[发明专利]电路断路器断续器行程曲线估算

说明书

技术领域

下文总体上涉及确定用于高压电路断路器的电路断路器断续器触头的行程曲线，并且更具体地涉及估算一个或多个行程曲线，而在经由触头行程传感器断开和/或闭合的断路器操作期间进行或者不进行实际触头行程距离的测量。

背景技术

高压电路断路器的基于状态的维护已通过将微处理器控制的在线状态监测设备和传感器与高压电路断路器向结合来实现。通常，传感器/设备被配置为测量用于计算表示电路断路器健康的关键参数的信息。这样的传感器的一个示例是触头行程传感器。这种传感器能够在断路器触头的位置从断开位置移位到闭合位置是跟踪它们的位置，并且反之亦然，其分辨率为约0.1-1.0mm(毫米)并且采样周期通常为0.1-0.3ms(毫秒)的。

触头位置随着时间的图形表示被称为行程曲线。行程曲线在采集时间周期(例如，大约150ms)上记录。在该时间周期期间捕获的操作的类型和序列是闭合(C)、断开(O)、以及闭合/断开(C-O)。断开操作被称为“跳闸”操作。更复杂的序列，如打开/关闭/打开(C-O-C)，可以用较长的采集时间周期捕获或在两个或更多的不连续的时间周期上捕获。

一旦记录了行程曲线，可以从其获得重要的参数。这些参数包括但不限于：超程，其是超过设计的结束位置临时行进的的距离；回弹，其是由于超程而远离设计的结束位置的临时行进的的距离；总行程，其是在距结束位置最远的点和距开始位置最远的点之间行进的距离；反应时间，其是从操作的启动直到触头开始移动的时间；触头速度，其是连接由制造商指定的行程曲线上的两个点的直线的斜率；以及机械时间，其是从操作启动直到触头位置达到触头接合或分开的接触位置的时间。

设计为造成或断开各种幅值的电流的电路断路器的组件被称为断续器。在电路断路器的使用期限期间，其断续器受到磨损。该磨损在电弧周期期间累积，电弧周期即断开或闭合操作期间的周期，其中触头被间隙物理分开并且该间隙被电弧用桥连接。电弧用桥连接设计用于这一目的并且被称为电弧触头的触头的专用集。存在用于通过测量流过电路断路器的电流来计算或至少近似断续器的磨损的各种方法。这些方法有时被称为断续器磨损算法。

除了断路器电流，断续器磨损算法必须具有当在断开操作期间电弧触头分开或在闭合操作期间电弧触头接合的时间点的知识。该知识可能来自监测机械连接至断路器触头并且在电弧触头分开或接合的同时闭合和断开的辅助开关。这种辅助开关的示例包括但不限于，A和B开关。A开关在闭合操作期间在触头已经朝着其结束位置行进了大约70％之后闭合，并且B开关在闭合操作期间在触头已经朝着其结束位置行进了大约30％之后断开。精确值是由断路器和模型决定的。在断开操作期间A开关断开并且B开关闭合。辅助开关的典型用法是针对断路器触头的控制方案以及远程指示。由于后者的功能是操作高压电路断路器的基础，断路器都配备了辅助开关作为标准组件。

除了断续器磨损计算，典型的在线状态监测设备使用辅助开关以监测断路器的定时。然而，不是获得诸如反应时间或触头速度等参数，而是它们简单地监测辅助开关在指定时间范围内是否闭合或断开。可替换地，如果使用行程传感器，则电弧触头接合或分开的时间可以通过寻找行程曲线上相对应的点获得。行程传感器的使用也使更复杂的断续器磨损算法成为可能。不仅可以确定电弧触头接合或分开的时间，也可以确定断续器的其它部分(诸如喷嘴)遭受电弧作用的时间，因为时间是触头位置的函数。

不仅在线状态监测器采用行程测量。行程测量也用作在工厂测试、调试、年度(或其它基于时间的)维修期间离线测量中的一部分。由于它的使用在电力工业中普遍存在，除了可以从行程曲线中获取的重要参数以外，以它自身的行程曲线形式的图形表示也对用户具有价值。

不幸的是，用于在线状态监测的行程传感器的使用带来了各种技术和经济挑战。虽然各种旋转和线性位置编码器是有商品化的，但在高压断路器上它们的成功安装时不容易的。也就是说，用于离线行程传感器的安装位置通常不能够被使用，因为这些位置不能不受天气影响。不受天气影响的位置通常不具有易接近的机械装置的部分，其适合拾起线性或旋转运动，特别是与将要测量的触头行程成比例或至少明确连接至将要测量的触头行程的运动。