電力開關動作時間動態測量及交流過零點精確控制方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力開關動作時間動態測量方法，還涉及一種電力開關動作時間動態測量系統，另外，還涉及上述方法或系統在電力開關交流過零點精確控制方面的應用，本發明電力開關交流過零點精確控制技術可應用在中高壓領域。
【背景技術】
[0002]目前世界上幾乎所有的用電設備都是通過開關類設備連接到供電電網中的，目前電網主要采用50hz或者60hz的交流電，交流電的特征是電壓、電流按照頻率根據正弦波的規律周期性變化。正弦波的每個周期有兩次電壓過零點和兩次電流過零點，一個世紀以來，能夠在電壓過零點閉合，電流過零點分斷，一直是理想開關的追求。交流電在過零點時刻完成投切，將大大減小投切操作對電網、負載、及開關本身的沖擊，實現無電弧分、斷，能有效保障供電側和用電側的安全、穩定，延長電氣設備的使用壽命。
[0003]對于機械式電氣開關，研究方向主要圍繞減小閉合電壓沖擊、減少乃至杜絕分斷電流開展，誕生了交叉斷弧式開關、真空滅弧開關、六氟化硫滅弧開關等。低壓開關雖然多為空氣開關，隨著負載種類、容量的增加，空氣開關的壽命普遍較為短暫。根據認證規范，滿負載能承受3000次安全開閉就合格，相比于目前工業生產過程日益增長的日工作密度，這一指標離目前工業電氣控制需求差距甚遠，極大地限制了工業自動化系統的無故障運行周期，威脅到工業設備的用電安全，也難以完成要求開關更加頻繁啟停而減少空轉率的節能降耗需求。另外，由于無法精確的完成過零投切，開關每次分斷都會受到電弧的燒灼，接觸電阻不斷增大，開關的功耗和溫升都在不斷的升高，所帶的負載由于非零電壓閉合時的電壓沖擊和分斷時在感性負載中由于電流不為零而產生過電壓，影響電氣設備的壽命，電網也由于不斷的沖擊，產生諧波，降低了供電質量。
[0004]開關或斷路器等電力開關的工作原理是給開關或斷路器的機械動作部件的動力線圈一個脈沖觸發信號，動力線圈產生扭力，實現機械開關或斷路器的投入動作或切斷動作。開關或斷路器的過零投切，首先要獲取供電側電壓、電流的過零點時刻，再根據開關或斷路器的投入或切斷動作時間，所述投入動作時間和切斷動作時間合稱為投切動作時間，確定在什么時刻向開關或斷路器提前發出投切動作命令，以使開關或斷路器剛好能在電壓或電流過零點時刻完成投切。
[0005]對于開關或斷路器投切動作時間的測量，就是要檢測開關或斷路器在獲得投切動作命令后，到開關或斷路器輸出端狀態發生變化所需要的時間。
[0006]開關或斷路器投切動作時間的測量，在開關或斷路器沒有接入強電系統時，很容易就能精確測量出來。只需在開關或斷路器的輸入側加上一個高電平，然后在輸出側檢測是否存在該高電平，當接收到該高電平信號時說明開關或斷路器接通，當接收不到該高電平信號時，則說明開關或斷路器已斷開。
[0007]但當開關或斷路器接入供電系統，如接入400Vac電壓或中高壓如10KV-1000KV電壓的供電系統時，直接在開關或斷路器的輸入側加高電平信號的投切動作時間測量方法顯然行不通。所以，目前所有的過零點機械開關控制技術，都是通過離線的開關動作時間檢測裝置，預先測量開關的機械閉合或分斷時間，將所測參數輸入到計算機中，作為每次控制各開關或斷路器過零投切的參數。由于不同開關或斷路器投切動作時間具有離散性、非一致性，動作過程受動作次數影響等原因，實踐證明，上述預先在計算機中設置好過零投切的參數的控制技術，不能保證使所述開關或斷路器進行準確地過零投切，而且會因為預想的過零投切設計，而事實上又無法真正實現過零投切，帶來新的電氣故障。特別對于中高壓供電系統中的開關或斷路器等，這種方法完全無法應用，因為中高壓供電系統中的電力開關一旦出現拉弧現象，后果非常嚴重(會導致爆炸或燃燒)，所以根本無法接收這種不穩定性帶來的不確定性。
【發明內容】
[0008]本發明的發明目的是提供一種電力開關動作時間動態測量方法和一種電力開關動作時間動態測量系統，利用該方法或系統，可精確測量電力開關的投切動作時間。
[0009]本發明的發明目的通過如下技術方案實現:一種電力開關動作時間動態測量方法，所述動作時間即投切動作時間，指電力開關獲得投切動作命令到電力開關輸出端狀態發生變化所需要的時間，包括投入動作時間即開關閉合機械動作的時間和切斷動作時間即開關切斷電氣回路的動作時間，所述電力開關動作時間動態測量方法具體包括如下步驟:
[0010]I)在向所述電力開關發出投入或切斷動作命令前，在所述電力開關的輸入側施加具有適當強度的高頻載波作為檢測信號源，同時在所述電力開關的輸出側檢測所施加的高頻載波，所述高頻載波指頻率遠高于工頻的載波，頻率一般應是工頻的1000倍以上；
[0011]2)向所述電力開關發出投入動作命令，以所述投入動作命令的發出時間為開關起始動作時間，以開始在所述電力開關的輸出側檢測到所施加的高頻載波信號的時間為開關完成投入動作的時間，計算所述電力開關的投入動作時間；或
[0012]3)向所述電力開關發出切斷動作命令，以所述切斷動作命令的發出時間為開關起始動作時間，以在所述電力開關輸出側檢測到失去所施加的高頻載波信號的時間為開關完成切斷動作的時間，計算所述電力開關的切斷動作時間。
[0013]上述施加具有適當強度的高頻載波，指載波信號的強度應該使在電力開關的輸出側能夠清晰獲得所施加的載波信號。由于高頻載波信號的衰減受傳輸距離和周邊無線電干擾的影響，因此，載波信號的具體頻率和強度，根據不同電壓等級、不同通過容量的電力開關有所不同，具體應該使電力開關輸出側接受到的高頻載波信號信噪比SNR不低于5db。
[0014]本發明還公開了一種電力開關動作時間動態測量系統，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的輸入側相連，所述高頻載波解析電路輸入端與所述電力開關的輸出側相連，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發送投入或切斷動作命令，記錄所述投入或切斷動作命令的發出時間為開關起始動作時間，并在向所述電力開關發出投入或切斷動作命令前，輸出具有適當強度的高頻載波信號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耦合到所述電力開關的輸入側；
[0018]所述高頻載波解析電路，用于解析所述電力開關輸出側的高頻載波信號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，還用于檢測所述電力開關輸出側的高頻載波信號，記錄開始檢測到所施加的高頻載波信號的時間為開關完成投入動作的時間，記錄檢測到失去所施加的高頻載波信號的時間為開關完成切斷動作時間，確定所述電力開關的投入動作時間和切斷動作時間。
[0020]由于高頻載波信號頻率遠遠高于工頻，因此，上述檢測過程不受工頻干擾。
[0021]作為一種優選實施方式，所述電力開關動作時間動態測量系統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輸入、輸出側的強電隔開，有利于系統的安全運行。
[0022]作為高頻載波耦合電路、高頻載波解析電路的優選實施方式: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中點相連，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輸入側或輸出側的火線相連，所述高通濾波器的電阻與所述電力開關輸入側或輸出側的零線相連。
[0023]作為所述隔離電路的優選實施方式:
[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成；
[0026]所述嵌入式微處理器模塊輸出的高頻載波信號經所述第一光耦隔離后輸出到所述第一三極管，驅動所述第一三極管將信號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經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檢測引腳的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發出投入動作命令的同時，觸發與所述電力開關對應的定時器計時、開放與所述電力開關對應的I/O 口的外部中斷，并在與所述電力開關對應的I/O 口收到外部中斷信號后，讀取與所述電力開關對應的定時器的值并關閉該定時器和與所述電力開關對應的I/O 口對應的外部中斷，以讀取到的定時器的值作為所述電力開關的投入動作時間；所述嵌入式微處理器模塊:還用于在向所述電力開關發出切斷動作命令的同時，觸發與所述電力開關對應的定時器計時，并設置定時器計時滿一定時間T后進入定時中斷，同時開放與所述電力開關對應的I/O 口對應的外部中斷，T大于所述電力開關的切斷動作時間，并在與所述電力開關對應的I/O 口每次收到外部中斷信號時，讀取與所述電力開關對應的定時器的值，在與所述電力開關對應的定時器定時中斷后，關閉該定時器和與所述電力開關對應的I/O 口對應的外部中斷，以與所述電力開關對應的I/O 口最后一次收到外部中斷信號時讀取到的定時器的值作為所述電力開關的切斷動作時間。
[0028]本發明還提供一種電力開關交流過零點精確控制方法和一種電力開關交流過零點精確控制裝置。
[0029]—種控制電力開關過零投切的方法，包括如下步驟:
[0030]在接到開關命令后，依據閉合延時參數或分斷延時參數，在設定的閉合時間點或分斷時間點，按照所述閉合延時參數或分斷延時參數，提前向所述電力開關發出投入或切斷動作命令，以便所述電力開關剛好在所述設定的閉合時間點或分斷時間點完成投入或切斷動作，所述設定的閉合時間點或分斷時間點即為所述電力開關輸入側交流電后續的第η個過零點時刻，n ^ I ；
[0031]其特征在于，所述閉合延時參數或分斷延時參數通過如下方式獲得:
[0032]通過權利要求1所述的電力開關投切動作時間在線測量方法