开关机械特性试验原理

开关机械特性试验原理曾令诚;陈发广【摘要】系统讲解了开关机械特性原理及装置参数设置，简要分析了影响速度参数不合格的原因及相对应的措施，用旋转传感器代替直线型传感器测量速度参数，获得了误差在允许范围内的速度，为现场操作提供了一定的参考价值.【期刊名称】《云南电力技术》【年(卷)，期】2017(045)004【总页数】4页(P58-61)【关键词】机械特性试验;时间参数;速度参数;旋转传感器【作者】曾令诚;陈发广【作者单位】广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山528400;国网河南省电力公司焦作供电公司，河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TM74Abstract:ItexplainedtheswitchmechanicalpropertiesPrincipleandparametersettingmeanssystematically,andanalyzedthecausesandcorrespondingmeasuresonspeedparameterfailedbriefly.ItObtainedavelocityerrorwithinthepermissiblerange,usingtherotationsensortomeasurethespeedinsteadofthelinearsensor.Itprovidedsomereferencevalueforfieldoperations.Keywords:Mechanicalpropertiestest;Timeparameters;Speedparameters;Rotationsensor规程要求开关机械特性试验是开关日常维护检修的必测项目［1-2］。文献［3］具体分析了机械特性参数对断路器的具体影响及其意义。文献［4］阐述了根据机械特性参数结果诊断断路器内部故障。因此，机械特性参数具有重要的意义，其能够反映开关的灭弧与开断能力，从而提前诊断开关的健康程度，预防事故的发生。以下将从开关机械特性试验内容的定义、原理及实例分析等内容进行技术交流与分析。开关机械特性试验的内容主要包括时间参数的测量和速度参数的测量。时间参数有分、合闸时间，分合闸不同期，分-合时间，合-分时间，速度参数为分合闸速度。合闸时间、合闸不同期时间：如图1所示：开关合闸时间图［5］。该图反映了开关由分闸位置到合闸位置时三相动触头的运动情况，首先从合闸线圈回路带电开始，经一段时间后，三相动触头开始运动，由于三相动触头的差异性，到达静触头的时间有快有慢，当最快相的动触头运动到即将接触静触头时，此时由于电弧的存在，使得动、静触头虽未接触，仍有电流流过，该时刻为图1中的第一极中开始流过电流时刻。三相动触头继续运动，最快相的动触头首次接触静触头，该时刻为图1中的第一极中触头接触时刻。三相动触头继续运动，直至三相动触头全部接触静触头时，该时刻为图1中所有极触头接触时刻。三相动触头继续运动使其插入静触头中，并保证其有足够的插入深度，三相动触头停止运动。在以上动触头合闸过程中，定义合闸时间为：从合闸回路带电时刻起，到三相动触头所有极触头接触时刻止的时间间隔。如图1所示。定义合闸不同期时间为：从三相动触头中的第一极中触头接触时刻起，到三相动触头所有极触头接触时刻止的时间间隔。如图1所示。同理：根据文献［5］可得分闸时间的定义为：从分闸脱扣器带电时刻起，到三相动触头所有极触头均分离时刻止的时间间隔。分闸不同期时间为：从三相动触头第一极中触头分离时刻起，到三相动触头所有极触头均分离时刻止的时间间隔。从以上有关时间的定义可知：其均是从动、静触头机械上是否接触的角度进行定义，而并非从动、静触头是否有电流流过的角度进行定义的。如图2所示为动触头行程时间曲线，假定该曲线为已知，左半部为动触头合闸过程，右半部为动触头分闸过程。分合闸速度是在动触头行程时间曲线上取点计算出来的。因此它主要有以下两种情况：1）取某一区间段内的平均速度；2）取某一点的瞬时速度。1.2.1取某一区间段内的平均速度[6]1）取刚合点前若干mm行程内的平均速度为合闸速度，取刚分点后若干mm行程内的平均速度为分闸速度。如图中的△h2/At2，其中行程△h2为已知，时间△t2可通过行程时间曲线取点确定。如新东北110kVGIS开关速度定义为该情形。2）取刚合点前若干ms时间内的平均速度为合闸速度，取刚分点后若干ms内的平均速度为分闸速度。如图中的Ah2/&2，其中时间&2为已知，行程Ah2可通过行程时间曲线取点确定。如北开ZF19-252开关。3）取刚合点前后各若干mm行程内的平均速度为合闸速度，取刚分点前后各若干mm行程内的平均速度为分闸速度。如图中的（M2+M3）/（&2+&3）。其中行程已知，时间取点可得。4）取刚合点前后若干ms时间内平均速度为合闸速度，取刚分点前后各若干ms时间内的平均速度为分闸速度。其中时间已知，行程取点可得。5）取全行程任意若干mm行程内的平均速度。6）以全行程百分数定义的速度。1.2.2取某一点的瞬时速度1）取刚合点或刚分点的速度。2）取全行程的最大速度。瞬时速度的求取是在已知的行程时间曲线上取该点处一个采样周期内的平均速度近似计算所得。如图3所示，时间参数测量方法原理图中，开关三相断口、指示灯、低压直流电源构成了开关三相断口电流信号采集回路，在该低压回路中，无电弧的存在，因此开关三相断口电流信号能够反映出开关三相动静触头的接触情况。分、合闸线圈电流信号采集回路中，能够实时反映出分、合闸线圈的带电情况。与此同时，计算机数据采集模块同时对开关三相断口电流信号采集回路与分、合闸线圈电流信号回路进行实时采集并输出图4所示的示波图（以合闸时间为例）在图4开关合闸信号采集图中，A、B、C表示采集到的开关三相断口电流信号，低电平表示分闸位置，高电平表示合闸位置。同时，采集线圈的电流信号。根据合闸时间的定义，可得合闸时间为图4中ac段的时间间隔，合闸不同期为图4中bc段的时间间隔。即计算可得下式。其中，式中t合闸为合闸时间，t合闸不同期为合闸不同期时间，T为装置的一个采样周期，n为采样周期的个数。同理根据开关分闸信号采集图可计算出分闸时间与分闸不同期时间。有1.2速度的定义可知，速度是在已知的动触头行程时间曲线上取点计算出来的，因此速度测量的关键是如何求取出动触头的行程时间曲线。在现场的速度测量中，使用较多的是旋转电位式传感器，其一般装设在开关的旋转主轴上。其原理相当于如图5所示的一个旋转式滑动变阻器［7］，根据分压原理可得下式。式中a表示滑动电刷实际转过的角度；amax表示滑动电刷能转过的最大角度；Ua表示滑动电刷转过角度为a时对应的输出电压值；Umax表示能输出的最大电压值；k表示一已知数。由于a角度行程是关于时间t的函数。即a=a（t），将其代入（3）式，可得：上式反映了传感器输出电压一时间关系。即根据开关动触头运动特性，可以得出安装在开关旋转主轴上的传感器的输出电压一时间关系。由于上述所得的传感器输出电压一时间关系只反映了传感器装设位置处的输出特性，而未反映出动触头的行程一时间关系，因此需将传感器输出的电压一时间曲线转换成动触头的行程一时间曲线。它们的转换关系与传感器装设位置、开关操作机构型号有关，一般由非线性转换关系和线性转换关系两种。以ZF19-252开关为例，进行机械特性试验测试。其操作机构为CTB-1型，如图7所示［8］。如图6所示，在开关旋转主轴上安装旋转传感器，此时，可简化成图7所示的模型。原点为旋转传感器安装位置。拐臂、拉杆、动触头形成三连杆机构。根据现场经验，旋转主轴转过的角度不大，可近似将旋转主轴转过的角度与动触头走过的总行程看着成正比例关系。即h=l*a;其中h为动触头运动总行程；l为比例系数，为未知常数；a为旋转主轴转过的角度。由于a角度行程是关于时间t的函数。即a=a（t），可得：，即可求出l值。其中hmax为动触头行程，其值有厂家出厂时给出°amax为开关由分闸位置到合闸位置旋转主轴转过的角度值，可由旋转传感器测量求取。具体测量求取步骤如下：1）将汉迪开关特性仪（GKC433）按说明书连好一、二次接线。2）将旋转传感器安装在ZF19-252开关的旋转主轴上，并调整好其初始位置在中间位置。3）测试参数设置。将〃行程类型”设置成“测量型”；“传感器长”设定为“345mm”（旋转传感器能转过的最大角度）。其他参数按开关实际参数输入设定。如此可测量出旋转主轴由分闸位置到合闸位置所转过的实际角度行程，即amax值的大小［9］。（5）式即反映出了动触头行程一时间关系。通过该式可模拟出1.2节中的动触头行程一时间曲线。结合速度的定义及求取方法即可求取出所需的速度参数。若能测量出主轴拐臂由分闸位置到合闸位置时，旋转传感器转过的角度以及此时动触头走过的总行程。此时有其中M为旋转传感器能转过的最大角度；V1为开关在分闸位置时旋转传感器输出的电压；V2为开关在合闸位置时旋转传感器输出的电压；V为传感器使用的电源电压，为5V。4）重新设置参数，对时间、速度参数进行测量。〃行程类型”设置〃输入型”；〃开关行程”输入厂家给定的开关实际行程；选择〃速度定义”并设置好速度参数（合前分后各10ms）；设置〃非线性转换”选择〃非线性转换二”，如图8所示。输入标准角度，即为第3）步骤求取出的amax值；输入标准行程，即为厂家给出的开关行程值。5）按以上步骤设置完好后，进行分合闸测试，得出测试结果。6）筛选合格数据。影响速度参数的因素有很多，其中，机械振动、参数设置是影响速度参数不合格的重要原因。因此在现场操作中，务必将传感器固定牢固，紧固架应安装在振动小的地方；传感器的初始位置应调整在合适位置；厂家给出的触头行程是一个区间范围，因此在参数设置时，标准行程也可在这一区间范围内取值多次测量。经现场分析，测试结果满足要求，测试方法有效。7）机械特性参数不合格时的处理。当时间参数不合格时，对于该型号的开关可调节分合闸线圈撞针的距离（调节分合闸线圈前后4颗限位螺丝）；当速度参数不合格时，对于弹簧机构，调节弹簧压缩量；对于液压机构，可加减液压油含量，或调整节流阀。本文通过对开关机械特性试验的原理、步骤进行了简要分析，通过案例分析了利用旋转传感器代替直线型传感器测量分合闸速度的原理及步骤，并论证了其测量结果的正确性。本文为开关机械特性试验提供了理论依据，以及为变检人员现场操作提供了一定的参考价值，能为开关的健康稳定运行保驾护航。【相关文献】Q/CSG1206002-2015电力设备检修规程[S].Q/CSG114002-2011电力设备预防性试验规程[S].吴国兴；邹建伟论高压断路器速度与时间的