[发明专利]一种快速接地开关开断特性的检验与判断装置及方法

权利要求书

1.一种快速接地开关开断特性的检验与判断装置，其特征在于：该装置包括滤光装置(2)、CCD高速摄像机(3)、A/D转换器(4)、电流互感器(5)、电压互感器(6)和PC机(7)；

所述快速接地开关(1)安装在线路两侧，其罐体(104)上与两个触头接触点平行的位置开设有一对相对的石英视窗(101)；在快速接地开关(1)的罐体(104)外部正对石英视窗(101)的位置，依次设有滤光装置(2)和CCD高速摄像机(3)；所述滤光装置(2)包括沿光路前后设置的滤光片(201)和凸透镜(202)；所述CCD高速摄像机(3)的镜头对准滤光装置(2)的凸透镜(202)，用于采集快速接地开关(1)触头间的电弧，所述CCD高速摄像机(3)的视频输出端经过一个A/D转换器(4)后连接至PC机(7)，用于将CCD高速摄像机(3)采集的电弧视频信号进行模数转换后输入到PC机(7)中；

所述电流互感器(5)与快速接地开关(1)串联，用于测量流过快速接地开关(1)的电流，所述电流互感器(5)的电流输出端通过另一个A/D转换器(4)连接至PC机(7)；所述电压互感器(6)与快速接地开关(1)并联，用于测量快速接地开关(1)两端的电压，所述电压互感器(6)的电压输出端通过第三个A/D转换器(4)连接至PC机(7)；

所述PC机(7)中存储有计算机可执行的判断程序，用于根据CCD高速摄像机(3)采集的电弧视频图像，基于比色测温法获得电弧温度值，再根据该电弧温度值和电流互感器(5)与电压互感器(6)检测的电流与电压数据进行开断特性的判断；

判断开断特性的方式为：利用电弧电阻的变化率来判断是否发生热击穿，利用临界击穿电压值和瞬态恢复电压的比较来判断是否发生电击穿，若热击穿和电击穿判据均不成立，则判定快速接地开关开断成功，若两种判据有一个成立，则说明开断失败。

2.根据权利要求1所述的快速接地开关开断特性的检验与判断装置，其特征在于：所述滤光片(201)包括沿光路前后设置的中性滤光片和干涉滤光片。

3.一种快速接地开关开断特性的检验与判断方法，采用权利要求1所述的快速接地开关开断特性的检验与判断装置实现，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：对快速接地开关开断过程进行实时监测，利用电流互感器(5)、电压互感器(6)测量流过快速接地开关的电流和触头两端的电压；

步骤2：当触头间出现电弧时，由滤光装置(2)透过石英视窗(101)对触头间的电弧进行滤光，通过CCD高速摄像机(3)采集滤光后的电弧视频图像；

步骤3：将电弧视频图像经A/D转换器(4)进行模数转换，将转换后的数字量传入PC机(7)；

步骤4：在PC机(7)中对电弧视频图像进行辐射亮度或灰度的提取，根据比色测温法得到温度与电弧图像的关系，获得电弧温度；

步骤5：当电弧电流近零后，判断电弧温度是否大于4000K，若电弧温度大于4000K，则执行步骤5.1，否则执行步骤5.2；

步骤5.1：利用电弧电阻的变化率来判断是否发生热击穿，然后执行步骤6；

步骤5.2：利用临界击穿电压值U_b和瞬态恢复电压U_TRV的比较来判断是否发生电击穿，然后执行步骤6；

步骤6：若热击穿和电击穿判据均不成立，则判定快速接地开关开断成功；若两种判据有一个成立，则说明开断失败。

4.根据权利要求3所述的快速接地开关开断特性的检验与判断方法，其特征在于：所述步骤5.1中判断是否发生热击穿的具体方法为：

步骤5.1.1：监测电流互感器(5)电流I是否近零，取I₀为一个电流足够小的值，当|I|I₀时，认为电流近零，执行步骤5.1.2，否则继续进行步骤5.1.1；

步骤5.1.2：根据电压互感器(6)、电流互感器(5)测得的触头电压U和电流I，计算触头间电弧的电阻值R，R＝U/I；

步骤5.1.3：根据电弧电阻的变化趋势来判定是否发生热击穿，若dR/dt0，则发生热击穿，反之，则不会热击穿发生。

5.根据权利要求4所述的快速接地开关开断特性的检验与判断方法，其特征在于：所述步骤5.2中判断是否发生电击穿的具体方法为：

步骤5.2.1：利用Fluent仿真软件计算触头附近气室内气流场和电场，得到场强最大值E和密度最小值ρ；

步骤5.2.2：根据下式计算出临界击穿电压值U_b＝1.167ρ/E；

步骤5.2.3：通过临界击穿电压值U_b和瞬态恢复电压U_TRV的比较来判定是否发生热电击穿，若U_bU_TRV，则发生电击穿，反之，则不会电击穿发生。