高压开关机械特性测试仪讲义全

高压开关机械特性测试仪讲义

高压开关是指能开断、关合、承载运行线路的正常电流，并能在规定时间承载、关合、开断规定的异常电流（如短路电流）的电器设备。高压开关（也称高压断路器）是指额定电压为3KV及以上主要用于开断或关合电路的高压电器。高压开关的主要功能是：

1、在关合状态时应为良好的导体，不仅对正常电流而且对规定的短路电流也应能承受其发热和电动力的作用；

2、对地及断口间具有良好的绝缘性能；

3、在关合状态的任何时刻，应能在不发生危险过电压的条件下，在尽可能短的时间开断额定短路电流以下的电流；

4、在开断状态的任何时刻，应能在断路器触头不发生熔焊的条件下，在短时间安全地关合规定的短路电流。

由于高压开关在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，其性能的优劣直接关系到电力系统的安全运行。所以，高压开关的机械特性参数是判断高压开关性能的重要参数之一，高压开关机械特性参数测量是一项很重要的试验项目，它是保证高压开关的主要参数在正常工作时满足高压开关标准的要求。高压开关机械特性参数测量包括动作时间、速度参量、开关行程、和动作电压等测试项目。

第一节测试方法的分类

一、高压开关时间参量测试的方法

1、用电秒表测量时间

电秒表具有测量简单、使用方便等优点。但是电秒表难以准确测

量相间或断口间不同期性，所以己逐渐被取代。

2、光线示波器测量时间

使用光线示波器可以测量高压开关分、合闸时间，同期差及分、合闸电磁铁的动作情况。这种方法具有测量准确、直观，且能同时测量多个时间参量等优点。

由于光线示波器时标围宽、精度高，且能直观反映出断路器在动作过程中有关参量的变化情况，因此，过去一直是测量高压开关机械特性的主要方法。

3、高压开关机械特性测试仪

这是一类随着电子技术的发展，应用计算机测量技术解决高压开关机械动作各参数的测量仪器，到目前为止高压开关机械特性测试仪已广泛应用于现场试验工作中。

二、高压开关速度参量测试的方法

高压开关的速度参量以其分、合闸速度来表示。由于高压开关在运动过程中每一时刻的速度是不同的，一般所关心的是刚分、刚合速度和最大速度。根据定义要求，测量高压开关运动特性的方法共分为3类：

1、电磁振荡器测速法

电磁振荡器测速原理如图1所示。

运动纸板通测速杆与动触头连接。当振荡电磁铁线圈子中通入

50Hz交流电时，振动笔以100次/s的频率振动，在运动的纸板上绘出周期为0.01s的振荡波形。纸板上波形长度就是触头总行程，行程

间对应的周波数，就是触头总运动时间。在触头运动过程中，由于每相邻波峰间时间间隔为0.01s，振动曲线最大波峰间的厘米数就是触头的最大速度值V max。刚分（合）点位置的确定如图2所示。

图1节电磁振荡器测速原理示意图

1-运动纸板；2-振动笔；3-衔铁；4-振动簧片；5-线圈；

A-刚分、刚合点

在振荡波形图上，首先要分清楚分（合）闸曲线的两个端头中哪一端是分闸位置S1，哪一端是合闸位置S2，然后以合闸位置S2为起始点，向分闸方向量取一段等于断路器超行程值的长度S0，以这一线段终点位置为动静触头刚分（合）时刻。按国家标准规定，取触头分离后（接触前）10ms的速度为刚分（合）速度，所以视超行程终点落在曲线的什么相位，再取同相位的一个波长，即为所求刚分速度V F或刚合速度V H。

图2 振荡器测速波形图

(a)分闸速度曲线；(b)合闸速度曲线

2、转鼓式、电位器式测速法

转鼓式测速仪是以连接在动触头系统上的记录笔，沿以恒定角速度转动的转筒上所画的曲线来反映其运动情况的。而电位器式测速仪则是以其滑动触点在电阻杆上的不同位置所反映的电压值来测量断路器的动作状况。这两种测量方法能直观判断高压开关触头在整个运动过程中有无卡涩和缓冲不良等异常现象，能够粗略测出高压开关的固有分、合闸时间，速度测量精度较高。这两种方法较为简单，缺点是较为笨重，功能单一。

3、线性传感器测速法

这种方法的原理是：用一定分辨率的测量尺和开关的动触头连接，在开关一次分（或合）过程中将动触头的运动转化为测量尺的运动，从而绘制出一幅动触头全运动过程的S-t曲线。利用曲线中的坐

标参数，仪器就可以根据速度定义自动计算出对应速度（包括动触头的行程）。

线性传感器根据采用的介质不同，可分为光电传感器和线性电阻式传感器，二者均可以在一次运动的过程中采样线性的S-t曲线。前者是采用行程变化一定距离，便产生一定数量的光信号脉冲，通过采样和计算光信号脉冲的个数和正反方向，就可以精确采样动触头全运动过程的S-t曲线。后者基本同理，只不过是将行程的变化，转变成电阻的变化并加以测量计算而已。

线性传感器根据使用场合的不同，还可分为直线传感器和转角传感器。直线传感器是直接采样直线行程的S-t曲线，一般使用于动触头较容易直接引出，并连接到传感器上的开关类型，一般有油开关和真空开关。后者是采样角度行程的Ф-t曲线，再通过角度和直线的一定换算公式，绘制出S-t曲线，一般使用于动触头为全封闭结构，无法直接测量直线行程，但可以测量角度行程，并可以推算出直线和角度之间近似线性的换算公式的开关类型，一般多为六氟化硫开关。

4、万能传感器测速法

万能传感器也就是加速度传感器,加速度传感器采集的是动触头运动时的加速度信号，需对其进行一系列数学运算，最终得到所需的时间-行程特性曲线。加速度传感器是安装在操作机构的提升杆或水平拉杆上，它只有运动部分，无静止部分。

第二节高压开关机械特性测试仪工作原理对高压开关主要参数进行测量,以往采用继电器组合控制电路和

光线示波器,存在精度低,易烧毁继电器的弊病.高压开关机械特性测试仪是新一代操作测量仪器,该类测试仪以性单片机为核心,采用测速器测量速度,霍尔电流传感器测量操作线圈电流,具有操作安全,测量准确,性能稳定的特点。机构组成由单片机、采样/保持电路、定时器、测量速度和电流模拟信号。由定时器测量断口的分合时间。

高压开关机械特性测试仪工作原理:先将200V交流电源接入，给主控制器CPU供电，主控制器通电后，控制光屏显示器、直流整流电路、分合闸输出电源、速度控制器和弹跳计数电路及分合闸计数电路，时间基准控制弹跳计数电路及分合闸计数电路，同时将基准时间输入主控制器。电源输出信号采样电路将分合闸输出电源信号送回到主控制器，通过信号采样电路将时间端口信号和外部触发信号送回到主控制器，速度控制器将速度端口信号通过速度采样电路将速度信号送回到主控制器。高压开关机械特性测试仪通用工作原理图见图3。