专利名称：断路器燃弧时间感应器及断路器电寿命在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力设备检测装置，特别涉及一种断路器燃弧时间感应器及断路器电
寿命在线监测系统。
背景技术：
断路器是电力系统中的安全卫士，在系统中起着控制和保护双重作用。伴随着电器智能化和检修体制的转变，断路器的检修体制正由计划性检修向状态检修发展。断路器触头系统的状况关系到断路器分断和关合短路电流的性能。从累计电磨损的角度讲，在其他条件一定时，断路器的电磨损主要决定于电弧能量，因此目前多采用累计开断电流或累计电弧能量的方法来评估触头的电磨损(电寿命)。上述方法能够反映断路器电磨损的状况和发展趋势，但是首先要解决两个问题①电流的采集问题；②起弧时刻和燃弧时间的确定。关于第①个问题主要受电流互感器饱和特性的影响需要进行复杂的信号处理以恢复原始的电流信号特征，随着电子和光电式电流互感器的发展该问题已得到较好的解决。至于第②个问题，以往采用辅助触头作为燃弧起始点信号，但是辅助触头分散性很大，与燃弧起始点并不同步，由此给监控系统主机所带来的计算和分析误差很大，难以保证检测精度要求，一般辅助触头只能作为参考信号。由此可见，设计出一种能够精确的确定断路器开断过程中的起弧时刻和燃弧持续时间的检测设备，是确保断路器电寿命在线监测和综合评判准确性的前提条件。
发明内容
，本发明所要解决的技术问题是提供一种断路器燃弧时间感应器及断路器电寿命在线监测系统，它能够精确地确定断路器开断过程中的起始燃弧时刻和燃弧持续时间，以确保断路器电寿命在线监测和综合评判准确性。 本发明所设计的断路器燃弧时间感应器，主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内
的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应线圈构成；电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，
柱形的磁芯位于绝缘壳体的中心，金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，金属感应线圈
的两端分别伸出绝缘壳体外作为两个输出端。根据电磁感应原理，采用非介入方式，将断路
器燃弧时间感应器安放在断路器灭弧室附近，便能够准确的检测出断路器分闸时的空间电
磁场的变化，通过电磁场的变化获知断路器的起弧时刻和燃弧持续时间。 上述方案所述磁芯和金属感应线圈最好纵向设置在绝缘壳体内，以利于本发明的
信号的获取。特别的，当本发明的绝缘壳体为柱形时，所述磁芯和金属感应线圈的轴线最好
位于绝缘壳体的中轴线处，并与绝缘壳体的前端面相垂直。 上述方案所述绝缘壳体的内部空腔中最好还浇注有环氧树脂，以实现更好的电气绝缘效果。 为了减少信号间的相互干扰，上述方案所述绝缘壳体后端面的外侧最好还设有一个同轴电缆接头，两个输出端的其中一个输出端与同轴电缆接头的芯线连接，作为信号输出线端；另一个输出端与同轴电缆接头的金属壳连接，作为信号参考接地端。 本发明所设计的断路器电寿命在线监测系统，包括监控系统主机、以及电力系统
各相线路所接的电流互感器和断路器，上述电流互感器的输出接口经由二次电流传送器和
调理电路连接至监控系统主机，其不同之处是每相线路所接断路器处均设有一断路器燃弧
时间感应器，该断路器燃弧时间感应器主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽
层、磁芯和金属感应线圈构成；电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，柱形的磁芯
位于绝缘壳体的中心，金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，金属感应线圈的两端分别
伸出绝缘壳体外作为两个输出端；上述断路器燃弧时间感应器设置在断路器灭弧室的附
近，其前端与所测触头相对，断路器燃弧时间感应器的输出端连接至监控系统主机。 为了滤除干扰信号，使检测结果更加精确，本发明所述断路器燃弧时间感应器最
好经由一信号调理单元与监控系统主机连接。该信号调理单元包括顺次连接的放大电路、
隔离电路、滤波电路、整形电路以及驱动输出电路。 本发明所述的断路器燃弧时间感应器上可以设置光纤通信接口或者无线通信接
口。断路器燃弧时间感应器的输出可作为断路器电寿命在线监测系统的输入，用于指示各
相的起始燃弧时刻和燃弧持续时间，也可以用于其他需要探测断路器分断电弧起始燃弧时
刻和燃弧持续时间的场合。 本发明与现有技术相比，优点在于 1.与断路器本体没有任何电气联系，对断路器本体没有任何影B向，安全隔离性能好； 2.能灵敏、准确检测到所处检测点的磁场变化，断路器燃弧时间感应器与起始燃弧时刻能够严格同步，从而能够精确的检测出断路器的起始燃弧时刻和燃弧持续时间
3、通过电磁屏蔽、安装位置和方向的调整，使其对特定电磁场信号具有选择性和敏感性，从而能够实现三相起始燃弧时刻和燃弧持续时间的独立检测； 4.信号调理单元将所获得的信号进行放大、隔直、滤波和整形环节提取空间电磁场变化特征，使检测结构更精确； 5、通过光纤或无线方式将位于不同处的断路器的起始燃弧时刻和燃弧持续时间信号量发送至监控系统主机，结构简单，绝缘成本低，可靠性强。
图1为一种断路器燃弧时间感应器的结构示意 图2为一种断路器电寿命在线监测系统的结构示意图。 图中标示1、断路器燃弧时间感应器；11、绝缘壳体；12、电磁屏蔽层；13、磁芯；14、金属感应线圈；15、环氧树脂；16、输出端；17、同轴电缆接头；2、灭弧室；3、支撑板；4、
信号调理单元。
具体实施例方式
本发明一种断路器燃弧时间感应器如图1所示，采用电磁感应原理，主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应线圈构成。柱形的磁芯位于绝缘壳体的中心，用于提高断路器燃弧时间感应器对电磁场变化和拾取的灵敏度。金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，是断路器燃弧时间感应器探测电弧起始燃弧时刻和燃弧时间的主要功能组成部件，用于接收和识别分断电弧引起的空间电磁场变化特征。金属感应线圈的两端分别伸出绝缘壳体外作为两个输出端。为了减少信号间的相互干扰，本发明断路器燃弧时间感应器的输出端采用同轴电缆接头作为其输出接口形式，即在绝缘壳体后端面的外侧设有一个同轴电缆接头，两个输出端的其中一个与同轴电缆接头的芯线连接，作为信号输出线端；另一个输出端与同轴电缆接头的金属壳连接，作为信号参考接地端。电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，其作用是使断路器燃弧时间感应器对电磁场信号量的探测具有方向性和选择性，防止三相断路器各相之间的相互干扰而影响测量结果。为了更好的对断路器的各相电磁场信号进行选择和获�。判竞徒鹗舾杏ο呷ψ詈米菹蛏柚迷诰悼翘迥�。在本发明优选实施中，所述绝缘壳体为柱形，其壳体的前端面和后端面为两个相互平行的平面，磁芯和金属感应线圈的轴线位于绝缘壳体的中轴线处，并与绝缘壳体的前端面相垂直。此外，绝缘壳体的内部空腔中还浇注有环氧树脂，以实现更好的电气绝缘效果。 采用上述断路器燃弧时间感应器所构成的一种断路器电寿命在线监测系统如图2所示，主要由监控系统主机、电力系统各相线路所接的电流互感器和断路器、以及设于每相线路所接断路器处的断路器燃弧时间感应器构成。上述电力系统中的电流互感器用于测量负荷电流和短路电流，起到计量和保护的作用，其输出接口输出的标准5A电流信号经由二
次电流传送器和相应的调理电路后送至监控系统主机。断路器燃弧时间感应器设置在断路器灭弧室的附近，其前端与所测触头相对，断路器燃弧时间感应器的输出端连接至监控系统主机，用于采集所测相线路所接断路器触头的起始燃弧时刻和燃弧持续时间。断路器燃弧时间感应器采用电磁感应原理，主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应线圈构成。柱形的磁芯位于绝缘壳体的中心，用于提高断路器燃弧时间感应器对电磁场变化和拾取的灵敏度。金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，是断路器燃弧时间感应器探测电弧起始燃弧时刻和燃弧时间的主要功能组成部件，用于接收和识别分断电弧引起的空间电磁场变化特征。金属感应线圈的两端分别伸出绝缘壳体外作为两个输出端。为了减少信号间的相互干扰，本发明断路器燃弧时间感应器的输出端采用同轴电缆接头作为其输出接口形式，即在绝缘壳体后端面的外侧设有一个同轴电缆接头，两个输出端的其中一个与同轴电缆接头的芯线连接，作为信号输出线端；另一个输出端与同轴电缆接头的金属壳连接，作为信号参考接地端。电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，其作用是使断路器燃弧时间感应器对电磁场信号量的探测具有方向性和选择性，防止三相断路器各相之间的相互干扰而影响测量结果。为了更好的对断路器的各相电磁场信号进行选择和获�。判竞徒鹗舾杏ο呷ψ詈米菹蛏柚迷诰悼翘迥�。在本发明优选实施中，所述绝缘壳体为柱形，其壳体的前端面和后端面为两个相互平行的平面，磁芯和金属感应线圈的轴线位于绝缘壳体的中轴线处，并与绝缘壳体的前端面相垂直。此外，绝缘壳体的内部空腔中还浇注有环氧树脂，以实现更好的电气绝缘效果。断路器电寿命在线监测系统是断路器燃弧时间感应器的一种确切应用场合，通过断路器燃弧时间感应器能准确的检测断路器的起始燃弧时刻和燃弧持续时间，将电流互感器输出的电流值处理后、及断路器燃弧时间感应器所获得的断路器的起始燃弧时刻和燃弧持续时间一并送至监控系统主机进行处理和计算，即可获知断路器的电磨损(电寿命)情况，从而实现断路器的在线监测。
安装时，将断路器燃弧时间感应器的后端面固定在一个位于断路器灭弧室的附近 的支撑板上。所述断路器燃弧时间感应器的磁芯和金属感应线圈的轴线与所测相的触头的 轴线相垂直。当我们需要对三相断路器进行测量时，则需选用3个断路器燃弧时间感应器， 并使之分别与所测相别触头相对。由于本发明的电磁屏蔽层的结构，3个所述的断路器燃弧 时间感应器能够分别独立的提取出三相断路器中所测各相触点的起始燃弧时刻和燃弧持 续时间，并将所得结果分别输入监控系统主机的不同端口，使监控系统主机能够区分出各 相燃弧特性在时间先后顺序上的不同。 上述断路器燃弧时间感应器的工作原理是当断路器分闸触头之间产生电弧时， 断路器燃弧时间感应器便能灵敏地检测到开断电弧引起空间电磁场的变化，此时断路器燃 弧时间感应器经过信号调理电路后在输出端输出一定幅值的特征电平(如高电位)时，便 可将该时刻确定为断路器的起始燃弧时间，即断路器的起始燃弧时刻与断路器燃弧时间感 应器的输出严格同步。当断路器燃弧时间感应器探测到由于断路器开断操作(电弧)引起 空间电磁场变化后输出固定电平(如高电位)，当电弧过零熄灭的时候，空间电磁场也会随 着电弧的过零过程逐渐减弱，直到不能驱动断路器燃弧时间感应器工作，断路器燃弧时间 感应器的输出状态反转复位(输出低电平)，其中高电平的持续时间便是检测的燃弧持续 时间。 由于断路器燃弧时间感应器所采集的断路器分闸时的空间电磁场信号，不可避免
的包含有一些杂散的干扰信号，因此为了滤除干扰，所述断路器燃弧时间感应器最好经由
一信号调理单元与监控系统主机连接。该信号调理单元包括顺次连接的放大电路、隔离电
路、滤波电路、整形电路以及驱动输出电路，其中的滤波电路采用带通滤波器。信号调理单
元接受断路器燃弧时间感应器输出，进行信号提取加工，并经过放大、隔直、滤波和整形环
节提取空间电磁场变化特征，给出精确起始燃弧时刻和燃弧持续时间到驱动输出电路。断
路器燃弧时间感应器可通过信号线、光纤或者无线形式与监控系统主机连接。考虑到断路
器与监控系统主机之间存在一定距离，本发明优选实施例中，所述断路器燃弧时间感应器
的输出端上设有光纤通信接口或无线通信接口 ，通过光纤或者无线形式与监控系统主机连
接。监控系统主机采用开断电流加权累计作为断路器触头系统电磨损的评判依据，其重要
根据起始燃弧时刻和燃弧时间对采集的开断电流(负荷电流、短路电流)进行积分得出一
次开断的检测磨损量。监控系统主机不需要对断路器燃弧时间感应器传回的信息再做任何
处理，直接以断路器燃弧时间感应器的输出作为起始燃弧时刻和燃弧时间的依据。 另外，本发明所设计的断路器燃弧时间感应器不仅可以用于高压真空断路器和金
属密闭开关设备SF6断路器的起始燃弧时刻和燃弧时间的精确检测；而且通过参数与特征
尺寸的修改，还可用于电力变压器局部放电的检测和精确定位，只要通过本发明所设计的
断路器燃弧时间感应器来监测电弧的起始燃弧时刻和燃弧时间的应用场合均应在本发明
的保护范围之内。
权利要求
断路器燃弧时间感应器，其特征在于主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应线圈构成；电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，柱形的磁芯位于绝缘壳体的中心，金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，金属感应线圈的两端分别伸出绝缘壳体外作为两个输出端。
2. 根据权利要求1所述的断路器燃弧时间感应器，其特征在于所述磁芯和金属感应 线圈纵向设置在绝缘壳体内。
3. 根据权利要求2所述的断路器燃弧时间感应器，其特征在于所述磁芯和金属感应 线圈的轴线与绝缘壳体的前端面相垂直。
4. 根据权利要求1所述的断路器燃弧时间感应器，其特征在于所述绝缘壳体的内部 空腔中浇注有环氧树脂。
5. 根据权利要求1所述的断路器燃弧时间感应器，其特征在于所述绝缘壳体后端面 的外侧还设有一个同轴电缆接头，两个输出端的其中一个与同轴电缆接头的芯线连接；另 一个输出端与同轴电缆接头的金属壳连接。
6. 断路器电寿命在线监测系统，包括监控系统主机、以及电力系统各相线路所接的电 流互感器和断路器，上述电流互感器的输出接口经由二次电流传送器和调理电路连接至监 控系统主机，其特征在于每相线路所接断路器处均设有一断路器燃弧时间感应器，该断路 器燃弧时间感应器主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应 线圈构成；电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，柱形的磁芯位于绝缘壳体的中 心，金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，金属感应线圈的两端分别伸出绝缘壳体外作 为两个输出端；上述断路器燃弧时间感应器设置在断路器灭弧室的附近，其前端与所测触 头相对，断路器燃弧时间感应器的输出端连接至监控系统主机。
7. 根据权利要求6所述的断路器电寿命在线监测系统，其特征在于所述绝缘壳体的 内部空腔中浇注有环氧树脂。
8. 根据权利要求6所述的断路器电寿命在线监测系统，其特征在于所述绝缘壳体后 端面的外侧还设有一个同轴电缆接头，两个输出端的其中一个与同轴电缆接头的芯线连 接；另一个输出端与同轴电缆接头的金属壳连接。
9. 根据权利要求6所述的断路器电寿命在线监测系统，其特征在于所述断路器燃弧 时间感应器经由一信号调理单元与监控系统主机连接。
10. 根据权利要求6所述的断路器电寿命在线监测系统，其特征在于所述断路器燃弧 时间感应器的输出端上设有光纤通信接口或无线通信接口。
全文摘要
本发明公开一种断路器燃弧时间感应器及断路器电寿命在线监测系统。其中路器燃弧时间感应器主要由绝缘壳体以及设置在绝缘壳体内的电磁屏蔽层、磁芯和金属感应线圈构成；电磁屏蔽层贴于绝缘壳体侧壁及后端面的内侧，柱形的磁芯位于绝缘壳体的中心，金属感应线圈螺旋地环绕在磁芯的外围，金属感应线圈的两端分别伸出绝缘壳体外作为两个输出端；上述断路器燃弧时间感应器设置在断路器灭弧室的附近，其前端与所测触头相对，断路器燃弧时间感应器的输出端连接至监控系统主机。本发明能够精确地确定断路器开断过程中的起始燃弧时刻和燃弧持续时间，以确保断路器电寿命在线监测和综合评判准确性。
文档编号G01R31/327GK101788647SQ201010102558
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者唐专敏, 张鑫, 李静, 范兴明, 贺家敏, 黄知超 申请人:桂林电子科技大学
专业数控铣床产品供应商
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