[發明專利]一種基于柵片電壓測試的低壓斷路器開斷性能優化方法

有效

• 申請號: 201811340931.0
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109325314B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 趙虎;李興文
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于柵片電壓測試的低壓斷路器開斷性能優化方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：實驗測量低壓斷路器開斷電弧過程中的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流、燃弧時間、電弧能量、電壓峰值、電流峰值數據；

步驟2：根據不同柵片電壓隨時間的變化曲線，評估開斷過程中電弧在滅弧室內的時空分布，以及各柵片對電弧的切割作用；

步驟3：利用測量得到的柵片電壓數據與柵片間距的比值，獲得電弧電流零點時刻前后數十微秒和電弧電流過零后數十毫秒內滅弧室的電場分布；

步驟3中，基于步驟1測量得到的斷路器開斷過程中的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流數據，選取電弧電流過零前幾微秒至幾百微秒內的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流數據，根據歐姆定律得到電弧電流過零前的電弧總電導及柵片切割形成的短弧電導，相同開斷電流條件下電導越大，能量耗散和去游離能力越差，反之說明能量耗散和去游離能力越強，基于此評估滅弧室整體及各柵片區域的能量耗散和去游離能力；

步驟4：根據電弧電流零點時刻前后數十微秒內滅弧室的電場分布，判斷電弧電流零點附近滅弧室各柵片之間區域的能量耗散和去游離能力，電場強度與區域能量耗散和去游離效果成正比；

步驟4中，基于步驟1測量得到的斷路器開斷過程中的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流數據，選取電弧電流過零后幾微秒至幾百微秒內的電弧電壓和柵片電壓數據，該時間段電弧已熄滅，所得的電弧電壓數據為實驗系統施加在斷路器上的恢復電壓值，柵片電壓數據為在恢復電壓作用下滅弧室各柵片上的電位； 依據電弧電流過零后滅弧室各柵片上的電位，利用柵片間的電位差與柵片間距的比值確定柵片間的電場強度，進而判斷滅弧室及各柵片之間區域的介質恢復特性，電場強度較低的區域介質恢復較差；

步驟5：根據電弧電流過零后數十毫秒內滅弧室的電場分布，判斷電弧電流過零后滅弧室內各柵片之間區域的介質恢復特性，電場強度與區域介質恢復成正比；

步驟5中，基于步驟2、3、4的分析，評估斷路器滅弧室設計的薄弱區域，該薄弱區域即為能量耗散和去游離能力差、介質恢復差的區域，明確改進方向； 根據步驟2的結果，確定開斷過程中對電弧切割效果不好或未對電弧實現切割作用的柵片，以提高這些柵片的切割電弧效果作為優化目標之一；根據步驟3的結果，確定電弧電流過零前滅弧室內能量耗散和去游離能力較差的區域，以提高這些區域的能量耗散和去游離能力作為優化目標之一；根據步驟4的結果，確定電弧電流過零后滅弧室內介質恢復強度較差的區域，以提高這些區域的介質恢復強度和速度作為優化目標之一；

步驟6：針對步驟4和步驟5確定的能量耗散和去游離效果差、介質恢復特性差的區域，通過電磁場和氣流場仿真、電弧仿真、理論分析方法，針對性地改進滅弧系統設計，提升斷路器開斷性能。

2.根據權利要求1所述的基于柵片電壓測試的低壓斷路器開斷性能優化方法，其特征在于步驟1中，斷路器開斷過程中的柵片電壓可通過耐高溫、高壓的細導線連接，由多個電壓探頭測量，電壓探頭對檢測到的電壓信號進行適當衰減和隔離；電弧電流可采用羅氏線圈、電流互感器、分流器采集，由數據采集終端進行采集和存儲；柵片電壓也可通過相關專用設備進行測量；基于采集到的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流數據，可進一步得到提取燃弧時間、電弧能量、電壓峰值、電流峰值數據。

3.根據權利要求1所述的基于柵片電壓測試的低壓斷路器開斷性能優化方法，其特征在于步驟2中，基于步驟1中數據采集終端得到的電弧電壓、柵片電壓、電弧電流、燃弧時間、電弧能量、電壓峰值、電流峰值數據，獲得不同柵片電壓隨時間變化的曲線，根據20V～40V的近極壓降值，判斷開斷過程中電弧在動靜觸頭上的產生時刻、進入滅弧室被柵片切割的時刻、各片柵片對電弧的切割作用及時間，可進一步對比不同柵片結構、數量情況下各片柵片對電弧的切割作用及時間。

4.根據權利要求1所述的基于柵片電壓測試的低壓斷路器開斷性能優化方法，其特征在于步驟6中，通過電磁場和氣流場仿真、電弧仿真、理論分析方法，分析不同滅弧系統結構和改進方案對電弧不同部位、不同時間段的驅動效果，對能量耗散和去游離的作用，和對介質恢復特性的作用然后，結合步驟5確定的優化方向和目標，確定斷路器滅弧系統的改進方案，實現斷路器開斷性能的提升。