本發(fā)明涉及大容量實驗站保護技術領域，具體涉及大容量實驗站高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護方法。

背景技術：

電力系統(tǒng)中，高壓電器的可靠、穩(wěn)定運行是整個電網系統(tǒng)正常、高效工作的前提條件，高壓電器的型式試驗是檢驗其性能的重要環(huán)節(jié)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)的電壓等級和短路容量日益提高，對于高壓電器中高壓斷路器開斷短路電流能力的要求也越來越大。高壓斷路器的開斷過程非常復雜，無法完全依靠計算或仿真來確定產品的性能，只能通過型式試驗對其開斷能力進行考核。

因此，具有一定試驗能力的大容量實驗站，按照高壓斷路器規(guī)定的額定電壓和開斷電流進行整體試驗(即直接試驗)，可以最接近于實際開斷情況來考核驗證高壓電器產品的性能。GB1984-2014《高壓交流斷路器》是現行的高壓交流斷路器主要執(zhí)行標準，標準中明確規(guī)定斷路器電氣壽命試驗需要在試驗系統(tǒng)提供的額定電壓和額定開斷故障電流下進行，試驗過程為循環(huán)試驗。

如圖1所示，按照國家標準規(guī)定，對于具有快速自動重合閘功能的高壓斷路器而言，“O—0.3s—CO”即“斷開—0.3s—閉合斷開”為一個循環(huán)，例如，對于一臺35kV電壓等級的高壓斷路器，當開斷故障電流(即額定短路開斷電流)為31.5kA時，進行國家標準規(guī)定的基本短路試驗T100s時，其開斷電流為100％額定短路開斷電流，在進行該項型式試驗考核時，大容量實驗站需要施加額定電壓35kV，短路電流31.5kA，假設正常工況下，根據高壓斷路器自動重合閘一個循環(huán)“O—0.3s—CO”操作程序，高壓斷路器首先通過短路試驗電流31.5kA約100ms(圖1中的T1)，高壓斷路器馬上進入第一個開斷“O”后，整個回路為斷開且無電流狀態(tài)持續(xù)300ms(圖1中的T2)，然后高壓斷路器再關合“C”，通過短路試驗電流31.5kA約100ms(圖1中的T3)后，高壓斷路器進入第二個開斷“O”，在高壓斷路器開斷后，國家標準GB1984-2014中明確規(guī)定：“工頻試驗電壓和由殘余電荷產生的直流電壓在開斷后應保持至少300ms，且電弧最終熄滅后300ms時負載側電壓的衰減不超過10％”，所以，高壓斷路器在正常工作工況且試驗合格條件下，大容量實驗站提供能量僅在正常通流狀態(tài)下即可，整個程序過程中約需能量值為“110MA²s(0.1s)—0.3s—110MA²s(0.1s)”。

但實際高壓斷路器在試驗過程中，即斷路器在第一個開斷“O”或第二個開斷“O”后，整個回路為斷開且無電流狀態(tài)持續(xù)300ms(圖1中的T4)時經常發(fā)生重擊穿或重燃弧狀況，此種狀況由于未出現比短路電流31.5kA明顯大的過流，所以普通常規(guī)的繼保設備或過流設備根本無法保護這種情況，此時，這種試品故障狀態(tài)下整個程序過程中大容量實驗站約需能量值為“110MA²s(0.1s)—330MA²s(0.3s)—110MA²s(0.1s)—330MA²s(0.3s)”，此種情況下提供的能量值為非故障下的4倍。對于此種情況對于大容量實驗站自身的開關電器或電抗設備，是一種很大的沖擊和破壞，本來每次高壓斷路器這種開斷試驗由于高電壓大電流，對大容量實驗站就是一種沖擊和損壞，而當試品出現故障，不能正常開斷或燃弧發(fā)生時，對大容量實驗站的設備和電器更是一種致命的沖擊和損壞，而且這種沖擊和損壞具有累積效益，大大加速設備的老化和退役。由于大容量實驗站的電器設備因為電壓等級高，電流大，所以設備一般都很昂貴，更換或者維修也是非常麻煩。

目前對于做高壓斷路器開斷試驗的大容量實驗站都是采用普通或常規(guī)的繼保作為保護，而普通繼保僅能進行簡單的過流和時間設定保護，對于高壓斷路器開斷試驗過程中出現的重燃弧或重擊穿現象，也是束手無策，根本無法保護。根據目前的這種狀況，本發(fā)明專利解決了以上所有大容量實驗站非常棘手的設備保護難題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的之一在于提出一種高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護方法，其可以完成高壓斷路器開斷試驗過程中出現的重燃弧保護，從而對大容量實驗站實現實時全程跟蹤保護，大大延長了大容量實驗站自身開關或電器設備的壽命，并幫助故障試品高壓斷路器研發(fā)人員及時準確，快速定位故障點，否則被試品在爆炸后一片廢墟，很難定位觸頭故障薄弱點。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護方法，包括以下步驟：

步驟S1、檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器的實時電流稱為第一實時電流，當所述第一實時電流不小于高壓斷路器額定電流時，計數器開始計時，當不小于高壓斷路器額定電流的第一實時電流持續(xù)時間超過抗擾時間時，執(zhí)行步驟S2；

步驟S2、在不小于高壓斷路器額定電流的第一實時電流持續(xù)時間超過T1時間時，檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器實時電流稱為第二實時電流，當所述第二實時電流小于重燃弧電流檢測值且小于重燃弧電流檢測值的第二實時電流持續(xù)時間超過T2時間時，執(zhí)行步驟S3；

步驟S3、檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器的實時電流稱為第三實時電流，當所述第三實時電流不小于高壓斷路器額定電流時且不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間超過抗擾時間時，執(zhí)行步驟S4；

步驟S4、在不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間超過T3時間時，檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器實時電流稱為第四實時電流，當所述第四實時電流小于重燃弧電流檢測值且小于重燃弧電流檢測值的第四實時電流持續(xù)時間超過T4時間時，執(zhí)行步驟S5；

步驟S5、計數器清零并執(zhí)行步驟S1。

步驟S1中，當第一實時電流小于高壓斷路器額定電流時，或者，不小于高壓斷路器額定電流的第一實時電流持續(xù)時間不超過抗擾時間時，計數器清零并繼續(xù)等待檢測第一實時電流。

步驟S2中，如果不小于高壓斷路器額定電流的第一實時電流持續(xù)時間不超過T1時間時，計數器清零并繼續(xù)等待檢測第一實時電流；如果所述第二實時電流不小于重燃弧電流檢測值且不小于重燃弧電流檢測值的第二實時電流持續(xù)時間超過抗擾時間時，則保護跳閘，且計數器清零，同時執(zhí)行步驟S1。

步驟S2中，如果小于重燃弧電流檢測值的第二實時電流持續(xù)時間不超過T2時間時，則繼續(xù)等待檢測第二實時電流。

步驟S3中，如果第三實時電流小于高壓斷路器額定電流時，且小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間超過T3時間時，則執(zhí)行步驟S5；如果小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間不超過T3時間時，則繼續(xù)等待第三實時電流。

步驟S3中，如果不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間不超過抗擾時間時，則繼續(xù)等待第三實時電流。

步驟S4中，如果所述第四實時電流不小于重燃弧電流檢測值且不小于重燃弧電流檢測值的第四實時電流持續(xù)時間超過抗擾時間時，則保護跳閘，且計數器清零，同時執(zhí)行步驟S1。

步驟S4中，如果不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間不超過T3時間時，繼續(xù)等待檢測第三實時電流；如果小于重燃弧電流檢測值的第四實時電流持續(xù)時間不超過T4時間時，則繼續(xù)等待檢測第四實時電流。

所述T1時間和T3時間均為[90ms，110ms]，所述T2時間為[290ms，310ms]，所述T4時間不小于300ms，所述抗擾時間為[5ms，20ms]；所述重燃弧電流檢測值為高壓斷路器額定電流的40％～60％。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護裝置，其可以完成高壓斷路器開斷試驗過程中出現的重燃弧保護，從而對大容量實驗站實現實時全程跟蹤保護，大大延長了大容量實驗站自身開關或電器設備的壽命，并幫助故障試品高壓斷路器研發(fā)人員及時準確，快速定位故障點，否則被試品在爆炸后一片廢墟，很難定位觸頭故障薄弱點。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護裝置，其包括：

交流采樣和電源插件，所述交流采樣和電源插件用于為保護裝置供電并采集高壓斷路器實時電流；

保護及MMI插件，所述保護及MMI插件用于接收交流采樣和電源插件采集的高壓斷路器實時電流并執(zhí)行上述的高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護方法；

所述保護及MMI插件包括DSP保護模塊和MMI處理模塊，其中，所述DSP保護模塊和MMI處理模塊之間通過高速串口實現數據交換，且所述DSP保護模塊用于通過高速AD轉換器接收交流采樣和電源插件采集的高壓斷路器實時電流并執(zhí)行上述的高壓斷路器開斷試驗中重燃弧故障的保護方法，所述MMI處理模塊用于人機界面處理；

開入開出插件或/和操作電路模塊插件；

所述開入開出插件包括開入量輸入通道和開出通道，所述開入通道包括位置操作、功能投退操作和外部操作，所述開出通道包括保護跳閘出口和信號、重合閘、非電量跳閘以及非電量告警；

所述操作電路模塊插件包括繼電器出口和斷路器操作電路，所述繼電器出口包括斷路器控制出口和信號出口，所述斷路器控制出口包括保護跳閘、重合閘出口、斷路器遙控分合出口，所述信號出口包括預告總信號、故障信號和動作信號，所述斷路器操作電路包括位置信號的出口和異常信號的出口，所述位置信包括斷路器合位、分位位置以及合后位置；所述異常信號包括事故總信號和控制回路斷線，同時啟動所述預告總信號的控制信號；

總線板，所述交流采樣和電源插件、保護及MMI插件、開入開出插件或/和操作電路模塊插件均通過總線與該總線板相連，用于實現交流采樣和電源插件與保護及MMI插件之間的通訊、以及保護及MMI插件與開入開出插件或/和操作電路模塊插件之間的通訊。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明解決了目前所有大容量實驗站在進行高壓斷路器開斷試驗過程中，由于大容量實驗站自身的開關或電器設備串聯(lián)在整個回路中，當試品出現故障時，大容量實驗站自身的開關或電器設備被作為了陪葬品，加速了自身設備的老化和退役的問題。另外還能幫助高壓斷路器研發(fā)人員針對故障試品及時準確，快速定位故障薄弱點，迅速提高改善產品性能。本發(fā)明可以根據試驗程序和高壓斷路器開關操作程式實時跟蹤保護，不僅能實現普通繼保的所有功能，還能完成高壓斷路器開斷試驗過程中出現的重燃弧或重擊穿保護，從而對大容量實驗站實現實時全程跟蹤保護，大大延長了大容量實驗站自身開關或電器設備的壽命。

附圖說明

圖1為現有高壓斷路器開斷原理的時序圖；

圖2為本發(fā)明較佳實施例的大容量實驗站高壓斷路器開斷實驗中重燃弧故障的保護方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明較佳實施例的大容量實驗站高壓斷路器開斷實驗中重燃弧故障的保護裝置的原理框圖。

具體實施方式

下面，結合附圖以及具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述。

請參照圖2所示，通過大容量實驗站在高壓斷路器開斷實驗中重燃弧故障的保護方法，其包括以下步驟：

步驟1、檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器為關合狀態(tài)，并定義此時高壓斷路器的實時電流稱為第一實時電流，當第一實時電流大于(或等于)高壓斷路器額定電流(I1)時，DSP微處理器的計數器開始計時，如果該第一實時電流小于高壓斷路器額定電流，則計數器清零，繼續(xù)等待檢測該第一實時電流；

當不小于高壓斷路器額定電流的第一實時電流持續(xù)時間超過(大于)抗擾時間(抗擾時間可根據具體需要進行設置，一般情況下可取5-20ms)時，計數器會繼續(xù)計時，并且會持續(xù)跟蹤實時電流，如果持續(xù)時間沒有超過抗擾時間，說明可能是干擾電流，則計數器清零，繼續(xù)等待檢測該第一實時電流。也就是說只有第一實時電流不小于高壓斷路器額定電流且其持續(xù)時間超過抗擾時間時，才會執(zhí)行步驟2。

步驟2、計數器持續(xù)計時，當第一實時電流不小于高壓斷路器額定電流且持續(xù)時間超過T1時間(90ms≤T1≤110ms，優(yōu)選100ms)，此時高壓斷路器處于開斷狀態(tài)，檢測此時高壓斷路器實時電流(定義為第二實時電流)是否超過重燃弧電流檢測值(I2，I2約為I1的

40％～60％)，如果第二實時電流超過重燃弧電流檢測值，則判斷超過重燃弧電流檢測值的第二實時電流的持續(xù)時間是否超過抗擾時間(通過計數器計算得到)，如果超過抗擾時間，則啟動保護程序，保護跳閘，同時計數器清零，重新關合高壓斷路器回到步驟1的操作。而如果從T1時間起至T1+T2時間(290ms≤T2≤310ms)止，第二實時電流一直沒超過重燃弧電流檢測值或者超過重燃弧電流檢測值的持續(xù)時間不超過抗擾時間，則進行步驟3的操作。

步驟3、檢測高壓斷路器實時電流，此時高壓斷路器處于關合狀態(tài)，定義此時高壓斷路器實時電流為第三實時電流，判斷該第三實時電流與高壓斷路器額定電流，如果小于高壓斷路器額定電流且持續(xù)時間大于T3時間(90ms≤T3≤110ms，優(yōu)選100ms)，則說明試驗結束了，計數器清零，重新回到步驟1的操作。

如果第三實時電流大于(或等于)高壓斷路器額定電流(I1)時，且不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間大于抗擾時間時，則計數器開始計算該不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間大于T3時間，如果是，則執(zhí)行步驟4的操作。

而當不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間不超過抗擾時間、或者不小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流持續(xù)時間不超過T3時間、或者小于高壓斷路器額定電流的第三實時電流的持續(xù)時間不超過T3時間，則繼續(xù)等待檢測第三實時電流(再次執(zhí)行步驟3的操作)。

步驟4、計數器持續(xù)計時，當第三實時電流不小于高壓斷路器額定電流且持續(xù)時間超過T3時間，此時高壓斷路器處于開斷狀態(tài)，檢測此時高壓斷路器實時電流(定義為第四實時電流)是否超過重燃弧電流檢測值，如果第四實時電流超過重燃弧電流檢測值，則判斷超過重燃弧電流檢測值的第四實時電流的持續(xù)時間是否超過抗擾時間，如果超過抗擾時間，則啟動保護程序，保護跳閘，同時計數器清零，重新關合高壓斷路器回到步驟1的操作。而如果從T3時間起至T1+T2+T3+T4時間(T4不小于300ms)止，第四實時電流一直沒超過重燃弧電流檢測值或者超過重燃弧電流檢測值的持續(xù)時間不超過抗擾時間，則計數器清零，重新回到步驟1的操作。

通過大容量實驗站在高壓斷路器開斷實驗中重燃弧故障的保護裝置，該保護裝置用于實現上述保護方法。請參照圖3所示，該保護裝置具體包括以下部分：

1、交流采樣與電源插件(AI/POWER插件)

交流采樣與電源插件選用高性能的開關電源作為工作電源，開關電源位于插件的上部。開關電源可產生5V、±12V以及24V四組電壓供給保護裝置使用。

交流采樣與電源插件上還安裝了共13個模擬量輸入互感器，其中包括8個電流互感器和5個電壓互感器。為了提高測量精度，裝置配置了保護CT和測量CT。經過互感器變換和隔離后的信號直接通過總線板輸入到保護及MMI插件的無源濾波通道。

2、保護及MMI插件(CPU插件)

保護及MMI插件為本保護裝置的核心，保護及MMI插件上的元件安裝全部采用SMT貼片工藝，以此提高抗干擾能力和大批量生產能力。保護及MMI插件上有兩個CPU模塊：MMI處理模塊和DSP保護模塊。MMI處理模塊和DSP保護模塊通過高速串口交換數據，因此測量數據和SOE事件的刷新和上傳速度很快。

保護及MMI插件上的MMI處理模塊和DSP保護模塊均具有很好的自我檢測功能，而且MMI處理模塊和DSP保護模塊之間可以互相監(jiān)視，當其中任一個CPU模塊出現永久性故障時，另一個CPU就會給出告警信息(告警信息為保護出口或界面提示；在MMI處理模塊故障時，DSP保護模塊給出保護出口信息；在DSP保護模塊故障時，MMI處理模塊給出界面提示信息)。MMI處理模塊主要負責保護裝置的人機界面處理(液晶顯示和鍵盤操作)；DSP保護模塊主要負責保護裝置的開入采集、電量運算、保護邏輯判斷、出口傳動和故障錄波等工作。DSP保護模塊的運算CPU，其采用先進的工業(yè)級DSP處理器，DSP保護模塊還選用了工業(yè)級16位高速AD轉換器。這樣的硬件平臺，使得保護裝置具備很高的運算速度和測量精度。該DSP保護模塊還包括一個硬件測頻單元和一個出口檢測回路。

通訊方面，保護及MMI插件提供了與MMI處理模塊相連接的一個RS485接口、一個CAN接口和一個Ethernet接口，可用于實現與外圍監(jiān)控設備通訊。

3、開入開出插件(DI/RO插件)

開入開出插件配置了14路開入量輸入通道，其中10路有一個公共端，另外4路有一個公共端。每個開入量輸入通道可以硬件選擇AC/DC220V、DC110V或DC24V電壓。每個開入量輸入通道可以通過菜單或者調試軟件自由配置，可選擇功能包括位置、功能投退、外部操作。

開入開出插件上有6路開出通道。它們既可用作控制出口又可用作信號出口，用戶可通過保護裝置菜單或通訊方式分別對它們的具體用途進行靈活配置，可定義的信號包括：保護跳閘出口和信號、重合閘、非電量跳閘、非電量告警等。

4、操作電路模塊插件

操作電路模塊插件同時集成了繼電器出口和斷路器操作電路兩部分功能。其中：

繼電器出口由兩部分組成：斷路器控制出口和信號出口。斷路器控制出口包括：一組保護跳閘(如有需要，可以再外擴一組，第二組接口主要用于跳閘配變低壓側斷路器，可以自定義開入開出插件上的備用出口實現)、一組重合閘出口、一組斷路器遙控分合出口；信號出口包括：預告總信號(常閉接點，可按鍵復歸)、故障信號(常閉接點，該信號發(fā)生時同時啟動預告總信號)、動作信號。

斷路器操作電路具備跳合閘保持、防跳、斷路器位置監(jiān)視、跳合閘回路監(jiān)視等功能，其能夠提供兩類出口：位置信號的出口和異常信號的出口。其中，位置信號有：斷路器合位、分位位置以及合后位置信號；異常信號有：事故總信號(自保持，只能通過加手動分閘信號復歸)和控制回路斷線，同時啟動預告總信號的控制信號。

5、總線板

總線板作為一個載體，用以將保護裝置的上述四個功能插件聯(lián)系起來。同時，總線板上集成了用于人機顯示的196×64點陣液晶(顏色為白底黑字)、9個菜單操作鍵和8個LED信號燈。在保證抗干擾性良好的前提下，如此的設計使得保護裝置結構簡潔緊湊，拆卸方便，利于現場維護。

對于本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。