1　引言 　　電弧電壓是能夠較多反映高壓斷路器滅弧室性能的一個參數(shù)，多年來產(chǎn)品設(shè)計人員一直對它很感興趣。早在二十多年前，就有人對此進(jìn)行過研究［1］。那時的測試系統(tǒng)是由光線示波器和低阻分壓器構(gòu)成的，低阻分壓器影響回路的等價性，僅適用于電弧電壓較高的油斷路器弧壓測試。而目前廣泛使用的電弧電壓較低的真空斷路器和SF6斷路器，其弧壓測試工作則很少有人研究。 　　本文介紹一套大容量合成試驗回路中高壓斷路器電弧電壓數(shù)字化測試系統(tǒng)。合成試驗回路是單相接地回路，適用于40．5 kV及以上高壓斷路器的開斷試驗。本文利用該測試系統(tǒng)對40．5～252 kV高壓斷路器開斷短路電流的電弧電壓進(jìn)行了實測，得到了電弧電壓波形。使用這套系統(tǒng)可從型式試驗中收集更多有價值的信息。 [b]2　測試系統(tǒng)構(gòu)成 [/b]　　測試系統(tǒng)如圖1所示。 　　傳感器———300 kV　（測電弧電壓專用分壓器對）隔離保護環(huán)節(jié)———包括限幅保護裝置和隔離放大器數(shù)字式光纖信號傳輸系統(tǒng)（簡稱數(shù)字光纖）———分辨率12位，采樣率10 MS／s 　　暫態(tài)記錄儀———多通道，256 k內(nèi)存，IEEE488接口　　繪圖儀———HPcolorpro CAD繪圖儀 [b]3　系統(tǒng)要求和特點 　　3．1　系統(tǒng)安全性 [/b]　　眾所周知在電弧電壓測試中，測試系統(tǒng)可能承受幾百千伏的恢復(fù)電壓，而該測量系統(tǒng)采用了數(shù)字全性至關(guān)重要。 　　為此，專門研究設(shè)計了一套限幅保護裝置，通過與分壓器的有效配合，成功地保護了測量系統(tǒng)的安全。該限幅保護裝置有如下特點：（1）反應(yīng)速度10－12s；（2）既能抑制暫態(tài)高能沖擊電壓（持續(xù)時間幾十～幾百微秒），也能抑制高能穩(wěn)態(tài)持續(xù)電壓（持續(xù)時間幾百毫秒～幾十秒）；（3）動作可靠穩(wěn)定，因該測試系統(tǒng)必須滿足工業(yè)化運行條件，因此對其可靠性與穩(wěn)定性要求很高，必須作到萬無一失。通過對大容量試驗站幾十臺產(chǎn)品上百次的電弧電壓測試，證明該裝置性能良好，動作穩(wěn)定可靠；（4）阻抗高，漏流少。 　[b]　3．2　傳感器的共模抑制比高 [/b]　　由于測量現(xiàn)場電磁干擾強（測試現(xiàn)場斷路器的短路電流可達(dá)50 kA，電壓達(dá)幾百千伏），要求系統(tǒng)有很強的抗共模干擾能力。 　　電弧電壓一般在幾十到幾百伏數(shù)量級，經(jīng)傳感器衰減后，只有幾百毫伏，很小的共模干擾電壓迭加上去都將會掩蓋電弧電壓波形，使幅值測試失真，且很難判定起弧點，因此弧壓測試的一個重點是要將共模干擾抑制到最低。 　　傳感器的共模抑制能力的合理性分析如下： 　　假設(shè)傳感器參數(shù)為： 　　傳感器1：分壓比K1，輸入電壓Uin1，輸出電壓Uout1傳感器2：分壓比K2，輸入電壓Uin2，輸出電壓Uout2在共模電壓UE作用下，Uin1＝Uin2＝UE，則有Uout1＝K1 UE，Uout2＝K2 UE。那么，不平衡輸出電壓ΔU＝Uout1－Uout2＝（K1－K2）UE。定義不平衡度γE＝ΔU／UE，則有γE＝K1－K2，即為兩個分壓比之差。 　　在差模電壓Uin作用下，考慮共模干擾電壓UE時，傳感器輸出分別是：Uout1＝K1（Uin／2＋UE），Uout2＝K2（（－Uin／2）＋UE）。那么，差模輸出電壓為： 　　Uout＝Uout1－Uout2＝（K1＋K2）Uin／2＋（K1－K2）UE。 　　設(shè)輸出電壓實際值為K2 Uin，則測量誤差Uout－K2 Uin＝（K1－K2）Uin／2＋γEUE＝γE（Uin／2＋UE）；測量相對誤差γ＝（Uout－K2 Uin）／（K2 Uin）＝γE（Uin／2＋UE）／（K2 Uin），即γ＝γE（UE／K2 Uin＋1／2 K2）。 　　假設(shè)UE＝6 000 V，Uin＝500 V，K2＝1／300，則γ＝γE×3750→γE＝γ/3750。討論如下： 　　當(dāng)γ＝3%時，γE＝8×10-6，即6KV共模電壓作用下平衡電壓為48mV;當(dāng)γ＝2%時，γE＝5.4×10-6，即6 kV共模電壓作用下不平衡電壓為32 mV?！　∵@就是說，在6 kV共模電壓作用下，分壓器不平衡電壓如果控制在32 mV，那么它給電弧電壓測試造成的誤差僅為2％，這意味著分壓器的設(shè)計制作技術(shù)難度很大，要求兩分壓器的分壓比之差不超過5．4×10－6。 　　[b]3．3　數(shù)字式光纖信號傳輸系統(tǒng) [/b]　　由于測量現(xiàn)場的強電磁場，測量系統(tǒng)的二次部分采用了封閉在EMC外殼中的、具有全自備電源的數(shù)字式光纖，它將數(shù)據(jù)采集與光電隔離做成一體，在其前端直接將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后將數(shù)字信號利用光纖傳輸?shù)綍簯B(tài)記錄儀中存儲處理。由于采用數(shù)字式光纖，大大提高了系統(tǒng)抗共模干擾能力和整個測試系統(tǒng)的安全性。 　　數(shù)字光纖系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如下： 　　輸入　　　　　　差分方式 　　阻抗　　　　　　1 MΩ，50 pF 　　頻帶　　　　　　5 MHz　3 dB 　　耦合方式　　　　AC、DC或Ground 　　濾波　　　　　　采用貝塞爾濾波 　　分辨率　　　　　12位 　　采樣率　　　　　10 MS／s 　　內(nèi)存　　　　　　256 k 　　不準(zhǔn)確度　　　　±9 LSB 　　非線性　　　　　±3／4 LSB 　　采用三重屏蔽，　電池供電　　16 h 　　量程　　　　　　100 mV～±100 V 　　傳輸率　　　　　240 MBit／s [b]4　系統(tǒng)性能評定 [/b]　?。?）絕緣強度　300 kV下1 min耐壓通過。 　　（2）共模抑制比測量 　　表1為共模抑制比測量結(jié)果，其中：Uin為共模輸入電壓，50Hz，有效值，用靜電電壓表測量；Uout為差模輸出電壓，用數(shù)字萬用表測量。 　?。?）差模分壓比測量 　　表2為差模分壓測量結(jié)果，其中：Uin為差模輸入電壓，50Hz，有效值，標(biāo)準(zhǔn)交流電壓源；Uout為差模輸出電壓，用數(shù)字萬用表測量。 　?。?）頻帶寬度 　　表3示出了該系統(tǒng)的頻帶寬度測量值，其中：Uin為差模輸入電壓，50Hz，有效值，標(biāo)準(zhǔn)交流電壓源；F為電壓頻率；Uout為差模輸出電壓，用數(shù)字存儲示波器測量。 [b]5　電弧電壓實測 [/b]　　該測量系統(tǒng)投入試運行以來工作正常，測試了SF6斷路器和真空斷路器開斷短路電流的電弧電壓。 　　實例1：產(chǎn)品型號LW9－145／31．5，自能滅弧方式開斷電流31．5 kA，所測的電弧電壓波形如圖2所示。 　　從波形上可見明顯的熄弧尖峰和起弧點，由此可準(zhǔn)確測定燃弧時間；電弧電壓波形平滑，變化趨勢符合電弧理論的分析［2］，從波形上可定量測定各點的電弧電壓。 　　實例2：產(chǎn)品型號ZW－40．5／31．5，滅弧方式為杯狀縱吹；開距20～22 mm；剛分速度1．6 m／s。所測的電弧電壓波形如圖3所示。 　　所測電弧電壓同時記錄短路電流波形，可以更清楚地分析電弧電壓上各點狀態(tài)，從波形上，可見真空電弧的起弧點、熄弧點、各點電弧電壓（幾十伏）以及波形上迭加的延弧干擾。 [b]6　結(jié)論 [/b]　　該系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性，能夠定量測量斷路器開斷短路電流時的電弧電壓，可以滿足工業(yè)運行要求。 　　在電弧電壓測試時，還可同時提供短路電流波形測試，所以電弧功率也可實時給出，為電弧研究和斷路器性能分析和改善提供了直接依據(jù)，也可為其它等級的高電壓、大電流場合下的測試提供參考。 [b]參考文獻(xiàn) [/b]　　［1］　彭文達(dá).電弧電壓的測量［J］.高壓電器，1975，No.3 　　［2］　張節(jié)容等，高壓電器原理和應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1989.