快速机械开关等效负载试验方法以及试验测试平台与流程

本发明属于快速断路器性能检测领域，具体涉及一种快速机械开关各项性能进行等效负载试验的测试平台以及试验方法。

背景技术：

随着风能、光伏等新能源的大范围推广应用，直流电网在输送容量、可控性及提高供电质量等方面具有比交流更好的性能，可以有效提高电能质量、减少电力电子换流器的使用、降低电能损耗和运行成本、协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益。

直流断路器是直流系统的关键设备，现有的直流断路器主要分机械式、固态式和混合式三类，快速机械开关是直流断路器的关键部件，需在2～3ms内分闸到能承受高幅值瞬态恢复电压的开距，由于目前快速机械开关分合闸速度快、高速冲击载荷大，导致直流断路器的全寿命周期短、整体稳定性差。

快速机械开关在动作过程中存在高速冲击载荷，与常规开关设备相比，其机械可靠性及机械寿命影响较大，高速机构稳定性是影响快速机械开关可靠性的最关键因素，由于实际不同快速机械开关产品各自具有唯一快速机构负载反力，因此机械稳定性试验结果的边值无法确定，不能全面掌握不同快速机构各项机械性能。同时开关的机械寿命试验属于破坏性试验，如采用实际灭弧室本体，成本较高。目前对于机械快速开关各项机械性能及可靠性领域研究尚属空白。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种快速机械开关等效负载试验方法以及试验测试平台，以解决现有技术中缺少对快速机械开关的模拟负载，以及对快速机械开关的机械稳定性和机械寿命试验检测成本较高，甚至试验检测数据不足等问题。

在第一方面，本申请提供一种快速机械开关的等效负载试验方法，包括：

获取一高速机构、等效模拟负载组件、导磁性能测试组件、控制器组件、运动特性测量组件和激光探头；

将所述等效模拟负载组件与所述高速机构连接，并将所述导磁性能测试组件与所述控制器组件分别电连接至所述高速机构上；

将所述激光探头与所述运动特性测量组件电连接，并将所述激光探头与所述高速机构对应设置；

使用所述控制器组件控制所述高速机构的分合闸动作，并通过所述等效模拟负载组件模拟所述高速机构快速动作的负载反力；

使用所述激光探头发射激光照射所述高速机构快速动作的运动部件，然后经光线的漫反射，由所述运动特性测量组件输出所述高速机构的运动特性测量组件和机械寿命参数；

使用导磁性能组件检测所述高速机构的动能转化效率和分合闸保持力。

优选地，所述高速机构采用斥力线圈推铜牌结构和斥力线圈推斥力线圈结构做对比试验。

在第二方面，本申请提供一种快速机械开关的等效负载试验测试平台，适用于模拟并测试分合闸速度≥5m/s的快速机械开关，包括等效模拟负载组件、导磁性能测试组件、控制器组件、运动特性测量组件、激光探头和高速机构；

所述高速机构连接所述等效模拟负载组件，所述高速机构用于提供模拟快速机械开关的快速动作，所述等效模拟负载组件用于模拟所述高速机构快速动作的负载反力，以适配预设分合闸弹跳和分合闸时间；

所述控制器组件与所述高速机构电性连接，控制所述高速机构进行分合闸动作；

所述导磁性能测试组件用于测试所述高速机构的动能转化效率和分合闸保持力；

所述激光探头与所述高速机构对应设置，所述激光探头朝向所述高速机构的运动部件发射激光，经光线的漫反射转换为电信号，所述电信号传输至所述运动特性测量组件上，以获得所述高速机构的性能数据。

优选地，负载模拟组件包括：

静触头和动触头，所述静触头和动触头以模拟所述分合闸；

绝缘拉杆，其一端与所述动触头连接，所述绝缘拉杆的另一端连接至所述高速机构上。

优选地，所述高速机构包括斥力线圈推铜牌结构或斥力线圈推斥力线圈结构。

优选地，所述斥力线圈推斥力线圈结构包括：

储能电容；

第一静斥力线圈和动斥力线圈，所述第一静斥力线圈和所述动斥力线圈经第一开关与所述储能电容并联；

第二静斥力线圈和所述动斥力线圈，所述第二静斥力线圈和所述动斥力线圈经第二开关与所述储能电容并联；

所述动斥力线圈与所述绝缘拉杆连接；

其中，所述高速机构控制各所述开关使储能电容放电，使得一个所述静斥力线圈与所述动斥力线圈产生的电磁力使所述动斥力线圈快速动作。

优选地，所述斥力线圈推铜牌结构包括储能电容、第一开关、第二开关、斥力铜盘、第一静斥力线圈和第二静斥力开关；

所述储能电容、第一开关和所述第一静斥力线圈串联；

所述储能电容、第二开关和所述第二静斥力线圈串联；

所述斥力铜盘设置所述第一静斥力线圈和第二静斥力线圈之间，所述斥力铜盘与所述绝缘拉杆连接；

其中，所述控制器组件控制一所述开关使所述储能电容放电，使得一所述静斥力线圈产生的磁力控制所述斥力铜盘快速动作。

优选地，所述导磁性能测试组件经测试所述高速机构产生的永磁吸力、磁场密度和磁化曲线，以获得所述高速机构的分合闸保持力和动能转化效率。

优选地，所述高速机构的性能数据包括机械特性曲线和机械寿命性能参数。

优选地，所述运动特性测量组件经所述高速机构的至少单次快速运动获得所述运动部件在运动中的机械特性曲线；

所述运动特性测量组件对所述运动部件进行n次循环动作测试，从而获得所述高速机构的机械寿命参数。

本申请具有的有益效果：

本申请提供的快速机械开关等效负载试验方法以及试验测试平台，通过本申请的试验测试平台模拟并测试快速机械开关的性能参数，其能对现有的多种快速的机械开关进行试验测试，能够开展各机械开关的性能分析、机械特性精确测量分析及机械寿命可靠性评估，为快速机械开关的使用寿命提供可靠行参数。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1是根据本发明实施例提供的快速机械开关的等效负载试验方法的流程图；

图2是根据本发明实施例提供的快速机械开关的等效负载试验测试平台的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的控制器组件工作原理图；

图4是根据本发明实施例提供的斥力线圈推斥力线圈结构原理示意图；

图5是根据本发明实施例提供的斥力线圈推铜牌结构原理示意图；

图6是根据本发明实施例提供的激光探头的工作原理示意图。

其中，1-等效模拟负载组件，2-导磁性能测试组件，3-控制器组件，4-运动特性测量组件，5-激光探头，6-高速机构；

11-静触头，12-动触头，13-绝缘拉杆；

k1-第一开关，k2-第二开关，61-第一静斥力线圈，62-动斥力线圈，63-第二静斥力线圈，64-斥力铜盘。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

参考图1，以及图2-图6，在第一方面，本申请提供一种快速机械开关的等效负载试验方法，具体的方法包括：

获取一高速机构6、等效模拟负载组件1、导磁性能测试组件2、控制器组件3、运动特性测量组件4和激光探头5。

将所述等效模拟负载组件1与所述高速机构6连接，并将所述导磁性能测试组件2与所述控制器组件3分别电连接至所述高速机构6上；将所述激光探头5与所述运动特性测量组件4电连接，并将所述激光探头5与所述高速机构6对应设置。

使用所述控制器组件3控制所述高速机构6的分合闸动作，并通过所述等效模拟负载组件1模拟所述高速机构6快速动作的负载反力；使用所述激光探头5发射激光照射所述高速机构6快速动作的运动部件，然后经光线的漫反射，由所述运动特性测量组件4输出所述高速机构6的运动特性测量组件4和机械寿命参数；使用导磁性能组件检测所述高速机构6的动能转化效率和分合闸保持力。

在本实施例中，所述高速机构6采用斥力线圈推铜牌结构和斥力线圈推斥力线圈结构至少两种做对比试验。作为本领域的技术人员应当理解的是：所述高速机构6可以采用现有的多种快速的机械开关进行模拟测试，以进行比对各个快速机械开关的性能参数，并为各快速机械开关提供精确的性能技术参数。

市场中常用的测试仪器结构及功能单一，只能测试常规的开关设备，常规的分合闸平均速度为0.6-1.2m/s，但是不能满足对快速机械开关的检测。本申请提供的对快速机械开关的等效负载试验均适用于分合闸速率大于等于5m/s的快速机械开关。

参考图2-图6，在第二方面，本申请提供一种快速机械开关的等效负载试验测试平台，以满足分合闸速率大于等于5m/s的快速机械开关。快速机械开关的等效负载试验测试平台包括等效模拟负载组件1、导磁性能测试组件2、控制器组件3、运动特性测量组件4、激光探头5和高速机构6；所述高速机构6连接所述等效模拟负载组件1，所述高速机构6用于提供模拟快速机械开关的快速动作，所述等效模拟负载组件1用于模拟所述高速机构6快速动作的负载反力，以适配预设分合闸弹跳和分合闸时间；所述控制器组件3与所述高速机构6电性连接，控制所述高速机构6进行分合闸动作；所述导磁性能测试组件2用于测试所述高速机构6的动能转化效率和分合闸保持力；所述激光探头5与所述高速机构6对应设置，所述激光探头5朝向所述高速机构6的运动部件发射激光，经光线的漫反射转换为电信号，所述电信号传输至所述运动特性测量组件4上，以获得所述高速机构6的性能数据。

本实施例中，参考图3，所述控制器组件3连接有一电源，电源为控制器组件3进行供电，然后对所述控制器组件3输入分合闸指令，由控制器组件3控制所述高速机构6实施分合闸动作，实现对快速机械开关的模拟分合闸动作。

在本实施例中，参考图2，负载模拟组件包括：静触头11和动触头12，所述静触头11和动触头12以模拟所述分合闸；绝缘拉杆13，其一端与所述动触头12连接，所述绝缘拉杆13的另一端连接至所述高速机构6上。所述绝缘拉杆13上设置有可以调节的弹簧，通过调节所述弹簧提供高速机构6运动部件所需的负载反力，使得动触头12在高速机构6的动作下实现与所述静触头11的接触与分离，从而实现模拟快速机械开关的分合闸操作。

在本实施例中，所述高速机构6包括但不限于斥力线圈推铜牌结构或斥力线圈推斥力线圈结构。应当理解的是，高速机构6适用现有的多种快速机械开关。

在本实施例中，参考图4，所述斥力线圈推斥力线圈结构包括：储能电容；第一静斥力线圈61和动斥力线圈62，所述第一静斥力线圈61和所述动斥力线圈62经第一开关k1与所述储能电容并联；第二静斥力线圈63和所述动斥力线圈62，所述第二静斥力线圈63和所述动斥力线圈62经第二开关k2与所述储能电容并联；所述动斥力线圈62与所述绝缘拉杆13连接；其中，所述高速机构6控制各所述开关使储能电容放电，使得一个所述静斥力线圈与所述动斥力线圈62产生的电磁力使所述动斥力线圈62快速动作。

参考图5，所述斥力线圈推铜牌结构包括储能电容、第一开关k1、第二开关k2、斥力铜盘64、第一静斥力线圈61和第二静斥力开关；所述储能电容、第一开关k1和所述第一静斥力线圈61串联；所述储能电容、第二开关k2和所述第二静斥力线圈63串联；所述斥力铜盘64设置所述第一静斥力线圈61和第二静斥力线圈63之间，所述斥力铜盘64与所述绝缘拉杆13连接；其中，所述控制器组件3控制一所述开关使所述储能电容放电，使得一所述静斥力线圈产生的磁力控制所述斥力铜盘64快速动作。

在斥力线圈推斥力线圈结构或者斥力线圈推铜牌结构作为高速机构6的实验测试对象时，首先在所述负载模拟组件中调节出一负载反力，然后通过所述控制器组件3控制所述储能电容进行充电，使得高速机构6进行分合闸操作，在分合闸操作过程中，同时克服调节出的负载反力，从而完成对快速机械开关的等效负载模拟，在模拟快速机械开关的分合闸操作过程中，对模拟的快速机械开关进行性能测试。

应当理解的是，参考图4或图5，图中的f合为进行合闸时，产生的力的方向。f分为进行分闸时，产生的力的方向。分闸与合闸为两个动作，对高速机构6的每一次测试均需要完成分闸与合闸两个动作，所以分闸与合闸两个动作即分合闸动作。

具体的是，由控制器控制所述储能电容进行充电以及放电，当需要进行分合闸时，使所述储能电容放电，由激励电流进入各斥力线圈，产生巨大的磁力，通过磁力的相对作用，产生快速的动作，实现快速的分合闸，从而实现对快速机械开关的模拟。分合闸动作后反馈高速机构6的状态至所述控制控制器组件3，由所述控制器组件3对高速机构6进行实时监控并根据实时状态发布下一指令，进而控制高速机构6的下一步动作。

多种不同结构形式的高速机构6高速动作的原理不同，其机械寿命也不同，经高速机构6对多种快机械开关进行模拟、测试以及对比。在进行试验过程中，不同结构的高速机构6的出力特性不一致，需要匹配不同的负载反力，进而取得最有的分合闸弹跳和分合闸时间参数。

在本实施例中，所述导磁性能测试组件2经测试所述高速机构6产生的永磁吸力、磁场密度和磁化曲线，以获得所述高速机构6的分合闸保持力和动能转化效率。动能转化效率是指在所述储能电容中的能量经过高速机构6中的电磁力转化为动斥力线圈62或斥力铜盘64动能的技术指标。

在本实施例中，所述高速机构6的性能数据包括机械特性曲线和机械寿命性能参数。所述运动特性测量组件4经所述高速机构6的至少单次快速运动获得所述运动部件在运动中的机械特性曲线；具体的是，激光探头5会发射激光聚集到高速机构6的运动部件上，通过激光光线的漫反射原理，激光探头5会接收反射回来的光线，并转换成电信号传输至运动特性测量组件4中，再通过解码出高速机构6每次动作过程中的机械特性曲线，对于机械特性曲线的确定需要进行上万数量级的循环动作测试。

所述运动特性测量组件4对所述运动部件进行n次循环动作测试，从而获得所述高速机构6的机械寿命参数。应当理解的是，对所述高速机构6的机械寿命测试是，对高速机构6的运动部件进行n次的循环动作测试，当高速机构6无法实现分合闸动作或分合闸动作失效，并经多次的测试后，确定所述机械寿命参数，对高速机构6模拟的快速机械开关的起到指导性的作用。

本申请提供的快速机械开关等效负载试验方法以及试验测试平台，通过本申请的试验测试平台模拟并测试快速机械开关的性能参数，其能对现有的多种快速的机械开关进行试验测试，能够开展各机械开关的性能分析、机械特性精确测量分析及机械寿命可靠性评估，为快速机械开关的使用寿命提供可靠行参数。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。