電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量及交流過(guò)零點(diǎn)精確控制方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，還涉及一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，另外，還涉及上述方法或系統(tǒng)在電力開關(guān)交流過(guò)零點(diǎn)精確控制方面的應(yīng)用，本發(fā)明電力開關(guān)交流過(guò)零點(diǎn)精確控制技術(shù)可應(yīng)用在中高壓領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前世界上幾乎所有的用電設(shè)備都是通過(guò)開關(guān)類設(shè)備連接到供電電網(wǎng)中的，目前電網(wǎng)主要采用50hz或者60hz的交流電，交流電的特征是電壓、電流按照頻率根據(jù)正弦波的規(guī)律周期性變化。正弦波的每個(gè)周期有兩次電壓過(guò)零點(diǎn)和兩次電流過(guò)零點(diǎn)，一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，能夠在電壓過(guò)零點(diǎn)閉合，電流過(guò)零點(diǎn)分?jǐn)啵恢笔抢硐腴_關(guān)的追求。交流電在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻完成投切，將大大減小投切操作對(duì)電網(wǎng)、負(fù)載、及開關(guān)本身的沖擊，實(shí)現(xiàn)無(wú)電弧分、斷，能有效保障供電側(cè)和用電側(cè)的安全、穩(wěn)定，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命。
[0003]對(duì)于機(jī)械式電氣開關(guān)，研究方向主要圍繞減小閉合電壓沖擊、減少乃至杜絕分?jǐn)嚯娏鏖_展，誕生了交叉斷弧式開關(guān)、真空滅弧開關(guān)、六氟化硫滅弧開關(guān)等。低壓開關(guān)雖然多為空氣開關(guān)，隨著負(fù)載種類、容量的增加，空氣開關(guān)的壽命普遍較為短暫。根據(jù)認(rèn)證規(guī)范，滿負(fù)載能承受3000次安全開閉就合格，相比于目前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程日益增長(zhǎng)的日工作密度，這一指標(biāo)離目前工業(yè)電氣控制需求差距甚遠(yuǎn)，極大地限制了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)故障運(yùn)行周期，威脅到工業(yè)設(shè)備的用電安全，也難以完成要求開關(guān)更加頻繁啟停而減少空轉(zhuǎn)率的節(jié)能降耗需求。另外，由于無(wú)法精確的完成過(guò)零投切，開關(guān)每次分?jǐn)喽紩?huì)受到電弧的燒灼，接觸電阻不斷增大，開關(guān)的功耗和溫升都在不斷的升高，所帶的負(fù)載由于非零電壓閉合時(shí)的電壓沖擊和分?jǐn)鄷r(shí)在感性負(fù)載中由于電流不為零而產(chǎn)生過(guò)電壓，影響電氣設(shè)備的壽命，電網(wǎng)也由于不斷的沖擊，產(chǎn)生諧波，降低了供電質(zhì)量。
[0004]開關(guān)或斷路器等電力開關(guān)的工作原理是給開關(guān)或斷路器的機(jī)械動(dòng)作部件的動(dòng)力線圈一個(gè)脈沖觸發(fā)信號(hào)，動(dòng)力線圈產(chǎn)生扭力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)或斷路器的投入動(dòng)作或切斷動(dòng)作。開關(guān)或斷路器的過(guò)零投切，首先要獲取供電側(cè)電壓、電流的過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，再根據(jù)開關(guān)或斷路器的投入或切斷動(dòng)作時(shí)間，所述投入動(dòng)作時(shí)間和切斷動(dòng)作時(shí)間合稱為投切動(dòng)作時(shí)間，確定在什么時(shí)刻向開關(guān)或斷路器提前發(fā)出投切動(dòng)作命令，以使開關(guān)或斷路器剛好能在電壓或電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻完成投切。
[0005]對(duì)于開關(guān)或斷路器投切動(dòng)作時(shí)間的測(cè)量，就是要檢測(cè)開關(guān)或斷路器在獲得投切動(dòng)作命令后，到開關(guān)或斷路器輸出端狀態(tài)發(fā)生變化所需要的時(shí)間。
[0006]開關(guān)或斷路器投切動(dòng)作時(shí)間的測(cè)量，在開關(guān)或斷路器沒有接入強(qiáng)電系統(tǒng)時(shí)，很容易就能精確測(cè)量出來(lái)。只需在開關(guān)或斷路器的輸入側(cè)加上一個(gè)高電平，然后在輸出側(cè)檢測(cè)是否存在該高電平，當(dāng)接收到該高電平信號(hào)時(shí)說(shuō)明開關(guān)或斷路器接通，當(dāng)接收不到該高電平信號(hào)時(shí)，則說(shuō)明開關(guān)或斷路器已斷開。
[0007]但當(dāng)開關(guān)或斷路器接入供電系統(tǒng)，如接入400Vac電壓或中高壓如10KV-1000KV電壓的供電系統(tǒng)時(shí)，直接在開關(guān)或斷路器的輸入側(cè)加高電平信號(hào)的投切動(dòng)作時(shí)間測(cè)量方法顯然行不通。所以，目前所有的過(guò)零點(diǎn)機(jī)械開關(guān)控制技術(shù)，都是通過(guò)離線的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間檢測(cè)裝置，預(yù)先測(cè)量開關(guān)的機(jī)械閉合或分?jǐn)鄷r(shí)間，將所測(cè)參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，作為每次控制各開關(guān)或斷路器過(guò)零投切的參數(shù)。由于不同開關(guān)或斷路器投切動(dòng)作時(shí)間具有離散性、非一致性，動(dòng)作過(guò)程受動(dòng)作次數(shù)影響等原因，實(shí)踐證明，上述預(yù)先在計(jì)算機(jī)中設(shè)置好過(guò)零投切的參數(shù)的控制技術(shù)，不能保證使所述開關(guān)或斷路器進(jìn)行準(zhǔn)確地過(guò)零投切，而且會(huì)因?yàn)轭A(yù)想的過(guò)零投切設(shè)計(jì)，而事實(shí)上又無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切，帶來(lái)新的電氣故障。特別對(duì)于中高壓供電系統(tǒng)中的開關(guān)或斷路器等，這種方法完全無(wú)法應(yīng)用，因?yàn)橹懈邏汗╇娤到y(tǒng)中的電力開關(guān)一旦出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，后果非常嚴(yán)重(會(huì)導(dǎo)致爆炸或燃燒)，所以根本無(wú)法接收這種不穩(wěn)定性帶來(lái)的不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，利用該方法或系統(tǒng)，可精確測(cè)量電力開關(guān)的投切動(dòng)作時(shí)間。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量方法，所述動(dòng)作時(shí)間即投切動(dòng)作時(shí)間，指電力開關(guān)獲得投切動(dòng)作命令到電力開關(guān)輸出端狀態(tài)發(fā)生變化所需要的時(shí)間，包括投入動(dòng)作時(shí)間即開關(guān)閉合機(jī)械動(dòng)作的時(shí)間和切斷動(dòng)作時(shí)間即開關(guān)切斷電氣回路的動(dòng)作時(shí)間，所述電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量方法具體包括如下步驟:
[0010]I)在向所述電力開關(guān)發(fā)出投入或切斷動(dòng)作命令前，在所述電力開關(guān)的輸入側(cè)施加具有適當(dāng)強(qiáng)度的高頻載波作為檢測(cè)信號(hào)源，同時(shí)在所述電力開關(guān)的輸出側(cè)檢測(cè)所施加的高頻載波，所述高頻載波指頻率遠(yuǎn)高于工頻的載波，頻率一般應(yīng)是工頻的1000倍以上；
[0011]2)向所述電力開關(guān)發(fā)出投入動(dòng)作命令，以所述投入動(dòng)作命令的發(fā)出時(shí)間為開關(guān)起始動(dòng)作時(shí)間，以開始在所述電力開關(guān)的輸出側(cè)檢測(cè)到所施加的高頻載波信號(hào)的時(shí)間為開關(guān)完成投入動(dòng)作的時(shí)間，計(jì)算所述電力開關(guān)的投入動(dòng)作時(shí)間；或
[0012]3)向所述電力開關(guān)發(fā)出切斷動(dòng)作命令，以所述切斷動(dòng)作命令的發(fā)出時(shí)間為開關(guān)起始動(dòng)作時(shí)間，以在所述電力開關(guān)輸出側(cè)檢測(cè)到失去所施加的高頻載波信號(hào)的時(shí)間為開關(guān)完成切斷動(dòng)作的時(shí)間，計(jì)算所述電力開關(guān)的切斷動(dòng)作時(shí)間。
[0013]上述施加具有適當(dāng)強(qiáng)度的高頻載波，指載波信號(hào)的強(qiáng)度應(yīng)該使在電力開關(guān)的輸出側(cè)能夠清晰獲得所施加的載波信號(hào)。由于高頻載波信號(hào)的衰減受傳輸距離和周邊無(wú)線電干擾的影響，因此，載波信號(hào)的具體頻率和強(qiáng)度，根據(jù)不同電壓等級(jí)、不同通過(guò)容量的電力開關(guān)有所不同，具體應(yīng)該使電力開關(guān)輸出側(cè)接受到的高頻載波信號(hào)信噪比SNR不低于5db。
[0014]本發(fā)明還公開了一種電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，包括嵌入式微處理器模塊、尚頻載波親合電路和尚頻載波解析電路；
[0015]所述高頻載波耦合電路輸入端與所述嵌入式微處理器模塊相連，輸出端與所述電力開關(guān)的輸入側(cè)相連，所述高頻載波解析電路輸入端與所述電力開關(guān)的輸出側(cè)相連，輸出端與所述嵌入式微處理器模塊相連；
[0016]所述嵌入式微處理器模塊，用于向所述電力開關(guān)發(fā)送投入或切斷動(dòng)作命令，記錄所述投入或切斷動(dòng)作命令的發(fā)出時(shí)間為開關(guān)起始動(dòng)作時(shí)間，并在向所述電力開關(guān)發(fā)出投入或切斷動(dòng)作命令前，輸出具有適當(dāng)強(qiáng)度的高頻載波信號(hào)到所述高頻載波耦合電路；
[0017]所述高頻載波耦合電路，用于將接收到的高頻載波信號(hào)耦合到所述電力開關(guān)的輸入側(cè)；
[0018]所述高頻載波解析電路，用于解析所述電力開關(guān)輸出側(cè)的高頻載波信號(hào)并輸出到所述嵌入式微處理器模塊；
[0019]所述嵌入式微處理器模塊，還用于檢測(cè)所述電力開關(guān)輸出側(cè)的高頻載波信號(hào)，記錄開始檢測(cè)到所施加的高頻載波信號(hào)的時(shí)間為開關(guān)完成投入動(dòng)作的時(shí)間，記錄檢測(cè)到失去所施加的高頻載波信號(hào)的時(shí)間為開關(guān)完成切斷動(dòng)作時(shí)間，確定所述電力開關(guān)的投入動(dòng)作時(shí)間和切斷動(dòng)作時(shí)間。
[0020]由于高頻載波信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻，因此，上述檢測(cè)過(guò)程不受工頻干擾。
[0021]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述電力開關(guān)動(dòng)作時(shí)間動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)還包括第一隔離電路和第二隔離電路，所述隔離電路用于隔離強(qiáng)電和弱電，所述第一隔離電路連于所述嵌入式微處理器模塊和所述高頻載波耦合電路之間，所述第二隔離電路連于所述嵌入式微處理器模塊和所述高頻載波解析電路之間，將所述嵌入式微處理器模塊與所述電力開關(guān)輸入、輸出側(cè)的強(qiáng)電隔開，有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0022]作為高頻載波耦合電路、高頻載波解析電路的優(yōu)選實(shí)施方式:所述高頻載波耦合電路和所述高頻載波解析電路均由高壓電容和高通濾波器組成，所述高通濾波器由一電阻和一電容串聯(lián)而成，所述高壓電容的一端與所述高通濾波器中電阻和電容的串聯(lián)中點(diǎn)相連，所述高壓電容的另一端連向所述嵌入式微處理器模塊，所述高通濾波器的電容與所述電力開關(guān)輸入側(cè)或輸出側(cè)的火線相連，所述高通濾波器的電阻與所述電力開關(guān)輸入側(cè)或輸出側(cè)的零線相連。
[0023]作為所述隔離電路的優(yōu)選實(shí)施方式:
[0024]所述第一隔離電路包括:第一光耦和第一三極管；
[0025]所述第二隔離電路由第二光耦構(gòu)成；
[0026]所述嵌入式微處理器模塊輸出的高頻載波信號(hào)經(jīng)所述第一光耦隔離后輸出到所述第一三極管，驅(qū)動(dòng)所述第一三極管將信號(hào)輸出到所述高頻載波耦合電路，所述高頻載波解析電路輸出的信號(hào)經(jīng)所述第二光耦隔離后輸出到所述嵌入式微處理器模塊。
[0027]所述第二光耦的輸出端與作為所述嵌入式微處理器模塊通斷狀態(tài)檢測(cè)引腳的I/O口相連，所述嵌入式微處理器模塊:用于在向所述電力開關(guān)發(fā)出投入動(dòng)作命令的同時(shí)，觸發(fā)與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器計(jì)時(shí)、開放與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口的外部中斷，并在與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口收到外部中斷信號(hào)后，讀取與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的值并關(guān)閉該定時(shí)器和與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口對(duì)應(yīng)的外部中斷，以讀取到的定時(shí)器的值作為所述電力開關(guān)的投入動(dòng)作時(shí)間；所述嵌入式微處理器模塊:還用于在向所述電力開關(guān)發(fā)出切斷動(dòng)作命令的同時(shí)，觸發(fā)與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器計(jì)時(shí)，并設(shè)置定時(shí)器計(jì)時(shí)滿一定時(shí)間T后進(jìn)入定時(shí)中斷，同時(shí)開放與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口對(duì)應(yīng)的外部中斷，T大于所述電力開關(guān)的切斷動(dòng)作時(shí)間，并在與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口每次收到外部中斷信號(hào)時(shí)，讀取與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器的值，在與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的定時(shí)器定時(shí)中斷后，關(guān)閉該定時(shí)器和與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口對(duì)應(yīng)的外部中斷，以與所述電力開關(guān)對(duì)應(yīng)的I/O 口最后一次收到外部中斷信號(hào)時(shí)讀取到的定時(shí)器的值作為所述電力開關(guān)的切斷動(dòng)作時(shí)間。
[0028]本發(fā)明還提供一種電力開關(guān)交流過(guò)零點(diǎn)精確控制方法和一種電力開關(guān)交流過(guò)零點(diǎn)精確控制裝置。
[0029]—種控制電力開關(guān)過(guò)零投切的方法，包括如下步驟:
[0030]在接到開關(guān)命令后，依據(jù)閉合延時(shí)參數(shù)或分?jǐn)嘌訒r(shí)參數(shù)，在設(shè)定的閉合時(shí)間點(diǎn)或分?jǐn)鄷r(shí)間點(diǎn)，按照所述閉合延時(shí)參數(shù)或分?jǐn)嘌訒r(shí)參數(shù)，提前向所述電力開關(guān)發(fā)出投入或切斷動(dòng)作命令，以便所述電力開關(guān)剛好在所述設(shè)定的閉合時(shí)間點(diǎn)或分?jǐn)鄷r(shí)間點(diǎn)完成投入或切斷動(dòng)作，所述設(shè)定的閉合時(shí)間點(diǎn)或分?jǐn)鄷r(shí)間點(diǎn)即為所述電力開關(guān)輸入側(cè)交流電后續(xù)的第η個(gè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻，n ^ I ；
[0031]其特征在于，所述閉合延時(shí)參數(shù)或分?jǐn)嘌訒r(shí)參數(shù)通過(guò)如下方式獲得:
[0032]通過(guò)權(quán)利要求1所述的電力開關(guān)投切動(dòng)作時(shí)間在線測(cè)量方法