频率；

2）、对步骤1找到的2P＋1个离散数据，基于最小二乘原理进行二次多项式拟合，得到函数i(t)=a₀+a₁t+a₂t²/u(t)=a₀+a₁t+a₂t²；

3）、取t=-a₁/(2×a₂)时，函数i(t)/u(t)的极值作为试验电流/试验电压峰值的近似值I_peak/U_peak；

4）、重复步骤1）-3），计算出其它两个半波形的试验电流/试验电压峰值的近似值；

5）、将计算得到的试验电流/试验电压的峰值代入到公式：

$I_g=\left|\frac{(I_{\mathrm{peak}\_A}+I_{\mathrm{peak}\_C}-2\×I_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 或 $U_g=\left|\frac{(U_{\mathrm{peak}\_A}+U_{\mathrm{peak}\_C}-2\×U_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 中，得到其相应电流有效值/电压有效值。

本发明进一步的改进在于：

本发明进一步的改进在于：T=0.02s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）本发明方法采用非接触式的光电传感器，信号不受高电压、大电流、强电磁场的影响，由此确定的断路器分闸时刻准确。

2）本发明方法基于抛物线拟合的方法获得试验电流（试验电压）波形的峰值，避免了在峰值处由于波形不光滑而引起的较大误差,提高了计算触头分离前、后试验电流和试验电压有效值的精度。

总之，本发明方法提高了断路器开断试验数据分析的准确性，可以正确的判断断路器的开断性能，为国家的电力***的发展提供有力的技术保障。

【附图说明】

图1为钢片和U型的光电传感器的安装位置示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为空载试验时检测到的信号1和信号2的示意图；

图4为断路器开关试验时采集的电流信号、电压信号和U型光电传感器的输出信号示意图；

图5为实际采集的电流信号/电压信号与拟合曲线的示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1至图5所示，本发明一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，包括标定断路器触头分离时刻的步骤和基于抛物线拟合的试验电流、电压峰值的计算步骤；基于以上两点提高了试验数据分析的准确性。

标定断路器触头分离时刻的步骤，具体包括：

ⅰ、在断路器的操作机构（旋转式或直动式）上固定一个长10cm，宽1.5cm的钢片1，在接近钢片1位置处放置一个U型的光电传感器2（用绝缘支架3支撑并固定）,安装示意图见图1（正视图）和图2（俯视图）。在断路器动触头（7）和静触头（8）两端分别通过一个电阻连接到直流蓄电池的正极和负极。

ⅱ、在空载试验（不带高电压和大电流）中确定触头分离时刻。进行空载试验，当断路器触头动作时，操作机构的主轴4旋转通过拐臂5驱动灭弧室6中的动触头7与静触头8分闸；主轴4旋转的同时带动设置于其上的钢片1划过U型光电传感器2，产生一个近似于方波的脉冲信号，见图3中信号1。当触头分离时，回路断开，电阻上的电压由高电平跌落至零，见图3中信号2。

ⅲ、比较第ⅰ步中脉冲信号的上升沿和第ⅱ步中电阻上电压信号的下降沿的时间差△t，见图3，通过调整U型光电传感器2在主轴4上的安装角度或位置使△t接近于0（或△t＜0.5ms）。

ⅳ、拆除第ⅱ步中搭建的连接回路（直流蓄电池、电阻以及连接线），防止在试验中触头间高电压击穿。

ⅴ、在断路器开断试验中，以信号1的上升沿作为断路器触头分离的时刻。

至此，可以在试验过程中准确地标定断路器触头的分离时刻，并计算断路器燃弧时间、分闸时间等参数。同时确定了计算试验电流（试验电压）有效值时所选用的峰值编号，分别为I_{peak_A}、I_{peak_C}和I_{peak_B}（U_{peak_A}、U_{peak_C}和U_{peak_B}），如图4所示。

为了提高计算试验电流（试验电压）有效值的准确性，本发明还采用了基于抛物线拟合的方法来计算试验电流（试验电压）峰值，技术原理见图5，具体方法如下：

ⅰ、以调整后U型光电传感器2所产生的脉冲信号上升沿作为断路器触头分离的时刻；找到分闸时刻前电流信号的最后三个相邻半波形/分闸时刻后电压信号的前三个相邻半波形；找到一个电流半波形/电压半波形离散数据中的绝对值最大幅值点（tp+1，Ip+1）/（tp+1，Up+1），以该点为中心，两侧各再取相邻的P个点（

其中T为电流或者电压的周期，一般为0.02s，f_s为电流或电压的采样频率；优选

）。

ⅱ、对这组离散数据(共2P＋1个点)基于最小二乘原理进行二次多项式拟合，得到函数i(t)=a₀+a₁t+a₂t²或u(t)=a₀+a₁t+a₂t²；

ⅲ、取t=-a₁/(2×a₂)时，函数i(t)（u(t)）的极值作为试验电流（试验电压）峰值的近似值I_peak（U_peak）。

ⅳ、重复步骤ⅰ-ⅲ，计算出其它两个半波形的试验电流/试验电压峰值的近似值；

V、将计算得到的试验电流（试验电压）的峰值代入到公式：

$I_g=\left|\frac{(I_{\mathrm{peak}\_A}+I_{\mathrm{peak}\_C}-2\×I_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 或 $U_g=\left|\frac{(U_{\mathrm{peak}\_A}+U_{\mathrm{peak}\_C}-2\×U_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 中，得到其相应电流有效值或电压有效值。

Claims (6)

1.一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，包括：

ⅰ、在断路器的操作机构上固定一个钢片（1），在钢片（1）旁侧设置一个U型的光电传感器（2）；在断路器动触头（7）和静触头（8）两端分别通过一个电阻连接到直流蓄电池的正极和负极；

ⅱ、进行空载试验，当断路器触头动作时，操作机构带动设置于其上的钢片（1）划过U型光电传感器（2），产生一个脉冲信号；当触头分离时，回路断开，电阻上的电压由高电平跌落至零；

ⅲ、第ⅰ步中脉冲信号的上升沿和第ⅱ步中电阻上电压信号的下降沿的时间差为△t，调整U型光电传感器（2）在操作机构上的安装角度或位置使△t＜0.5ms；

ⅳ、拆除步骤i中搭建的电阻和直流蓄电池。

2.根据权利要求1所述的一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，所述操作机构包括主轴（4）和拐臂（5）；钢片（1）安装在主轴（4）上；拐臂（5）连接主轴（4）和断路器的动触头（7）；钢片（1）通过绝缘支架（3）支撑并固定。

3.根据权利要求1所述的一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，所述钢片（1）长10cm，宽1.5cm。

4.根据权利要求1所述的一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，拆除步骤i中搭建的电阻和直流蓄电池后，进行断路器开断试验，采集电流信号、电压信号和U型光电传感器（2）的输出信号；然后采用了基于抛物线拟合的方法来计算试验电流/试验电压峰值,具体包括：

1）、以调整后U型光电传感器（2）所产生的脉冲信号上升沿作为断路器触头分离的时刻；找到分闸时刻前电流信号的最后三个相邻半波形/分闸时刻后电压信号的前三个相邻半波形；找到一个电流半波形/电压半波形离散数据中的绝对值最大幅值点（tp+1，Ip+1）/（tp+1，Up+1），以该点为中心，两侧各再取相邻的P个点；

其中

T为电流/电压的周期，f_s为电流/电压的采样频率；

2）、对步骤1找到的2P＋1个离散数据，基于最小二乘原理进行二次多项式拟合，得到函数i(t)=a₀+a₁t+a₂t²/u(t)=a₀+a₁t+a₂t²；

3）、取t=-a₁/(2×a₂)时，函数i(t)/u(t)的极值作为试验电流/试验电压峰值的近似值I_peak/U_peak；

4）、重复步骤1）-3），计算出其它两个半波形的试验电流/试验电压峰值的近似值；

5）、将计算得到的试验电流/试验电压的峰值代入到公式：

$I_g=\left|\frac{(I_{\mathrm{peak}\_A}+I_{\mathrm{peak}\_C}-2\×I_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 或 $U_g=\left|\frac{(U_{\mathrm{peak}\_A}+U_{\mathrm{peak}\_C}-2\×U_{\mathrm{peak}\_B})}{2\sqrt{2}}\right|$ 中，得到其相应电流有效值/电压有效值。

5.根据权利要求4所述的一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的一种提高断路器开断试验数据分析准确性的方法，其特征在于，T=0.02s。

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