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，多年來產品設計人員一直對它很感興趣。早在二十多年前，就有人對此進行過研究［1］。那時的測試系統是由光線示波器和低阻分壓器構成的，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字化測試系統。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對40．5～252 kV高壓斷路器開斷短路電流的電弧電壓進行了實測，得到了電弧電壓波形。使用這套系統可從型式試驗中收集更多有價值的信息。 [b]2　測試系統構成 [/b]　　測試系統如圖1所示。 　　傳感器———300 kV　（測電弧電壓專用分壓器對）隔離保護環節———包括限幅保護裝置和隔離放大器數字式光纖信號傳輸系統（簡稱數字光纖）———分辨率12位，采樣率10 MS／s 　　暫態記錄儀———多通道，256 k內存，IEEE488接口　　繪圖儀———HPcolorpro CAD繪圖儀 [b]3　系統要求和特點 　　3．1　系統安全性 [/b]　　眾所周知在電弧電壓測試中，測試系統可能承受幾百千伏的恢復電壓，而該測量系統采用了數字全性至關重要。 　　為此，專門研究設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的安全。該限幅保護裝置有如下特點：（1）反應速度10－12s；（2）既能抑制暫態高能沖擊電壓（持續時間幾十～幾百微秒），也能抑制高能穩態持續電壓（持續時間幾百毫秒～幾十秒）；（3）動作可靠穩定，因該測試系統必須滿足工業化運行條件，因此對其可靠性與穩定性要求很高，必須作到萬無一失。通過對大容量試驗站幾十臺產品上百次的電弧電壓測試，證明該裝置性能良好，動作穩定可靠；（4）阻抗高，漏流少。 　[b]　3．2　傳感器的共模抑制比高 [/b]　　由于測量現場電磁干擾強（測試現場斷路器的短路電流可達50 kA，電壓達幾百千伏），要求系統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量級，經傳感器衰減后，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： 　　假設傳感器參數為： 　　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UE＝6 000 V，Uin＝500 V，K2＝1／300，則γ＝γE×3750→γE＝γ/3750。討論如下： 　　當γ＝3%時，γE＝8×10-6，即6KV共模電壓作用下平衡電壓為48mV;當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。　　這就是說，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計制作技術難度很大，要求兩分壓器的分壓比之差不超過5．4×10－6。 　　[b]3．3　數字式光纖信號傳輸系統 [/b]　　由于測量現場的強電磁場，測量系統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字式光纖，它將數據采集與光電隔離做成一體，在其前端直接將模擬量信號轉換為數字量，然后將數字信號利用光纖傳輸到暫態記錄儀中存儲處理。由于采用數字式光纖，大大提高了系統抗共模干擾能力和整個測試系統的安全性。 　　數字光纖系統的技術參數如下： 　　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 　　內存　　　　　　256 k 　　不準確度　　　　±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　系統性能評定 [/b]　　（1）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，用數字萬用表測量。 　　（3）差模分壓比測量 　　表2為差模分壓測量結果，其中：Uin為差模輸入電壓，50Hz，有效值，標準交流電壓源；Uout為差模輸出電壓，用數字萬用表測量。 　　（4）頻帶寬度 　　表3示出了該系統的頻帶寬度測量值，其中：Uin為差模輸入電壓，50Hz，有效值，標準交流電壓源；F為電壓頻率；Uout為差模輸出電壓，用數字存儲示波器測量。 [b]5　電弧電壓實測 [/b]　　該測量系統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，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　結論 [/b]　　該系統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，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 [/b]　　［1］　彭文達.電弧電壓的測量［J］.高壓電器，1975，No.3 　　［2］　張節容等，高壓電器原理和應用［M］.北京：清華大學出版社，1989.