開斷電流是表征斷路器開斷能力的參數。在額定電壓下，斷路器能保證可靠開斷的最大電流，稱為額定開斷電流，其單位用斷路器觸頭分離瞬間短路電流周期分量有效值的千安數表示。當斷路器在低於其額定電壓的電網中工作時，其開斷電流可以增大。但受滅弧室機械強度的限制，開斷電流有一最大值，稱為極限開斷電流。為線上監測變電站高壓開關櫃中真空斷路器的電特性，需要對其開斷電流進行實時測量。高壓開關櫃中現有的電磁式電流互感器動態範圍較小，在開斷大電流通過時易發生磁飽和現象，進而導致二次輸出信號波形畸變，無法實現對開斷電流的準確測量。
基本介紹
- 中文名：開斷電流
- 外文名：The breaking current
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
- 釋義：表征斷路器開斷能力的參數
簡介,非接觸式高壓電流測量結構與原理,電流感測單元的研製與測試,非接觸式高壓電流測量方法的工程套用,
簡介
隨著對電子式電流互感器研究的深入，以其測量動態範圍大、不飽和的特性可以用於對開關開斷大電流的測量。基於對電子式電流互感器的研究成果，採用以直線型空心線圈作為高壓側感測單元的電子式電流互感器，來實現對工頻開斷大電流的測量。該測量方法採用的是一種非接觸式測量結構，具有結構簡單、易於安裝的特點。利用空心線圈的不飽和特性，在較寬的電流變化範圍內能夠不失真地測量開斷大電流。為線上監測變電站高壓開關櫃中真空斷路器的電特性，需要對其開斷電流進行實時測量。高壓開關櫃中現有的電磁式電流互感器動態範圍較小，在開斷大電流通過時易發生磁飽和現象，進而導致二次輸出信號波形畸變，無法實現對開斷電流的準確測量。採用軟體補償算法處理後，對於深度飽和的電流互感器，測量誤差也要大於7%。
非接觸式高壓電流測量結構與原理
非接觸式電流測量方法實際上是通過測量導體周圍的局部磁場實現對電流的間接測量。該測量方法不是將感測線圈繞載流導體一周，形成閉環結構，而是僅放置在載流導體附近某位置處，通過測量該處磁場，利用磁場與導體中電流的比例關係，實現對載流導體中電流的測量。
電流感測單元的研製與測試
1.感測單元的研製
根據開斷電流測量參數、抗電磁干擾要求及後續積分處理電路特點，設計感測線圈參數如下：線圈骨架截面為20mm×20mm，骨架材料為灰塑膠；線圈長度為25mm；用直徑為0.16mm的漆包線在骨架上密繞3000匝。考慮感測單元絕緣性能要求，線圈底面距離載流導體表面應有一定距離。線圈放置在類似絕緣子的絕緣支撐件中，內絕緣採用矽橡膠。絕緣支撐件採用模具壓模製成。
2.測試
基於以上分析，研製出基於直線型線圈的非接觸式電流測量樣機，並進行了輸出靈敏度測試和線性度測試。測試中，載流導體為扁平鋁排，截面尺寸為51mm×2mm，長度為1000 mm。
靈敏度測試分別就直線型線圈沿載流導體平面作垂直移動、水平移動以及線圈線匝繞匯流排表面法線旋轉3種情況進行(其中，垂直移動僅考慮線圈遠離導體平面方向)。3種測試情況下，均以線圈軸線與載流導體電流方向垂直、線圈中心線在載流導體法線方向中心面內、線圈軸心距離載流導體表面14mm時的輸出作為參考值。
測試目的主要是考慮存在安裝誤差時，線圈輸出靈敏度變化情況及各種情況對測量比差的影響程度。垂直移動誤差對線圈輸出靈敏度的影響最大，水平移動及偏轉對輸出靈敏度的影響相對較弱，所以現場安裝過程中應避免垂直方向的安裝誤差。如果在感測器安裝完成後對其進行現場校驗與標定，則誤差即可得到修正。
放置感測單元樣機於載流導體附近，並使其中感測線圈軸線方向與載流導體電流方向垂直、線圈中心線與載流導體中心線重合、線圈軸心距離載流導體表面19mm，進行電流測量樣機的線性度測試。非接觸式電流測量樣機具有優良的線性度。由於感測線圈為空心線圈，不存在鐵磁飽和現象，在較低電流情況下進行的標定結果可以推廣到較大電流範圍。
非接觸式高壓電流測量方法的工程套用
對非接觸式電流測量樣機測試完畢後，將其用於測量10kV開關櫃中真空斷路器開斷電流，作為對真空斷路器電壽命線上監測的依據。在斷路器電壽命預測中，一般要求對開斷大電流的測量誤差小於10%。從電流感測單元樣機的測試可以看出，在考慮水平安裝誤差為±5mm時，測量比差為-1.05%；垂直安裝誤差為1.4mm時，測量比差為-5.84%；旋轉角度為±5°時，測量比差為-1.29%。以上誤差均小於對電磁式電流互感器進行補償後所達到的誤差水平。
在實際安裝過程中，將非接觸式電流測量樣機作為高壓側感測單元，把3個單元組成一組，分別用於測量一個開關櫃內的三相電流。高壓側感測單元輸出的信號經過一個安裝於開關櫃本體上的信號處理單元，將模擬信號轉換為數位訊號；然後，該信號處理單元依據RS2485 通信協定將該數位訊號送至位於控制室的監控計算機內。對高壓電流信號的感測、轉換、傳輸和處理即構成一種電子式電流互感器系統。
整個系統已經通過電力公司專家鑑定委員會的鑑定。該系統的現場運行狀況表明，非接觸式高壓開斷電流測量方法，能夠經受住現場惡劣條件的考驗，具有很高的可靠性和穩定性。
