專利名稱：斷路器燃弧時間感應器及斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力設備檢測裝置，特別涉及一種斷路器燃弧時間感應器及斷路 器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
斷路器是電力系統(tǒng)中的安全衛(wèi)士，在系統(tǒng)中起著控制和保護雙重作用。伴隨著電 器智能化和檢修體制的轉變，斷路器的檢修體制正由計劃性檢修向狀態(tài)檢修發(fā)展。斷路器 觸頭系統(tǒng)的狀況關系到斷路器分斷和關合短路電流的性能。從累計電磨損的角度講，在其 他條件一定時，斷路器的電磨損主要決定于電弧能量，因此目前多采用累計開斷電流或累 計電弧能量的方法來評估觸頭的電磨損(電壽命)。上述方法能夠反映斷路器電磨損的狀 況和發(fā)展趨勢，但是首先要解決兩個問題①電流的采集問題；②起弧時刻和燃弧時間的 確定。關于第①個問題主要受電流互感器飽和特性的影響需要進行復雜的信號處理以恢復 原始的電流信號特征，隨著電子和光電式電流互感器的發(fā)展該問題已得到較好的解決。至 于第②個問題，以往采用輔助觸頭作為燃弧起始點信號，但是輔助觸頭分散性很大，與燃弧 起始點并不同步，由此給監(jiān)控系統(tǒng)主機所帶來的計算和分析誤差很大，難以保證檢測精度 要求，一般輔助觸頭只能作為參考信號。由此可見，設計出一種能夠精確的確定斷路器開斷 過程中的起弧時刻和燃弧持續(xù)時間的檢測設備，是確保斷路器電壽命在線監(jiān)測和綜合評判 準確性的前提條件。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種斷路器燃弧時間感應器及斷路器電 壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，它能夠精確地確定斷路器開斷過程中的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時 間，以確保斷路器電壽命在線監(jiān)測和綜合評判準確性。本實用新型所設計的斷路器燃弧時間感應器，主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼 體內的電磁屏蔽層、磁芯和金屬感應線圈構成；電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的 內側，柱形的磁芯位于絕緣殼體的中心，金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，金屬感應 線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸出端。根據(jù)電磁感應原理，采用非介入方式，將 斷路器燃弧時間感應器安放在斷路器滅弧室附近，便能夠準確的檢測出斷路器分閘時的空 間電磁場的變化，通過電磁場的變化獲知斷路器的起弧時刻和燃弧持續(xù)時間。上述方案所述磁芯和金屬感應線圈最好縱向設置在絕緣殼體內，以利于本實用新 型的信號的獲取。特別的，當本實用新型的絕緣殼體為柱形時，所述磁芯和金屬感應線圈的 軸線最好位于絕緣殼體的中軸線處，并與絕緣殼體的前端面相垂直。上述方案所述絕緣殼體的內部空腔中最好還澆注有環(huán)氧樹脂，以實現(xiàn)更好的電氣 絕緣效果。為了減少信號間的相互干擾，上述方案所述絕緣殼體后端面的外側最好還設有一 個同軸電纜接頭，兩個輸出端的其中一個輸出端與同軸電纜接頭的芯線連接，作為信號輸出線端；另一個輸出端與同軸電纜接頭的金屬殼連接，作為信號參考接地端。本實用新型所設計的斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、以及電力 系統(tǒng)各相線路所接的電流互感器和斷路器，上述電流互感器的輸出接口經由二次電流傳送 器和調理電路連接至監(jiān)控系統(tǒng)主機，其不同之處是每相線路所接斷路器處均設有一斷路器 燃弧時間感應器，該斷路器燃弧時間感應器主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁 屏蔽層、磁芯和金屬感應線圈構成；電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的內側，柱形的 磁芯位于絕緣殼體的中心，金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，金屬感應線圈的兩端 分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸出端；上述斷路器燃弧時間感應器設置在斷路器滅弧室的 附近，其前端與所測觸頭相對，斷路器燃弧時間感應器的輸出端連接至監(jiān)控系統(tǒng)主機。為了濾除干擾信號，使檢測結果更加精確，本實用新型所述斷路器燃弧時間感應 器最好經由一信號調理單元與監(jiān)控系統(tǒng)主機連接。該信號調理單元包括順次連接的放大電 路、隔離電路、濾波電路、整形電路以及驅動輸出電路。本實用新型所述的斷路器燃弧時間感應器上可以設置光纖通信接口或者無線通 信接口。斷路器燃弧時間感應器的輸出可作為斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)的輸入，用于指 示各相的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間，也可以用于其他需要探測斷路器分斷電弧起始燃 弧時刻和燃弧持續(xù)時間的場合。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，優(yōu)點在于1.與斷路器本體沒有任何電氣聯(lián)系，對斷路器本體沒有任何影響，安全隔離性能 好；2.能靈敏、準確檢測到所處檢測點的磁場變化，斷路器燃弧時間感應器與起始燃 弧時刻能夠嚴格同步，從而能夠精確的檢測出斷路器的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間3、通過電磁屏蔽、安裝位置和方向的調整，使其對特定電磁場信號具有選擇性和 敏感性，從而能夠實現(xiàn)三相起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間的獨立檢測；4.信號調理單元將所獲得的信號進行放大、隔直、濾波和整形環(huán)節(jié)提取空間電磁 場變化特征，使檢測結構更精確；5、通過光纖或無線方式將位于不同處的斷路器的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間 信號量發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)主機，結構簡單，絕緣成本低，可靠性強。

圖1為一種斷路器燃弧時間感應器的結構示意圖；圖2為一種斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。圖中標示1、斷路器燃弧時間感應器；11、絕緣殼體；12、電磁屏蔽層；13、磁芯； 14、金屬感應線圈；15、環(huán)氧樹脂；16、輸出端；17、同軸電纜接頭；2、滅弧室；3、支撐板；4、
信號調理單元。
具體實施方式
本實用新型一種斷路器燃弧時間感應器如圖1所示，采用電磁感應原理，主要由 絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁屏蔽層、磁芯和金屬感應線圈構成。柱形的磁芯位 于絕緣殼體的中心，用于提高斷路器燃弧時間感應器對電磁場變化和拾取的靈敏度。金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，是斷路器燃弧時間感應器探測電弧起始燃弧時刻和燃 弧時間的主要功能組成部件，用于接收和識別分斷電弧引起的空間電磁場變化特征。金屬 感應線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸出端。為了減少信號間的相互干擾，本實 用新型斷路器燃弧時間感應器的輸出端采用同軸電纜接頭作為其輸出接口形式，即在絕緣 殼體后端面的外側設有一個同軸電纜接頭，兩個輸出端的其中一個與同軸電纜接頭的芯線 連接，作為信號輸出線端；另一個輸出端與同軸電纜接頭的金屬殼連接，作為信號參考接地 端。電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的內側，其作用是使斷路器燃弧時間感應器對 電磁場信號量的探測具有方向性和選擇性，防止三相斷路器各相之間的相互干擾而影響測 量結果。為了更好的對斷路器的各相電磁場信號進行選擇和獲取，磁芯和金屬感應線圈最 好縱向設置在絕緣殼體內。在本實用新型優(yōu)選實施中，所述絕緣殼體為柱形，其殼體的前 端面和后端面為兩個相互平行的平面，磁芯和金屬感應線圈的軸線位于絕緣殼體的中軸線 處，并與絕緣殼體的前端面相垂直。此外，絕緣殼體的內部空腔中還澆注有環(huán)氧樹脂，以實 現(xiàn)更好的電氣絕緣效果。 采用上述斷路器燃弧時間感應器所構成的一種斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖2 所示，主要由監(jiān)控系統(tǒng)主機、電力系統(tǒng)各相線路所接的電流互感器和斷路器、以及設于每相 線路所接斷路器處的斷路器燃弧時間感應器構成。上述電力系統(tǒng)中的電流互感器用于測量 負荷電流和短路電流，起到計量和保護的作用，其輸出接口輸出的標準5A電流信號經由二 次電流傳送器和相應的調理電路后送至監(jiān)控系統(tǒng)主機。斷路器燃弧時間感應器設置在斷路 器滅弧室的附近，其前端與所測觸頭相對，斷路器燃弧時間感應器的輸出端連接至監(jiān)控系 統(tǒng)主機，用于采集所測相線路所接斷路器觸頭的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間。斷路器燃 弧時間感應器采用電磁感應原理，主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁屏蔽層、 磁芯和金屬感應線圈構成。柱形的磁芯位于絕緣殼體的中心，用于提高斷路器燃弧時間感 應器對電磁場變化和拾取的靈敏度。金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，是斷路器燃 弧時間感應器探測電弧起始燃弧時刻和燃弧時間的主要功能組成部件，用于接收和識別分 斷電弧引起的空間電磁場變化特征。金屬感應線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸 出端。為了減少信號間的相互干擾，本實用新型斷路器燃弧時間感應器的輸出端采用同軸 電纜接頭作為其輸出接口形式，即在絕緣殼體后端面的外側設有一個同軸電纜接頭，兩個 輸出端的其中一個與同軸電纜接頭的芯線連接，作為信號輸出線端；另一個輸出端與同軸 電纜接頭的金屬殼連接，作為信號參考接地端。電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的 內側，其作用是使斷路器燃弧時間感應器對電磁場信號量的探測具有方向性和選擇性，防 止三相斷路器各相之間的相互干擾而影響測量結果。為了更好的對斷路器的各相電磁場信 號進行選擇和獲取，磁芯和金屬感應線圈最好縱向設置在絕緣殼體內。在本實用新型優(yōu)選 實施中，所述絕緣殼體為柱形，其殼體的前端面和后端面為兩個相互平行的平面，磁芯和金 屬感應線圈的軸線位于絕緣殼體的中軸線處，并與絕緣殼體的前端面相垂直。此外，絕緣殼 體的內部空腔中還澆注有環(huán)氧樹脂，以實現(xiàn)更好的電氣絕緣效果。斷路器電壽命在線監(jiān)測 系統(tǒng)是斷路器燃弧時間感應器的一種確切應用場合，通過斷路器燃弧時間感應器能準確的 檢測斷路器的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間，將電流互感器輸出的電流值處理后、及斷路 器燃弧時間感應器所獲得的斷路器的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間一并送至監(jiān)控系統(tǒng)主 機進行處理和計算，即可獲知斷路器的電磨損(電壽命)情況，從而實現(xiàn)斷路器的在線監(jiān)測。安裝時，將斷路器燃弧時間感應器的后端面固定在一個位于斷路器滅弧室的附近 的支撐板上。所述斷路器燃弧時間感應器的磁芯和金屬感應線圈的軸線與所測相的觸頭的 軸線相垂直。當我們需要對三相斷路器進行測量時，則需選用3個斷路器燃弧時間感應器， 并使之分別與所測相別觸頭相對。由于本實用新型的電磁屏蔽層的結構，3個所述的斷路器 燃弧時間感應器能夠分別獨立的提取出三相斷路器中所測各相觸點的起始燃弧時刻和燃 弧持續(xù)時間，并將所得結果分別輸入監(jiān)控系統(tǒng)主機的不同端口，使監(jiān)控系統(tǒng)主機能夠區(qū)分 出各相燃弧特性在時間先后順序上的不同。上述斷路器燃弧時間感應器的工作原理是當斷路器分閘觸頭之間產生電弧時， 斷路器燃弧時間感應器便能靈敏地檢測到開斷電弧引起空間電磁場的變化，此時斷路器燃 弧時間感應器經過信號調理電路后在輸出端輸出一定幅值的特征電平(如高電位)時，便 可將該時刻確定為斷路器的起始燃弧時間，即斷路器的起始燃弧時刻與斷路器燃弧時間感 應器的輸出嚴格同步。當斷路器燃弧時間感應器探測到由于斷路器開斷操作(電弧)引起 空間電磁場變化后輸出固定電平(如高電位)，當電弧過零熄滅的時候，空間電磁場也會隨 著電弧的過零過程逐漸減弱，直到不能驅動斷路器燃弧時間感應器工作，斷路器燃弧時間 感應器的輸出狀態(tài)反轉復位(輸出低電平)，其中高電平的持續(xù)時間便是檢測的燃弧持續(xù) 時間。由于斷路器燃弧時間感應器所采集的斷路器分閘時的空間電磁場信號，不可避免 的包含有一些雜散的干擾信號，因此為了濾除干擾，所述斷路器燃弧時間感應器最好經由 一信號調理單元與監(jiān)控系統(tǒng)主機連接。該信號調理單元包括順次連接的放大電路、隔離電 路、濾波電路、整形電路以及驅動輸出電路，其中的濾波電路采用帶通濾波器。信號調理單 元接受斷路器燃弧時間感應器輸出，進行信號提取加工，并經過放大、隔直、濾波和整形環(huán) 節(jié)提取空間電磁場變化特征，給出精確起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間到驅動輸出電路。斷 路器燃弧時間感應器可通過信號線、光纖或者無線形式與監(jiān)控系統(tǒng)主機連接?？紤]到斷路 器與監(jiān)控系統(tǒng)主機之間存在一定距離，本實用新型優(yōu)選實施例中，所述斷路器燃弧時間感 應器的輸出端上設有光纖通信接口或無線通信接口，通過光纖或者無線形式與監(jiān)控系統(tǒng)主 機連接。監(jiān)控系統(tǒng)主機采用開斷電流加權累計作為斷路器觸頭系統(tǒng)電磨損的評判依據(jù)，其 重要根據(jù)起始燃弧時刻和燃弧時間對采集的開斷電流(負荷電流、短路電流)進行積分得 出一次開斷的檢測磨損量。監(jiān)控系統(tǒng)主機不需要對斷路器燃弧時間感應器傳回的信息再做 任何處理，直接以斷路器燃弧時間感應器的輸出作為起始燃弧時刻和燃弧時間的依據(jù)。另外，本實用新型所設計的斷路器燃弧時間感應器不僅可以用于高壓真空斷路器 和金屬密閉開關設備SF6斷路器的起始燃弧時刻和燃弧時間的精確檢測；而且通過參數(shù)與 特征尺寸的修改，還可用于電力變壓器局部放電的檢測和精確定位，只要通過本實用新型 所設計的斷路器燃弧時間感應器來監(jiān)測電弧的起始燃弧時刻和燃弧時間的應用場合均應 在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求斷路器燃弧時間感應器，其特征在于主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁屏蔽層、磁芯和金屬感應線圈構成；電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的內側，柱形的磁芯位于絕緣殼體的中心，金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，金屬感應線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸出端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的斷路器燃弧時間感應器，其特征在于所述磁芯和金屬感應 線圈縱向設置在絕緣殼體內。
3.根據(jù)權利要求2所述的斷路器燃弧時間感應器，其特征在于所述磁芯和金屬感應 線圈的軸線與絕緣殼體的前端面相垂直。
4.根據(jù)權利要求1所述的斷路器燃弧時間感應器，其特征在于所述絕緣殼體的內部 空腔中澆注有環(huán)氧樹脂。
5.根據(jù)權利要求1所述的斷路器燃弧時間感應器，其特征在于所述絕緣殼體后端面 的外側還設有一個同軸電纜接頭，兩個輸出端的其中一個與同軸電纜接頭的芯線連接；另 一個輸出端與同軸電纜接頭的金屬殼連接。
6.斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、以及電力系統(tǒng)各相線路所接的電 流互感器和斷路器，上述電流互感器的輸出接口經由二次電流傳送器和調理電路連接至監(jiān) 控系統(tǒng)主機，其特征在于每相線路所接斷路器處均設有一斷路器燃弧時間感應器，該斷路 器燃弧時間感應器主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁屏蔽層、磁芯和金屬感應 線圈構成；電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的內側，柱形的磁芯位于絕緣殼體的中 心，金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，金屬感應線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作 為兩個輸出端；上述斷路器燃弧時間感應器設置在斷路器滅弧室的附近，其前端與所測觸 頭相對，斷路器燃弧時間感應器的輸出端連接至監(jiān)控系統(tǒng)主機。
7.根據(jù)權利要求6所述的斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣殼體的 內部空腔中澆注有環(huán)氧樹脂。
8.根據(jù)權利要求6所述的斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣殼體后 端面的外側還設有一個同軸電纜接頭，兩個輸出端的其中一個與同軸電纜接頭的芯線連 接；另一個輸出端與同軸電纜接頭的金屬殼連接。
9.根據(jù)權利要求6所述的斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述斷路器燃弧 時間感應器經由一信號調理單元與監(jiān)控系統(tǒng)主機連接。
10.根據(jù)權利要求6所述的斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述斷路器燃弧 時間感應器的輸出端上設有光纖通信接口或無線通信接口。專利摘要本實用新型公開一種斷路器燃弧時間感應器及斷路器電壽命在線監(jiān)測系統(tǒng)。其中路器燃弧時間感應器主要由絕緣殼體以及設置在絕緣殼體內的電磁屏蔽層、磁芯和金屬感應線圈構成；電磁屏蔽層貼于絕緣殼體側壁及后端面的內側，柱形的磁芯位于絕緣殼體的中心，金屬感應線圈螺旋地環(huán)繞在磁芯的外圍，金屬感應線圈的兩端分別伸出絕緣殼體外作為兩個輸出端；上述斷路器燃弧時間感應器設置在斷路器滅弧室的附近，其前端與所測觸頭相對，斷路器燃弧時間感應器的輸出端連接至監(jiān)控系統(tǒng)主機。本實用新型能夠精確地確定斷路器開斷過程中的起始燃弧時刻和燃弧持續(xù)時間，以確保斷路器電壽命在線監(jiān)測和綜合評判準確性。
文檔編號G01R31/327GK201637825SQ20102010364
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權日2010年1月28日
發(fā)明者唐專敏, 張鑫, 李靜, 范興明, 賀家敏, 黃知超 申請人:桂林電子科技大學