一种断路器燃弧起始时间检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种断路器燃弧起始时间检测系统，包括两个电磁波信号采集装置，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器。本发明通过合理布局天线并比较电磁波到达天线的时间差即可确定燃弧起始时间对应的相别，简单易行，测量精度高，并且与系统无电气连接，安全可靠，同时还能够区分出断路器A相、B相和C相中哪一项首先出现电弧。
【专利说明】一种断路器燃弧起始时间检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于变电领域的测量系统和测量方法，尤其涉及一种断路器燃弧起始时间检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002]断路器是电网中数量最为庞大的电力设备，发挥着控制和保护作用。一旦断路器发生故障，将直接导致电网事故，还可能导致现有事故的扩大，给国民经济和社会稳定带来巨大的负面影响。
[0003]开断时间是反映断路器开断过程的一项重要参数，指的是断路器接到分闸指令瞬间起到所有各相中电弧最终熄灭的时间间隔，包括分闸时间和燃弧时间两部分，其中燃弧时间是标志断路器熄弧能力的重要参数。开断时间分为分闸时间和燃弧时间，分闸时间为断路器接到分闸指令瞬间起到所有相中弧触头分离瞬间的时间间隔。燃弧时间则为某相中首先起弧瞬间起到各相中电弧最终熄灭的时间间隔，而电弧的熄灭时间通常是在电流的过零点处，可以通过测量系统电流获得，因此燃弧时间准确测量的关键在于确定断路器的燃弧起始时间。
[0004]传统的燃弧时间测量主要通过测量开断电流，利用电流传感器获取系统电流，由于起弧后电流不再呈现正弦分布，可以对电流波形进行分析从而确定燃弧时间。此方法存在的主要问题为:1)需要从CT处采集电流信号，与系统存在直接的电气连接，存在安全隐患；2) CT的响应时间会对测量结果产生影响。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种断路器燃弧起始时间检测系统及检测方法，能够快速准确的检测到断路器燃弧起始时间及对应相别，简单易行，测量精度高，并且与系统无电气连
接，安全可靠。
[0006]本发明采用下述技术方案:
一种断路器燃弧起始时间检测系统，包括两个电磁波信号采集装置，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器。
[0007]还包括第三电磁波信号采集装置，第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离相同，第三电磁波信号采集装置的信号输出端连接示波器。
[0008]所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。
[0009]所述的信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器。[0010]所述的天线采用平面等角螺旋射频天线。
[0011]所述的天线中心检测频率高于500MHz ;示波器采集通道不少于电磁波信号采集装置的数量，示波器采样率不低于2GHz，示波器在2GHz采样率下扫描时间不低于20mS。
[0012]一种利用权利要求1所述断路器燃弧起始时间检测系统进行断路器燃弧起始时间检测方法，包括以下步骤:
A:分别设置两个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时因产生开关电弧而激发出的射频电磁波，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；然后将两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器；
B:利用示波器接收第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置所采集到的信号，并判断示波器所接收到的信号的先后顺序，若首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到的信号为第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置同时发送的信号，则判断断路器B相首先出现电弧。
[0013]所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。
[0014]一种利用权利要求2所述断路器燃弧起始时间检测系统进行断路器燃弧起始时间检测方法，包括以下步骤:
a:分别设置三个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时因产生开关电弧而激发出的射频电磁波，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离、第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离以及第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离均相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；然后将三个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器；
b:利用示波器接收第一电磁波信号采集装置、第二电磁波信号采集装置和第三所采集到的信号，并判断示波器所接收到的信号的先后顺序，若首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到第三电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器B相首先出现电弧。
[0015]所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。
[0016]本发明通过两个或三个处于不同位置的电磁波信号采集装置接收断路器开断时发出的电磁波信号，然后使用示波器对电磁波信号采集装置输出的信号进行处理分析，最后利用示波器接收到信号的时间及不同天线接收到信号的时间差来确定断路器燃弧起始时间及对应相别。由于电磁波信号采集装置处于不同位置，距离断路器各相的距离不同，燃弧发出的电磁波信号到达各天线的时间也不同，因此通过合理布局天线和比较电磁波到达天线的时间差即可确定燃弧起始时间对应的相别，简单易行，测量精度高，并且与系统无电气连接，安全可靠，同时还能够区分出断路器A相、B相和C相中哪一项首先出现电弧。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明所述断路器燃弧起始时间检测系统的原理框图；
图2为实施例1中断路器燃弧起始时间检测系统的放置位置示意图；
图3为实施例1中示波器所接收到的电磁波信号示意图；
图4为实施例2中断路器燃弧起始时间检测系统的放置位置示意图；
图5为本发明所述利用两个电磁波信号采集装置进行断路器燃弧起始时间检测方法的流程图；
图6为本发明所述利用三个电磁波信号采集装置进行断路器燃弧起始时间检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本发明所述的断路器燃弧起始时间检测系统包括两个电磁波信号采集装置，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器。为了简化检测方法，本发明还可增加第三电磁波信号采集装置，第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离相同，第三电磁波信号采集装置的信号输出端连接示波器。
[0019]本发明所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。天线用于采集断路器开断时产生的开关电弧所激发出的射频电磁波，并将采集到的信号转换成为电压信号后发送至信号调理放大模块。为了保证采集效果，天线采用平面等角螺旋射频天线，平面等角螺旋射频天线的中心检测频率高于500MHz，优选为500MHz-2GHz，可以避开变电站的电晕等干扰，并保证能够捕捉到较广范围内的信号。信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器，用于对射频天线所采集到的信号进行滤波和放大处理，消除在变电站内射频天线接所采集到的电磁波干扰信号，同时放大断路器开断时开关电弧产生的电磁波信号，提高信噪比。模数转换模块用于将信号调理放大模块发送的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送至示波器进行处理。示波器采集通道不少于电磁波信号采集装置的数量，示波器采样率不低于2GHz，示波器在2GHz采样率下扫描时间不低于20mS。
[0020]以下结合具体实施例对本发明中选用两个和三个电磁波信号采集装置的情况进行进一步说明。
[0021]实施例1
如图2所示，本实施例中，断路器燃弧起始时间检测系统包括两个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时产生的开关电弧所激发出的射频电磁波。第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同。使用过程中，在断路器开断时，断路器A相、B相和C相中产生的开关电弧将激发出射频电磁波，两个电磁波信号采集装置可准确采集到上述射频电磁波，再经处理后发送至示波器。断路器A相、B相和C相中各相间燃弧时间差属于ms量级，而燃弧电磁波脉冲属于ns量级，因此示波器所接收到的电磁波信号如图3所示。其中，脉冲群间的时间差属于ms量级，而脉冲群内第一电磁波信号采集装置与第二电磁波信号采集装置采集到的脉冲的时间差属于ns量级。示波器所接收到的电磁波信号中各脉冲群发生的时间即为断路器的燃弧起始时刻，其对应的断路器相别能够根据天线I与天线2脉冲的时间差来确定。
[0022]若示波器首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，由于第一电磁波信号采集装置距离断路器A相最近，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，由于第二电磁波信号采集装置距离断路器C相最近，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到的信号为第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置同时发送的信号，由于第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置距离断路器B相距离相同，则判断断路器B相首先出现电弧。
[0023]实施例2
如图4所示，本实施例中，断路器燃弧起始时间检测系统包括三个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时产生的开关电弧所激发出的射频电磁波。第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离、第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离以及第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离均相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同。使用过程中，在断路器开断时，断路器A相、B相和C相中产生的开关电弧将激发出射频电磁波，三个电磁波信号采集装置可准确采集到上述射频电磁波，再经处理后发送至示波器。断路器A相、B相和C相中各相间燃弧时间差属于ms量级，而燃弧电磁波脉冲属于ns量级，因此示波器所接收到的电磁波信号中脉冲群间的时间差属于ms量级,而脉冲群内第一电磁波信号米集装置与第二电磁波信号采集装置脉冲的时间差属于ns量级。与实施例1同理，示波器所接收到的电磁波信号中各脉冲群发生的时间即为断路器的燃弧起始时刻，其对应的断路器相别能够根据天线I与天线2脉冲的时间差来确定。
[0024]若示波器首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，由于第一电磁波信号采集装置距离断路器A相最近，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，由于第二电磁波信号采集装置距离断路器C相最近，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到第三电磁波信号采集装置发送的信号，由于第三电磁波信号采集装置距离断路器B相最近，则判断断路器B相首先出现电弧。
[0025]本发明首先通过两个或三个处于不同位置的电磁波信号采集装置接收断路器开断时发出的电磁波信号，然后使用示波器对电磁波信号采集装置输出的信号进行处理分析，最后利用示波器接收到信号的时间及不同天线接收到信号的时间差来确定断路器燃弧起始时间及对应相别。由于电磁波信号采集装置处于不同位置，距离断路器各相的距离不同，燃弧发出的电磁波信号到达各天线的时间也不同，因此通过合理布局天线和比较电磁波到达天线的时间差即可确定燃弧起始时间对应的相别，简单易行，测量精度高，并且与系统无电气连接，安全可靠，同时还能够区分出断路器A相、B相和C相中哪一项首先出现电弧。[0026]本发明所述两种断路器燃弧起始时间的检测方法，分别为如图5所述的利用两个电磁波信号采集装置进行断路器燃弧起始时间的检测方法，以及如图6所示的利用三个电磁波信号采集装置进行断路器燃弧起始时间的检测方法，在上文实施例1和实施例2中的相关叙述已有详细说明，在此不再赘述。
【权利要求】
1.一种断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:包括两个电磁波信号采集装置，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器。
2.根据权利要求1所述的断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:还包括第三电磁波信号采集装置，第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离相同，第三电磁波信号采集装置的信号输出端连接示波器。
3.根据权利要求1或2所述的断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。
4.根据权利要求3所述的断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:所述的信号调理放大模块包括信号调理器和功率放大器。
5.根据权利要求4所述的断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:所述的天线采用平面等角螺旋射频天线。
6.根据权利要求5所述的断路器燃弧起始时间检测系统，其特征在于:所述的天线中心检测频率高于500MHz ;示波器采集通道不少于电磁波信号采集装置的数量，示波器采样率不低于2GHz，示波器在2GHz采样率下扫描时间不低于20mS。
7.一种利用权利要求1所述断路器燃弧起始时间检测系统进行断路器燃弧起始时间检测方法，其特征在于，包括以下步骤: A:分别设置两个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时因产生开关电弧而激发出的射频电磁波，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；然后将两个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器； B:利用示波器接收第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置所采集到的信号，并判断示波器所接收到的信号的先后顺序，若首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到的信号为第一电磁波信号采集装置和第二电磁波信号采集装置同时发送的信号，则判断断路器B相首先出现电弧。
8.根据权利要求7所述的断路器燃弧起始时间检测方法，其特征在于:所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信号输出端连接示波器。
9.一种利用权利要求2所述断路器燃弧起始时间检测系统进行断路器燃弧起始时间检测方法，其特征在于，包括以下步骤: a:分别设置三个电磁波信号采集装置，用于采集断路器在开断时因产生开关电弧而激发出的射频电磁波，第一电磁波信号采集装置与断路器A相的距离、第二电磁波信号采集装置与断路器C相的距离以及第三电磁波信号采集装置与断路器B相的距离均相同，第一电磁波信号采集装置与断路器B相的距离和第二电磁波信号采集装置与断路器B相的距离相同；然后将三个电磁波信号采集装置的信号输出端分别连接示波器； b:利用示波器接收第一电磁波信号采集装置、第二电磁波信号采集装置和第三所采集到的信号，并判断示波器所接收到的信号的先后顺序，若首先接收到第一电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器A相首先出现电弧；若首先接收到第二电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器C相首先出现电弧；若首先接收到第三电磁波信号采集装置发送的信号，则判断断路器B相首先出现电弧。
10.根据权利要求9所述的断路器燃弧起始时间检测方法，其特征在于:所述的电磁波信号采集装置包括天线、信号调理放大模块和模数转换模块，天线的信号输出端连接信号调理放大模块的信号输入端，信号调理放大模块的信号输出端连接模数转换模块的信号输入端，模数转换模块的信 号输出端连接示波器。
【文档编号】G01R31/327GK103954911SQ201410183698
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】黄兴泉, 王伟, 张欲晓, 彭博, 郭琳 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 华北电力大学