CN112394262A - 一种电弧外部效应时刻检测装置和方法 - Google Patents

一种电弧外部效应时刻检测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种电弧外部效应时刻检测装置和方法,实现了检测GIS、GIL等设备在内部电弧试验中的电弧外部效应时刻。该装置包括直流电源、光敏元件组和输出电阻,其中:所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;所述输出电阻两端各引出一个接线端子构成测量***接线端口;所述测量***用于将首次检测到电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。

Description

一种电弧外部效应时刻检测装置和方法
技术领域
本发明涉及电气技术领域,更具体地说,涉及一种电弧外部效应时刻检测装置和方法。
背景技术
GIS(Gas-insulated metal-enclosed switchgear,气体绝缘金属封闭开关设备)、GIL(Gas-insulated transmission line,气体绝缘输电线路)等设备需要进行内部电弧试验,即验证设备内部出现危险电气效应时其对人员的防护能力。具体的,设备进行内部电弧试验时,其内部气压将上升、局部温度将升高,最终可能出现壳体或压力释放装置破裂的外部效应,裂口随之泄漏出弧光,而我们要检测的就是设备何时出现上述外部效应。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种电弧外部效应时刻检测装置和方法,以实现检测GIS、GIL等设备在内部电弧试验中的电弧外部效应时刻。
一种电弧外部效应时刻检测装置,包括直流电源、光敏元件组和输出电阻,其中:
所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;
所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
所述输出电阻两端各引出一个接线端子构成测量***接线端口;
所述测量***用于将首次检测到电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。
可选的,所述光敏元件为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻。
可选的,所述试品放置于保护罐内,所述光敏元件紧贴于保护罐内壁,所述直流电源和所述输出电阻布置于保护罐外部。
可选的,所述电弧外部效应时刻检测装置中所有元件均是由聚氯乙烯屏蔽护套软线进行电连接。
可选的,所述输出电阻为一个独立电阻或是多个电阻的串并联组合体。
可选的,所述输出电阻为一个10W 100Ω的电阻。
可选的,所述直流电源为输出直流为12V的电源。
可选的,所述光敏二极管为直径5mm光敏二极管。
一种电弧外部效应时刻检测方法,应用于电弧外部效应时刻检测装置;所述电弧外部效应时刻检测装置包括直流电源、光敏元件组和输出电阻;所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
所述电弧外部效应时刻检测方法包括:
检测所述输出电阻两端电压;
判断所述输出电阻两端是否出现电压上升;
若是,将首次出现电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。
从上述的技术方案可以看出,本发明采用光敏元件作为检测GIS、GIL等设备内部电弧试验中电弧外部效应的传感器,通过光敏元件检测弧光何时出现来判断壳体或压力释放装置何时破裂,本检测方法实效性强、抗干扰性强、支持多点灵活布置、成本低、效果好。
附图说明
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。
图1为本发明实施例公开的一种电弧外部效应时刻检测装置结构示意图;
图2为本发明实施例公开的又一种电弧外部效应时刻检测装置结构示意图;
图3为本发明实施例公开的又一种电弧外部效应时刻检测装置结构示意图;
图4为本发明实施例公开的又一种电弧外部效应时刻检测装置结构示意图;
图5为本发明实施例公开的又一种电弧外部效应时刻检测装置结构示意图;
图6为现有技术公开的一种内部电弧试验电路原理示意图;
图7为本发明实施例公开的一种内部电弧试验布置示意图;
图8为某厂某型GIL在某场景下进行内部电弧试验后得到的示波图;
图9为本发明实施例公开的一种电弧外部效应时刻检测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1、图2、图3、图4或图5,本发明实施例公开了一种电弧外部效应时刻检测装置,包括直流电源E、光敏元件组1和输出电阻R,其中:
直流电源E、光敏元件组1和输出电阻R相串联构成回路(可以是光敏元件组1接在直流电源E正极、输出电阻R接在直流电源E负极,如图1、图2或图3所示,也可以是光敏元件组1接在直流电源E负极、输出电阻R接在直流电源E正极,如图3或图4所示);
光敏元件组1包括一个或多个相并联的光敏元件,所述光敏元件例如可以为光敏二极管(如图1或图3所示)、光敏三极管(如图2或图4所示)或光敏电阻(如图5所示;除此之外,当所述光敏元件为光敏电阻时,也可以是光敏元件组1接在直流电源E负极、输出电阻R接在直流电源E正极);各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
输出电阻R两端各引出一个接线端子构成测量***接线端口;
所述测量***用于将首次检测到电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。
下面,对本发明实施例的工作原理详述如下:
GIS由断路器、隔离开关、接地连接、互感器、避雷器等组成,其内部充有一定压力的SF6气体。与常规的高压电气产品相比,GIS具有结构紧凑、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应力强、维护工作量小等优点。IEC 62271-203-2011规定了GIS内部故障试验的试验方法,并在附录B.2.3.3中要求通过适当的方法记录GIS压力释放、外壳烧穿及外部效应。
GIL是一种采用气体绝缘,外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。相对于传统的架空线或输电电缆,GIL具有不受外部气候影响、对外电磁影响小、载流量大、故障率低、维护简便等优点。DL/T 978-2005规定了GIL内部故障试验的试验方法,并在附录C.2.3.3中要求通过适当的方法记录GIL压力释放、外壳烧穿及外部效应。
基于上述附录要求,制造商及试验室需要了解内部电弧试验过程中GIS、GIS试品的各时刻状态,而为了检测内部电弧试验中试品出现电弧外部效应的时刻,本发明实施例公开的电弧外部效应时刻检测装置应运而生。这里需要说明的是,本发明实施例并不局限于GIS、GIS试品,所有需要检测内部电弧试验中电弧外部效应时刻的试品均在本发明实施例的应用范围之内。
图6为内部电弧试验电路原理示意图,包括发电机G、保护开关GB、合闸开关MS、调节电抗L、操作开关MB、电压测量模块U和电流测量模块I,其中:取发电机G的任意两相(例如AB相)作为试验电源,该试验电源依次经过保护开关GB、合闸开关MS、调节电抗L、操作开关MB连接到试品TO构成回路,电压测量模块U和电流测量模块I用于测量回路电压Uab、电流Iab。
将所述内部电弧试验电路、所述电弧外部效应时刻检测装置以及试品TO组合到一起,得到如图7所示内部电弧试验布置示意图(所述内部电弧试验电路在图7中仅示出了发电机G,所述电弧外部效应时刻检测装置在图7中仅示出了四个光敏二极管D1~D4)。在图7中,试品TO接入内部电弧试验电路后,在引弧点处(引弧点的位置选择是根据IEC 62271-203-2011和DL/T 978-2005规定的:选择电弧最有可能在试品内建立起最高应力点的位置)将试品TO短路,此时试品TO内部气压上升、局部温度升高,最终可能使得试品TO出现壳体或压力释放装置破裂的外部效应,随之会从裂口泄漏出弧光。
基于这种物理现象,本发明实施例通过光敏元件(光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻)检测弧光何时出现,以此来判断试品TO何时出现壳体或压力释放装置破裂的外部效应。在内部电弧试验中,试品TO上所有可能出现破裂的点都可布置光敏元件,具体需要布置多少个检测点由试品TO制造商和试验室共同决定。
再参见图1~图5中示出的任一电弧外部效应时刻检测装置,在内部电弧试验中,当试品TO的壳体和压力释放装置未出现破裂时,光敏元件阻值不会发生变化,当试品TO的壳体或压力释放装置破裂时,光敏元件检测到弧光,阻值立刻发生急剧变化,此时输出电阻R两端的电压也会发生变化,即测量***接线端口上接入的测量***所检测到的电压值会发生变化。比如说,基于图1进行内部电弧试验,当试品TO的壳体和压力释放装置未出现破裂时,光敏二极管不导通,图1中回路不通,测量***检测到电压为0V;当试品TO的壳体或压力释放装置破裂时,光敏二极管检测到弧光,立刻导通(相当于光敏二极管的阻值由无穷大变为零),此时图1中回路导通,电流从直流电源E正极出发,经过导通的光敏二极管、输出电阻R最终返回直流电源E负极,与此同时所述测量***会立即检测到输出电阻R两端电压,其值基本上等于直流电源E输出电压。
下面,以某厂某型GIL在电压Uab为12kV、电流Iab有效值为63kA、电流Iab波峰为153kV、电流持续时间为0.3s的场景下进行内部电弧试验为例,试验后得到的示波图如图8所示,其中分别示出了电流Iab、电压Uab、输出电阻R两端电压UR的波形。
该示波图中UR首次出现的电压上升表示试品外壳或压力释放装置破裂,此时刻距离电流起始时刻相距195ms,即试品在通流195ms时破裂;电压上升过后的低电平表示由于试品破裂产生大量烟雾遮挡了光敏元件,造成所述电弧外部效应时刻检测装置回路不通,对外表现为低电平;低电平后的高电平表示试品破裂后热量外泄使得光敏元件熔焊,造成所述电弧外部效应时刻检测装置保持常通状态,对外表现为高电平。可见,所述测量***首次检测到的电压上升的时刻就是电弧外部效应时刻。
由以上描述可知,本发明实施例采用光敏元件作为检测GIS、GIL等设备内部电弧试验中电弧外部效应的传感器,通过光敏元件检测弧光何时出现来判断壳体或压力释放装置何时破裂,本检测方式实效性强、抗干扰性强、支持多点灵活布置、成本低、效果好。
可选的,在内部电弧试验中,在图7中试品TO外部有必要增加一个保护罐2,以降低由于试品TO的壳体开裂、压力释放装置动作、电弧喷射等因素对试验环境造成的影响。所述电弧外部效应时刻检测装置中的光敏元件紧贴于保护罐内壁,直流电源E和输出电阻R布置于保护罐外部。
可选的,输出电阻R为一个独立电阻或是多个电阻的串并联组合体。
可选的,直流电源E的输出电压大小、光敏二极管的尺寸大小、输出电阻R的型号根据实际需要设置即可。例如,可设置直流电源E为直流12V、光敏二极管为直径5mm光敏二极管、输出电阻R为10W 100Ω的电阻。
可选的,为提高***抗干扰性,所述电弧外部效应时刻检测装置中所有元件均是由聚氯乙烯屏蔽护套软线进行电连接。
与上述装置实施例相对应的,本发明实施例还公开了一种电弧外部效应时刻检测方法,应用于电弧外部效应时刻检测装置;所述电弧外部效应时刻检测装置包括直流电源、光敏元件组和输出电阻;所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
所述电弧外部效应时刻检测方法如图9所示,包括:
步骤S01:检测所述输出电阻两端电压;
步骤S02:判断所述输出电阻两端是否出现电压上升;若是,进入步骤S03,若否,说明试品在内部电弧试验中未出现壳体或压力释放装置破裂的外部效应,本次电弧外部效应时刻检测结束;
步骤S03:将首次出现电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻,至此本次电弧外部效应时刻检测结束。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言,由于其与实施例公开的装置相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见装置部分说明即可。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对于***实施例而言,由于其基本相应于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)等。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,包括直流电源、光敏元件组和输出电阻,其中:
所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;
所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
所述输出电阻两端各引出一个接线端子构成测量***接线端口;
所述测量***用于将首次检测到电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。
2.根据权利要求1所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述光敏元件为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻。
3.根据权利要求1或2所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述试品外罩有一保护罐,所述光敏元件紧贴于保护罐内壁,所述直流电源和所述输出电阻布置于保护罐外部。
4.根据权利要求1或2所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述电弧外部效应时刻检测装置中所有元件均是由聚氯乙烯屏蔽护套软线进行电连接。
5.根据权利要求1或2所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述输出电阻为一个独立电阻或是多个电阻的串并联组合体。
6.根据权利要求5所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述输出电阻为一个10W 100Ω的电阻。
7.根据权利要求1或2所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述直流电源为输出直流为12V的电源。
8.根据权利要求2所述的电弧外部效应时刻检测装置,其特征在于,所述光敏二极管为直径5mm光敏二极管。
9.一种电弧外部效应时刻检测方法,其特征在于,应用于电弧外部效应时刻检测装置;所述电弧外部效应时刻检测装置包括直流电源、光敏元件组和输出电阻;所述直流电源、所述光敏元件组和所述输出电阻相串联构成回路;所述光敏元件组包括一个或多个相并联的光敏元件;各光敏元件对应试品的不同检测点进行布置;
所述电弧外部效应时刻检测方法包括:
检测所述输出电阻两端电压;
判断所述输出电阻两端是否出现电压上升;
若是,将首次出现电压上升的时刻记录为电弧外部效应时刻。
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